Проверка петли фаза ноль методика: Методика измерения полного сопротивления цепи «фаза-нуль» и тока короткого замыкания

Содержание

Методика проведения измерения сопротивления петли фаза-нуль • Energy-Systems

Стандартная методика проведения измерения сопротивления петли фаза-нуль

Для оп

ределения величины данного показателя используется комплекс испытаний, в ходе которого проводится несколько замеров. В частности, методика проведения измерения сопротивления петли фаза-нуль предполагает снятие показателя на проводе, автоматическом выключателе, а также на прочих элементах, входящих в цепь данной установки. Путем суммирования всех показателей получается конечный показатель, который должен пройти дополнительную корректировку.

Когда анализируется, к примеру, электроснабжение офиса, необходимо учитывать перепады температуры и приводить все показатели к уровню 20 градусов. Затем полученная сумма сравнивается с нормативным значением – если она не превышает его, эксплуатация установки допускается.

Короткое замыкание в методике проведения измерения сопротивления петли фаза-нуль

Получив данный показатель, специалист должен также осуществить проверку правильности подбора защитного оборудования. В частности, методика проведения измерения сопротивления петли фаза-нуль предполагает расчет тока короткого замыкания. Для этого величину фазного напряжения – фиксированную или среднюю, необходимо разделить на сопротивление петли, в результате чего и будет найден искомый ток. Стоит отметить, что при наличии нескольких элементов в цепи стоит определять полное сопротивление по указанному выше способу – то есть с учетом суммирования данных всех приборов и участков.

Как и протокол проверки целостности жил кабеля, данное исследование позволяет получить сведения о безопасности системы – в частности, оно показывает, смогут ли вовремя сработать защитные приспособления, представленные автоматическими расцепителями. Стандартная методика проведения измерения сопротивления петли фаза нуль предполагает также сопоставление показателя с номиналом автомата. При необходимости он должен быть заменен, чтобы обеспечить моментальное отключение установки при возникновении коротких замыканий в цепи.

Как обеспечить правильное соблюдение методики проведения измерения сопротивления петли фаза-нуль?

Если вы хотите, чтобы все работы были выполнены с максимальной точностью и предоставлением полученных показателей в минимальные сроки, вам стоит обратиться к специалистам нашего предприятия. Они предоставят необходимые разъяснения относительно работы с установкой, а также предоставления официальных документов. Кроме того, сотрудники лаборатории проведут измерение с учетом требований техники безопасность, что позволит исключить нанесение вреда установке.

Наличие у компании допуска СРО означает, что ваш объект будет находиться под надежной юридической защитой. Оформленные документы имеют полную силу, что позволяет предоставлять их контролирующим органам – например, пожарной инспекции и эксплуатационным службам. Мы используем только утвержденную методику измерений, схема которой отображена на  рисунке.

Пример технического отчета

Назад

1из27

Вперед

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Онлайн расчет стоимости проектирования

Измерение петли «фаза-ноль»: методика и порядок проведения

Сроки проведения испытаний

Электрические сети и оборудование эксплуатируются в различных режимах. Со временем наблюдается естественное старение изоляции кабеля, ухудшение свойств проводников из-за токовых перегрузок, отклонений напряжения, влияния окружающей среды и т. д. Этим обусловлена необходимость в периодической проверке целостности контура фаза ноль.

В соответствии с указаниями ПУЭ испытание петли «Ф-Н» проводится, как минимум, один раз в 36 месяцев, а для электрических сетей, эксплуатируемых в опасных или агрессивных средах, как минимум, один раз в 24 месяца. Также предусматриваются внеплановые проверки, в следующих ситуациях:

  • при внедрении в работу нового оборудования;
  • после осуществления модернизации, профилактики или ремонта действующей сети;
  • по требованию поставщика электроэнергии;
  • по факту запроса от потребителя.

Периодичность осмотров электрооборудования жилых домов

Зануление и заземление

7.3.132. На взрывоопасные зоны любого класса в помещениях и на наружные взрывоопасные установки распространяются приведенные в 1.7.38 требования о допустимости применения в электроустановках до 1 кВ глухозаземленной или изолированной нейтрали. При изолированной нейтрали должен быть обеспечен автоматический контроль изоляции сети с действием на сигнал и контроль исправности пробивного предохранителя.

7.3.133. Во взрывоопасных зонах классов B-I, B-Iа и B-II рекомендуется применять защитное отключение (см. гл. 1.7). Во взрывоопасных зонах любого класса должно быть выполнено уравнивание потенциалов согласно 1.7.47.

7.3.134. Во взрывоопасных зонах любого класса подлежат занулению (заземлению) также:

а) во изменение 1.7.33 — электроустановки при всех напряжениях переменного и постоянного тока;

б) электрооборудование, установленное на зануленных (заземленных) металлических конструкциях, которые в соответствии с 1.7.48, п. 1 в невзрывоопасных зонах разрешается не занулять (не заземлять). Это требование не относится к электрооборудованию, установленному внутри зануленных (заземленных) корпусов шкафов и пультов.

В качестве нулевых защитных (заземляющих) проводников должны быть использованы проводники, специально предназначенные для этой цели.

7.3.135. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью зануление электрооборудования должно осуществляться:

а) в силовых сетях во взрывоопасных зонах любого класса отдельной жилой кабеля или провода;

б) в осветительных сетях во взрывоопасных зонах любого класса, кроме класса B-I, — на участке от светильника до ближайшей ответвительной коробки — отдельным проводником, присоединенным к нулевому рабочему проводнику в ответвительной коробке;

в) в осветительных сетях во взрывоопасной зоне класса B-I — отдельным проводником, проложенным от светильника до ближайшего группового щитка;

г) на участке сети от РУ и ТП, находящихся вне взрывоопасной зоны, до щита, сборки, распределительного пункта и т. п., также находящихся вне взрывоопасной зоны, от которых осуществляется питание электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах любого класса, допускается в качестве нулевого защитного проводника использовать алюминиевую оболочку питающих кабелей.

7.3.136. Нулевые защитные проводники во всех звеньях сети должны быть проложены в общих оболочках, трубах, коробах, пучках с фазными проводниками.

7.3.137. В электроустановках до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью заземляющие проводники допускается прокладывать как в общей оболочке с фазными, так и отдельно от них.

Магистрали заземления должны быть присоединены к заземлителям в двух или более разных местах и по возможности с противоположных концов помещения.

7.3.138. Использование металлических конструкций зданий, конструкций производственного назначения, стальных труб электропроводки, металлических оболочек кабелей и т. п. в качестве нулевых защитных (заземляющих) проводников допускается только как дополнительное мероприятие.

7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока КЗ и приведенными в 1.7.79.

7.3.140. Расчетная проверка полного сопротивления петли фаза-нуль в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью должна предусматриваться для всех электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах классов B-I и B-II, и выборочно (но не менее 10% общего количества) для электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах классов B-Iа, B-Iб, B-Iг и ВIIа и имеющих наибольшее сопротивление петли фаза-нуль.

7.3.141. Проходы специально проложенных нулевых защитных (заземляющих) проводников через стены помещений со взрывоопасными зонами должны производиться в отрезках труб или в проемах. Отверстия труб и проемов должны быть уплотнены несгораемыми материалами. Соединение нулевых защитных (заземляющих) проводников в местах проходов не допускается.

Как измеряется сопротивление петли фаза ноль

Измерение характеристик петли зависит от выбранной методики и прибора. Выделяют три основных способа:

  • Короткое замыкание. Прибор подключается к рабочей цепи в наиболее отдаленной точке от вводного щита. Для получения нужных показателей устройство производит короткое замыкание и замеряет ток КЗ, время срабатывания автоматов. На основе данных автоматически рассчитываются параметры.
  • Падение напряжения. Для подобного способа необходимо отключить нагрузку сети и подключить эталонное сопротивление. Испытание проводят с помощью прибора, который обрабатывает полученные результаты. Метод считается одним из наиболее безопасных.
  • Метод амперметра-вольтметра. Достаточно сложный вариант, который проводят при снятом напряжении, а также используют понижающий трансформатор. Замыкая фазный провод на электроустановку, измеряют параметры и делают расчеты характеристик по формулам.

{SOURCE}

Обзор методик

Существуют разные методики для проверки петли фаза-ноль, а также разнообразные специальные измерительные приборы. Что касается методов измерения, основными считаются:

  1. Метод падения напряжения. Замеры проводят при отключенной нагрузке, после чего подключают нагрузочное сопротивление известной величины. Работы выполняются с использованием специального устройства. Результат обрабатывают и с помощью расчетов делают сравнение с нормативными данными.
  2. Метод короткого замыкания цепи. В этом случае проводят подключение прибора к цепи и искусственно создают короткое замыкание в дальней точке потребления. С помощью прибора определяют ток короткого замыкания и время срабатывания защит, после чего делают вывод о соответствии нормам данной сети.
  3. Метод амперметра-вольтметра. Снимают питающее напряжение после чего, используя понижающий трансформатор на переменном токе, замыкают фазный провод на корпус действующей электроустановки. Полученные данные обрабатывают и с помощью формул определяют нужный параметр.

Основной методикой такого испытания стало измерение падения напряжения при подключении нагрузочного сопротивления. Этот метод стал основным, ввиду его простоты использования и возможности дальнейших расчетов, которые нужно провести для получения дальнейших результатов. При измерении петли фаза-ноль в пределах одного здания, нагрузочное сопротивление включают на самом дальнем участке цепи, максимально удаленном от места подачи питания. Подключение приборов проводят к хорошо очищенным контактам, что нужно для достоверности замеров.

Сначала проводят измерение напряжения без нагрузки, после подключения амперметра с нагрузкой замеры повторяют. По полученным данным делают расчет сопротивления цепи фаза-ноль. Используя готовое, предназначенное для такой работы устройство, можно сразу по шкале получить нужное сопротивление.

После проведения измерения составляют протокол, в который заносят все нужные величины. Протокол должен быть стандартной формы. В него также вносят данные об измерительных приборах, которые были использованы. В конце протокола подводят итог о соответствии (несоответствии) данного участка нормативно-технической документации. Образец заполнения протокола выглядит следующим образом:

Что это такое, и как формируется проверочная схема

Начать надо с пути, который проходит электрический ток от подстанции до розетки в доме

Обращаем ваше внимание, что в старых домах в электрике чаще всего присутствует сеть без заземляющего контура (земля), то есть, к розетке подходит фазный провод и нулевой (фаза и ноль)

Итак, от подстанции до дома сеть может быть длиною в несколько сот метров, к тому же она разделена на несколько участков, где используются разного сечения кабели и несколько распределительных щитов. То есть, это достаточно сложная коммуникация. Но самое главное, весь участок имеет определенное сопротивление, которое приводит к потерям мощности и напряжения. И это независимо от того, качественно ли проведена сборка и монтаж или не очень. Этот факт известен специалистам, поэтому проект сети делается с учетом данных потерь.

Конечно, грамотно проведенный монтаж – это гарантия корректной работы сетевого участка. Если в процессе сборки и разводки были сделаны отклонения от норм и требований или просто сделаны ошибки, то это гарантия увеличения потерь, сбоя работы сети, аварий. Вот почему специалисты проводят измерения показателей сети и анализируют их. Что это такое, и как формируется проверочная схема.

Испытание цепи «Ф-Н» измерителем MZC 300

Измерение петли фаза ноль прибором MZC 300 требует соблюдения определенной последовательности действий, учитывая некоторые особенности устройства.

Обязательные условия

Первоначально рекомендуется включить MZC 300 и убедиться в отсутствии на экране надписи bAt. Она сигнализирует о разряженных батарейках, а следовательно, провести достоверные измерения не удастся.

В процессе осуществления замеров могут появляться характерные ошибки, обусловленные следующими причинами:

  1. Напряжение сети менее 180 или более 250 Вольт. В первом случае на экране высветится буква U в сопровождении с двумя звуковыми сигналами, а во втором надпись OFL и одно продолжительное звучание.
  2. Высокая нагрузка на измеритель, сопровождающаяся перегревом. На дисплее высветится буква T, а зуммер выдаст два длительных звука.
  3. Обрыв нулевого или защитного провода в исследуемой схеме, что сопровождается появлением на дисплее символа «— —» и продолжительным звуком.
  4. Превышено допустимое значение общего сопротивления исследуемой схемы — два продолжительных звука и символ «—».

Способы подключения

С помощью MZC 300 можно произвести замеры различных участков цепи. При этом необходимо обеспечить качественный контакт наконечников прибора.

Далее представлен порядок подключения измерителя в зависимости от вида проводимого тестирования:

  1. Снятие характеристик с петли «Ф-Н» — один наконечник измерителя фиксируется к нулевому (N) проводу, а второй поочередно устанавливается на линейные (L) провода.
  2. Проверка защитной цепи — один контакт поочередно крепится к линейным проводникам, а второй к защитному заземлению (PE).
  3. Тестирование надежности заземления корпуса электрооборудования производится в зависимости от типа сети — с занулением (TE) или с защитным заземлением (TT). При этом порядок производства измерений идентичен. Один наконечник прибора цепляется к корпусу электрооборудования, а второй поочередно к питающим проводникам.

Считывание показаний о напряжении сети

MZC 300 рассчитан на выдачу показаний фазного напряжения в пределах от 0 до 250 В. Для снятия данных понадобится нажать на клавишу «Start». При отсутствии указанных манипуляций измерительное устройство автоматически выведет на дисплей полученное значение, по истечении пяти секунд с момента начала тестирования.

Измерение характеристик контура «Ф-Н»

Для получения основных показателей в MZC 300 используется методика искусственного короткого замыкания. Она позволяет измерить полное сопротивление петли, разлагая на активную и реактивную составляющую, а также выдавая данные по углу сдвига фаз и величине предполагаемого Iкз. Для их поочередного просмотра понадобится нажимать кнопку «Z/I».

Измерительный ток протекает по тестируемому контуру в течение 30 мс. Для ограничения величины тока в схеме прибора смонтирован ограничивающий резистор на 10 Ом. При этом прибор автоматически устанавливает требуемую величину измерительного тока, учитывая уровень напряжения в сети и величину сопротивления схемы «Ф-Н».

При наличии в схеме УЗО следует предварительно исключить защитный аппарат из тестируемого контура посредством установки шунта. Это обусловлено тем, что подаваемый от MZC 300 измерительный ток приводит к отключению УЗО.

Вывод результатов измерения

После осуществления необходимых подключений на экране прибора будет отражаться уровень напряжения сети. Процесс измерения начинается после нажатия кнопки «Start». По факту окончания тестирования на дисплей выводится информация о величине полного сопротивления или предполагаемого Iкз, в зависимости от первоначальных установок. Для отображения других доступных показаний понадобится использовать клавишу «SEL».


Вывод результатов испытания на экран

Для получения достоверных измерений цепи «Ф-Н» рекомендуется воспользоваться услугами профессионалов. От правильности испытаний зависит дальнейшая безопасность эксплуатации электрической сети.

Методика измерения петли «фаза — ноль»

Применяются следующие методы измерения: падения напряжения в отключенной цепи, то же – на нагрузочном сопротивлении и метод КЗ. Второй способ реализован в принципе действия прибора производства Sonel типа MZC-300. Методика выполнения измерений таким методом изложена в ГОСТе 50571.16-99. Достоинство этого метода – в простоте и безопасности.

Прежде, чем приступить к основным измерениям, следует испытать сопротивление и непрерывность защитных проводников. Во время проведения измерений прибором MZC-300 следует учитывать, что возможна автоматическая блокировка процесса в следующих случаях:

  1. Напряжение в сети превышает 250 В: прибор в это время издает звуковой продолжительный сигнал, а на дисплее появляется надпись «OFL». В таком случае измерения необходимо прекратить.
  2. При разрыве цепи PE/N на дисплее появится символ в виде двойного тире и будет звучать сигнал после нажатия на кнопку «start». Необходимо быть осторожным: защита от токов КЗ в сети отсутствует.
  3. При снижении напряжения в испытуемой цепи менее 180 В на дисплее загорается символ «U», что сопровождается двумя продолжительными звуковыми сигналами после нажатия на кнопку «start».
  4. В случае перегрева прибора из-за значительных нагрузок появляется на дисплее символ «Т» и звучат два сигнала. В этом случае нужно уменьшить количество операций за единицу времени.

Для проведения измерений соответствующие клеммы прибора подключают к одной из фаз и глухозаземленной нейтрали (в сети с защитным заземлением вместо нейтрали подключают прибор к заземляющему проводнику). При проверке состояния защиты электроустановки от замыкания на корпус прибор MZC-300 подключают к заземляющей клемме корпуса и фазному проводу. Необходимо следить за тем, чтобы контакт был надежным: применять следует проверенные наконечники (если необходимо – заостренные зонды), а место соединения должно быть очищено от окиси.

Во время измерения прибором серии MZC-300 происходит имитация короткого замыкания: ток протекает через резистор с известным сопротивлением (10 Ом) в течении 30 мс. Уменьшенное значение силы тока является одним из параметров, участвующих в образовании результата. Непосредственно перед определением значения такого тока прибор измеряет реальное напряжение в сети. Производится поправка по векторам тока и напряжения, после чего процессор высчитывает полное сопротивление петли КЗ, раскладывая его на реактивную и активную составляющие и угол сдвига фаз, образующийся в измеряемой цепи во время протекания тока КЗ. Диапазон измерения полного сопротивления выбирается прибором автоматически.

Считывание и оформление результата

После измерения результат может быть отображен на дисплее в виде значения полного сопротивления петли КЗ или тока КЗ. Для просмотра и смены режима отображения следует нажать клавишу Z/I. Полное сопротивление отражает дисплей, а значение тока КЗ необходимо вычислять.

После подключения прибора к испытуемой цепи определяется напряжение, после чего нажатием на кнопку «start» включается измерительный режим. Если не действуют факторы, которые могут стать причиной блокировки процесса, на дисплее появляется ожидаемое значение тока КЗ или полного сопротивления. Если необходимо знать значения других параметров (реактивного и активного сопротивления, угол сдвига фаз), следует воспользоваться кнопкой SEL. Предельное значение реактивного, активного и полного сопротивления – 199,9 Ом. При превышении этого предела дисплей отразит символ OFL, если же прибор будет находиться в режиме измерения тока КЗ, отобразится символ UFL, означающий малую величину. При необходимости увеличить диапазон нужно использовать другую модификацию прибора — MZC-ЗОЗЕ: специальная функция RCD позволяет получить результаты до 1999 Ом.

Периодичность проведения измерений сопротивления петли «фаза – ноль» определяется документом ПТЭЭП и системой ППР, которая предусматривает своевременное проведение капитальных и текущих ремонтов электрооборудования. В случае выхода из строя устройств защиты после их ремонта или замены проводятся внеплановые работы по установлению значений параметров цепи «фаза – ноль».

Заключение о результатах измерений выполняется следующим образом. После выполнения всех работ по изложенной выше методике, получаем величину однофазного тока КЗ. Сравниваем результат с током, при котором срабатывает расцепитель выключателя-автомата или с номиналом плавко вставки. Делаем выводы о пригодности оборудования защиты. Все полученные результаты заносятся в протокол установленной формы.

Таблица №1 Активное и индуктивное сопротивление проводников с медными и алюминиевыми жилами.

СечениеСопротивление, Ом/Км
Активное r для жилИндуктивное Хо
МедныхАлюминиевыхТрёхжильных кабелей с бумажной изоляциейПроводов в трубе
Температура, С
30503045
1,512,3013,300,1130,126
2,57,408,0012,513,30,1040,116
4,04,635,007,818,340,0950,107
6,03,093,345,215,560,0900,0997
10,01,852,003,123,330,0730,099
16,01,161,251,952,080,06750,0947
25,00,7410,801,251,330,06220,0912
35,00,530,570,890,9510,06370,0879
50,00,3710,40,620,6660,06250,0854
70,00,2650,290,450,4470,06120,0819
95,00,1950,210,330,3510,06020,0807
120,00,1540,170,260,2780,06000,0802

Таблица №2 Расчётные полные сопротивления Zтр Ом, силовых масляных трансформаторов ГОСТ 11920-73 и 12022 – 66.

Мощьность трансформатора, кВАПервичное напряжение, кВZтр, Ом при соединении обмоток
Y/Yн/Yн
256-103,110,906
406-101,950,562
636-101,240,360
1006-100,480,141
1606-100,3120,090
2506-100,1950,056
4006-100,1290,042
6306-100,0810,07
10006-100,0540,017
16006-100,0510,020

Приближенный метод определения тока однофазного КЗ

2.1 Приближенный метод определения тока однофазного кз при большой мощности питающей энергосистемы (Хс

где:

  • Uф – фазное напряжение сети, В;
  • Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
  • Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.

2.2 Если же питающая энергосистема имеет ограниченную мощность, то тогда ток однофазного кз определяется по формуле 2-26 :

2.3 Значение Z определяется по таблице 2.9 или можно определить по формуле 2-25 :

где: х и r; х и r; х и r — индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам прямой, обратной и нулевой последовательности, мОм. Принимаются по таблице 2.4 .

Значение Zт/3 для различных трансформаторов с вторичным напряжением 400/230 В, можно принять по таблицам 2, 3, 4 .

Сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас.

2.4 Полное сопротивление трансформатора Zт, определяется по формуле 2-24 :

2.5 Полное сопротивление петли фаза-нуль, определяется по формуле 2-27 :

где:

  • Zпт.уд. – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для каждого участка от трансформатора до места КЗ определяется по таблицам 2.10 – 2.14 или по таблицам , мОм/м;
  • l – длина участка, м.

Ниже представлены справочные таблицы со значениями удельного сопротивления петли фаза-нуль для различных кабелей и шинопроводов согласно .

Справочные таблицы 7, 10 со значениями активных сопротивления медных и алюминиевых проводов, кабелей .

Справочные таблицы 11, 12, 13 со значениями полного расчетного сопротивления цепи фаза-нуль для 3(4) — жильных кабелей с различной изоляций и при температуре жилы +65(+80) С .

На практике согласно рекомендуется использовать приближенный метод определения тока однофазного КЗ. При таком методе, допустимая погрешность в расчете тока однофазного КЗ при неточных исходных данных в среднем равна – 10% в сторону запаса; 18-20% — при схеме соединения трансформатора Y/Y0, когда преобладает активная нагрузка и для зануления используется 4-я жила либо оболочка кабеля; 10-12% — при использовании стальных труб для зануления электропроводки.

Из выше изложенного, следует, что при использовании данного метода, создаётся не который запас при расчете, который гарантирует срабатывания защитного аппарата, согласно требованиям ПУЭ.

1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г. 2. ГОСТ 28249-93 – Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. 3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

В данной статье речь пойдет о расчете токовой отсечки для электродвигателей напряжением выше 1.

Расчет токов самозапуска электродвигателей производиться для выбора тока срабатывания максимальной.

Выбор мощности трансформатора напряжения сводиться к расчету нагрузки для основной и.

В данной статье я хотел бы рассказать о проверке чувствительности для максимальной токовой защиты (МТЗ).

В данном примере рассмотрим расчет уставок защит для ячейки 6 кВ питающей реакторное устройство плавного.

Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных. Политика конфиденциальности.

Проведение измерений

Необходимость измерения петли фаза-ноль производится в определенных ситуациях. Прежде всего, это мероприятие осуществляется при вводе электроустановок в эксплуатацию после монтажа или реконструкции. В этом случае, тестирование проводится во время приемосдаточных испытаний. Внеплановые измерения могут проводиться по требованию организаций, контролирующих электробезопасность установок, а также, в любое время, по желанию клиента.

Когда измеряется петля фаза-ноль, в обязательном порядке определяется величина сопротивления. Этот показатель получается в результате параметров сопротивления, образующегося в обмотках питания, фазном и нулевом проводнике. Одновременно измеряются переходные сопротивления контактов коммутационной аппаратуры.

Кроме сопротивления, измеряется величина тока, образующегося при коротком замыкании. Для этого применяется специальный прибор, с помощью которого возможно автоматически получить все необходимые показатели.

После проведения всех измерений все полученные результаты сравниваются с уставкой, рассчитанной на тот или иной автоматический выключатель.

Все мы хотим видеть электроснабжение нашего электрооборудования безопасным и безупречным, но не всегда желаемое можно выдавать за действительное. В процессе беспощадной эксплуатации энергосистемы и электрооборудования, пользователи забывают о том, что её надо периодически обследовать и заранее выявлять всевозможные неисправности. Не стоит дожидаться, когда пропадёт фаза в недрах скрытой электропроводки, а для включения электрооборудования срочно надо искать калоши и диэлектрические перчатки, подпирая палкой постоянно отключающийся автоматический выключатель. Как же уберечь себя от свалившихся на голову неприятностей? Для предупреждения и устранения вышеперечисленных неисправностей, требуется периодически проводить комплекс электроизмерений. В этой статье мы хотим рассказать вам о замере сопротивления цепи «фаза — нуль». Как и для каких целей требуется проводить замер сопротивления цепи «фаза — нуль».
Статьи цикла:»Электролаборатория и электроизмерения»:
1. Электролаборатория и электроизмерения. Введение
2. Что такое электролаборатория и для чего нужны электроизмерения
3. Электролаборатория. Смета на проведение комплекса электроизмерений электросети. Расчёт стоимости работ на электроизмерения
4. Электролаборатория проводит визуальный осмотр электропроводки и электрооборудования
5. Электролаборатория. Замер заземления. Электропроводка. Электрооборудование
6. Электролаборатория. Замер сопротивления изоляции. Электроизмерения. Электропроводка
7. Электролаборатория. Замер сопротивления цепи “фаза-нуль”. Электроизмерения
8. Электролаборатория – замеры и испытание выключателей автоматических управляемых дифференциальным током (УЗО)
9. Электролаборатория выполняет испытания (прогрузку) автоматических выключателей
10. Электролаборатория проводит электроизмерение “Замер сопротивления заземляющих устройств”

Протокол электроизмерения петли «фаза — нуль»

Ссылки по теме

  • Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
    / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
  • Библия электрика
    / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
  • Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
    / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
  • Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
    / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
  • Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
    / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
  • Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
    / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36
  • Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
    / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05
Оцените статью:

существующие методики расчёта, используемые приборы контроля цепи

Представить себе жизнь современного человека без электричества и разнообразных электроприборов попросту невозможно. Сборку различных агрегатов и электрических схем можно выполнить самостоятельно. Необходимо лишь в точности следовать имеющейся документации, а также проводить замер полного сопротивления цепи фаза-ноль, что позволит обеспечить беспроблемность эксплуатации электрооборудования и его полную безопасность.

Параметры защиты

Электрический ток имеет разрушительную силу, поэтому опасен для оборудования, материальных ценностей и живых организмов. Для защиты от поражения высоким напряжением в прошлом использовались различные изоляции из диэлектриков и проводились замеры параметров работы электролиний.

Сегодня при эксплуатации разнообразных электроустройств используются всевозможные устройства защитного отключения и автоматические выключатели, которые обеспечивают полную безопасность эксплуатации оборудования. Также применяются защитные меры, в том числе разделение рабочего нуля и заземление электротехники.

В процессе эксплуатации параметры электросетей и используемого оборудования может изменяться, что объясняется особенностями работы техники и износом силовых линий.

Потребуется на регулярной основе выполнять проверку соответствия текущих характеристик требуемым нормативам по безопасности электрических сетей. Только так можно будет обеспечить полную беспроблемность эксплуатации техники, исключив одновременно поражение электротоком.

Выполняются следующие замеры и контроль:

  • Проверка ДИФ-автоматов и УЗО.
  • Испытание током нагрузки автоматических выключателей.
  • Замер сопротивления цепи.
  • Измерение цепи фазы.
  • Замер сопротивления изоляции.
  • Испытание другого защитного технологического оборудования.

Подобные работы не представляют особой сложности, поэтому, имея начальные навыки в электротехнике и используя соответствующее оборудование, можно все замеры выполнить самостоятельно, что обеспечивает правильность работы техники и экономит расходы домовладельца на обращение к профессиональным специалистам.

Контроль параметров электросети выполняется на постоянной основе, вне зависимости от типа приборов и режимов их эксплуатации.

Для чего осуществляют измерение

Основной задачей выполнения измерения петли фазы-ноль является защита кабелей и электрооборудования от перегрузок, которые могут возникать в процессе эксплуатации техники. Высокое сопротивление электрокабелей приводит к перегреву линии, что, в конечном счёте, может спровоцировать короткое замыкание и пожар. На показатели фазы влияют различные параметры, в том числе окружающая среда, характеристики воздушной линии, качество кабеля.

При выполнении замеров в обязательном порядке включают контакты имеющейся автоматической защиты, контакторы, рубильники, проводники напряжения к электроустановкам. В качестве таких проводников используются силовые кабели, которые подают в фазу-ноль к запитываемой технике.

Полное сопротивление фазы-ноль рассчитывается с помощью специальных формул, которые учитывают материал и сечение проводников, протяжённость линии и ряд других параметров. Получить максимально точные результаты измерений можно лишь обследовав физическую цепь, к которой подключены различные электроустройства.

При наличии в электроцепи устройства защитного отключения его при выполнении измерений в обязательном порядке отключают, что позволяет получить максимально точные данные. Используемые УЗО при прохождении больших токов обесточивают сеть, поэтому получить достоверные результаты будет невозможно.

Существующие методики расчетов

Измерение фазы-ноль может выполняться с помощью различных методик. В промышленности и с электрооборудованием, где требуется максимально возможная точность расчетов, используются специальные приборы, которые имеют минимальную погрешность. Также в таком случае используются соответствующие формулы, которые учитывают различные факторы, влияющие на качество полученных данных. В бытовых условиях будет достаточно использование простейших измерителей, что поможет получить необходимую информацию.

Наибольшее распространение получили следующие методики измерения петли фаза-ноль:

  • Метод падения напряжения.
  • Метод короткого замыкания в цепи.
  • Использование амперметра-вольтметра.

При использовании метода снижения напряжения все замеры проводят при отключении нагрузки, после чего в цепь включают нагрузочное сопротивление с заранее рассчитанной величиной. С помощью специального устройства измеряется величина нагрузки в цепи, после чего полученные результаты сверяются с эталоном, проводятся соответствующие расчеты, которые сравниваются с нормативными данными.

Метод коротких замыканий в цепи подразумевает подключение к сети специального прибора, создающего искусственные короткие замыкания в необходимой потребителю точке. С использованием специальных устройств определяют величину тока короткого замыкания, а также время срабатывания защиты. Полученные данные сверяются с нормативными показателями, после чего рассчитывается соответствие электроцепи действующим нормативам и требованиям.

При использовании метода амперметра-вольтметра снимают с цепи питающее напряжение, после чего подключают к сети понижающий трансформатор, замыкают фазный провод действующей электроустановки. Полученные данные обрабатывают, и, используя специальные формулы, определяют необходимые параметры.

Наибольшее распространение на сегодняшний день получила методика измерения петли фаза-нуль методом подключения нагрузочного сопротивления. Такой способ сочетает простоту использования, максимальную точность, поэтому он применяется как в быту, так и при необходимости получения сверхточных данных. При необходимости контроля показателя фазы в одном здании сопротивление нагрузки подключают в самом дальнем доступном участке цепи. Подключение приборов осуществляется к предварительно защищенным контактам, что позволит избежать падения напряжения и ослабления силы тока.

Первоначальные измерения выполняют без подключения нагрузки, после чего с помощью амперметра производится контроль с точной нагрузкой. По результатам полученных данных рассчитывают сопротивление петли фаза-ноль.

Также имеется возможность использования специальных устройств, которые с помощью соответствующей шкалы позволяют получить нужное сопротивление, обеспечивая максимально возможную точность рассчитанных данных.

При измерении этого показателя рассчитанных данных хватает для определения качества электросети в быту. В промышленности при выполнении соответствующего контроля составляется протокол, куда заносят все полученные величины. В таком протоколе выполняют соответствующие расчеты, после чего бумага подписывается инженерами и прикладывается к общей нормативно-технической документации.

Используемые высокоточные приборы

Для измерений и расчетов фазы могут применяться как стандартные амперметры и вольтметры, использование которых не представляет сложности, так и узкоспециализированные приборы. Последние обеспечивают максимально возможную точность полученных данных по параметрам электросети. Наибольшее распространение получили следующие измерительные приборы.

M417 — это надежный проверенный годами прибор, разработанный специально для измерения показателя сопротивления в цепи фазы-ноль. Одной из особенностей этого прибора является возможность проведения всей работы без снятия питания, что существенно упрощает контроль за состоянием электросети. Этот аппарат использует метод падения напряжения, обеспечивает максимальную возможную точность полученных расчетов. Допускается использование М417 в цепи с глухозаземленной нейтралью и напряжением в 380 Вольт. Единственный недостаток использования этого приспособления — это необходимость калибровки устройства перед началом работы.

MZC-300 — измерительное устройство нового поколения, которое построено на базе мощного микропроцессора. Приборы используют метод падения напряжения с подключением сопротивления в 10 Ом. MZC-300 обеспечивает время замера на уровне 0,03 секунды и может использоваться в сетях с напряжением 180−250 Вольт. Прибор для обеспечения точности данных подключают в дальней точке сети, после чего нажимают кнопку Старт, а полученный результат выводится на небольшой цифровой дисплей. Все расчёты выполняет микропроцессор, что существенно упрощает контроль фазы.

ИФН-200 — многофункциональный прибор, позволяющий выполнять измерения фазы. Работает устройство с напряжением 180−250 Вольт. Имеются соответствующие разъемы для упрощения подключения к сети, а использование этого приспособления не представляет какой-либо сложности. Ограничение на измерении в цепи составляет 1 кОм, при превышении которого срабатывает защита и отключается устройство, предотвращая его перегрузку. Выполнен прибор на базе мощного микропроцессора и имеет встроенную память на 35 последних вычислений.

Петля фаза нуль методика измерения

Что такое петля фаза-ноль простым языком – методика проведения измерения

Электроприборы должны работать без нареканий, если электрическая цепь соответствует всем нормам и стандартам. Но в линиях электропитания происходят изменения, которые со временем сказываются на технических параметрах сети. В связи с этим необходимо проводить периодическое измерение показателей и профилактику электропитания. Как правило, проверяют работоспособность автоматов, УЗО, а также параметры петли фаза-ноль. Ниже описаны подробности об измерениях, какие приборы использовать и как анализировать полученные результаты.

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

Согласно правилам ПУЭ в силовых подстанциях с напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью необходимо регулярно проводить замер сопротивления петли фаза-ноль. Электроэнергия, подаваемая потребителям, поступает с выходных обмоток трехфазного трансформатора, который подключен по схеме звезда. В результате естественного перекоса фаз по цепи нейтрали может протекать ток, поэтому для предотвращения проблемы измеряют фазу-ноль.

Петля фаза-ноль образуется в том случае, если подключить фазный провод к нулевому или защитному проводнику. В результате создается контур с собственным сопротивлением, по которому перемещается электрический ток. На практике количество элементов в петле может быть значительно больше и включать защитные автоматы, клеммы и другие связующие устройства. При необходимости, можно провести расчет сопротивления вручную, но у метода есть несколько недостатков:

  • сложно учесть параметры всех коммутационных элементов, в том числе выключателей, автоматов, рубильников, которые могли измениться за время эксплуатации сети;
  • невозможно рассчитать влияние аварийной ситуации на сопротивление.

Наиболее надежным способом считается замер значения с помощью поверенного аппарата, который учитывает все погрешности и показывает правильный результат. Но перед началом измерения необходимо совершить подготовительную работу.

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

Проверка необходима для профилактических целей, а также обеспечения корректной работы защитных устройств, включая автоматические выключатели, УЗО и диффавтоматы. К примеру, распространенная проблема, когда в розетку включается чайник или другой электроприбор, а автомат отключает нагрузку.

Важно! Большое сопротивление является причиной ложного срабатывания защиты, нагрева кабелей и пожара.

Причина может заключаться во внешних факторах, на которые сложно повлиять, а также в несоответствии номинала защиты действующим параметрам. Но в большинстве случаев, дело во внутренних проблемах. Наиболее распространенные причины ошибочного срабатывания автоматов:

  • неплотный контакт на клеммах;
  • несоответствие тока характеристикам провода;
  • уменьшение сопротивления провода из-за устаревания.

Использование измерений позволяет получить подробные данные про параметры сети, включая переходные сопротивления, а также влияние элементов контура на его работоспособность. Другими словами, петля фаза-ноль используется для профилактики защитных устройств и корректного восстановления их функций.

Зная параметры автомата защиты конкретной линии, после проведения измерения, можно с уверенностью сказать, сможет ли автомат сработать при коротком замыкании или начнут гореть провода.

Периодичность проведения измерений

Надежная работа электросети и всех бытовых приборов возможна только в том случае, если все параметры соответствуют нормам. Для обеспечения нужных характеристик требуется периодическая проверка петли фазы-ноль. Замеры проводятся в следующих ситуациях:

  1. После ввода оборудования в эксплуатацию, ремонтных работ, модернизации или профилактики сети.
  2. При требовании со стороны обслуживающих компаний.
  3. По запросу потребителя электроэнергии.

Справка! Периодичность проверки в агрессивных условиях — не менее одного раза в 2 года.

Основной задачей измерений является защита электрооборудования, а также линий электропередач от больших нагрузок. В результате роста сопротивления кабель начинает сильно нагреваться, что приводит к перегреву, срабатыванию автоматов и пожарам. На величину влияет множество факторов, включая агрессивность среды, температура, влажность и т.д.

Какие приборы используют?

Для измерения параметров фазы используют специальные поверенные устройства. Аппараты отличаются методиками замеров, а также конструктивными особенностями. Наибольшей популярностью среди электриков пользуются следующие измерительные приборы:

  • М-417. Проверенное опытом и временем устройство, предназначенное для измерения сопротивления без отключения источника питания. Из особенностей выделяют простоту использования, габариты и цифровую индикацию. Прибор применяют в любых сетях переменного тока напряжением 380В и допустимыми отклонениями 10%. М-417 автоматически размыкает цепь на интервал до 0,3 секунды для проведения замеров.
  • MZC-300. Современное оборудование для проверки состояния коммутационных элементов. Методика измерений описаны в ГОСТе 50571.16-99 и заключается в имитации короткого замыкания. Устройство работает в сетях с напряжением 180-250В и фиксирует результат за 0,3 секунды. Для большей надежности работы предусмотрены индикаторы низкого или высокого напряжения, а также защита от перегрева.
  • ИФН-200. Устройство с микропроцессорным управлением для измерения сопротивления петли фаза-ноль без отключения питания. Надежный прибор гарантирует точность результата с погрешностью до 3%. Его используют в сетях с напряжением от 30В до 280В. Из дополнительных преимуществ следует выделить измерение тока КЗ, напряжения и угла сдвига фаз. Также прибор ИНФ-200 запоминает результаты 35 последних замеров.

Важно! Точность результатов измерения зависит не только от качества прибора, но и от соблюдения правил выполнения выбранной методики.

Как измеряется сопротивление петли фаза ноль

Измерение характеристик петли зависит от выбранной методики и прибора. Выделяют три основных способа:

  • Короткое замыкание. Прибор подключается к рабочей цепи в наиболее отдаленной точке от вводного щита. Для получения нужных показателей устройство производит короткое замыкание и замеряет ток КЗ, время срабатывания автоматов. На основе данных автоматически рассчитываются параметры.
  • Падение напряжения. Для подобного способа необходимо отключить нагрузку сети и подключить эталонное сопротивление. Испытание проводят с помощью прибора, который обрабатывает полученные результаты. Метод считается одним из наиболее безопасных.
  • Метод амперметра-вольтметра. Достаточно сложный вариант, который проводят при снятом напряжении, а также используют понижающий трансформатор. Замыкая фазный провод на электроустановку, измеряют параметры и делают расчеты характеристик по формулам.

Все об петли фаза-ноль

Нередко в домашней электрической проводке и силовых подстанциях возникают неполадки, в результате которых происходит естественный перекос фаз по нейтральной электроцепи. В таком случае, чтобы предотвратить проблему, делают измерение петли фазы ноль. Что это такое, как правильно произвести замер петли фаза нуль, какие приборы для этого использовать? Об этом и другом далее.

Что это такое

Петля фаза ноль — параметр, который по техническим нормативам должен проверяться в силовых установках, имеющих глухозаземленную нейтраль и напряжение до тысячи вольт. Это величина, которая нужна, чтобы предотвратить появление тока в электроцепи нейтрали из-за естественного фазного перекоса. Она образуется при подключении фазного провода к проводнику защитного или нулевого типа. В конечно итоге, образуется контур, имеющий собственное сопротивление с перемещающимся по нему электрическому току. Этот контур может состоять из защитного автомата, клеммов и других связующих.

Измерить самостоятельно петлю сложно из-за имеющихся недостатков. Так, сложно подсчитать все коммутационные элементы на выключателях, рубильниках, которые могли измениться при сетевой эксплуатации. Кроме того, нереально сделать расчет влияния аварии на значение сопротивления. Лучшим при этом методом будет замер поверенным аппаратом с учитыванием погрешностей.

Как проверить петлю

Проверка петли нужна для профилактики, а также для того, чтобы обеспечить корректную работу защитного оборудования с автоматическими выключателями, УЗО и диффавтоматами. Самой распространенной проблемой подключения чайника или другого электроприбора является отключение нагрузки автомата.

Обратите внимание! Ложное срабатывание защиты с нагревом кабелей и пожаром является большой показатель сопротивления.

Проверка делается для того, чтобы успешно работали удаленные и более массивные электрические приемники, но не больше 10% от всего числа. Проверка создается с помощью формулы Zпет = Zп + Zт / 3 где Zп является полным сопротивлением проводов петли фазы-ноль, а Zт считается показателем полного сопротивления трансформаторного питания.

Испытуемое электрооборудование отключается от сети. Потом создается на трансформаторной установке искусственный вид замыкания первого фазного провода на электроприемный корпус. После того, как будет подано напряжение, измеряется сила тока и напряжения вольтметром.

Обратите внимание! Сопротивление петли будет равно делению показателя напряжения на силу тока. Приобретенный результат должен быть арифметически сложен с полным сопротивлением трансформатора, поделенного на цифру 3.

Как делают замеры

Замеры нужно проводить по нормативному техническому документу ПТЭЭП, в соответствии с конкретной периодичностью — 1 раз в несколько лет. Система ППР прописывает необходимость текущего и капитального ремонта электрического оборудования. Это нужно, чтобы работало оборудование исправно.

Приборы для замеров

Учитывая тот факт, что результаты измерений петли востребованы, в качестве измерительных приборов применяется обычно мультиметр. Из других приборов используются наиболее часто:

  • М-417 — стрелочное удобное и простое в эксплуатации устройство, которое основано на калибруемой схеме мостового типа. Работает без необходимости снятия напряжения величиной до 380 вольт.
  • МZC-300 — современный измерительный аппарат, имеющий цифровую обработку измеряемых параметров с отображением на дисплее. Чтобы измерять напряжение до 250 вольт, можно использовать контрольный вид сопротивления в 10 Ом.
  • ИФН-200 — прибор, работающий под напряжением до 250 вольт, который может быть применен в качестве тестера. Однако при петлевых замерах, диапазон значений сопротивления ниже 1000 Ом.

Стоит отметить, что параметровое петлевое измерение сопротивления петли фаза нуль простое. Все что нужно, это присоединить щупы к контактным местам, которые нужно предварительным образом почистить при помощи наждака или напильника, чтобы минимизировать контактное сопротивление. После этого включается оборудование и на табло появляется результат.

Рассчет петли фаза-ноль

Перед тем, как измерить петлю фаза-ноль, необходима проверка плотности проводного соединения к защитным аппаратам. Если не остаются протянутыми провода, то смысла в измерении нет, поскольку точные данные не будут получены.

Обратите внимание! Цель расчета в выяснении соответствия номинального тока защиты с проводным сечением электроцепи. Замер должен быть произведен на самой удаленной точки линии измерения.

Сделав замер полного сопротивления цепи фаза нуль по предложенной схеме, на приборном дисплее будет отражена величина тока короткого замыкания. Этот показатель нужно сравнить по характеристике времени и току с расцепительным током срабатывания выключателя иди с предохранительной вставкой.

По нормативным требованиям расчет петли должен быть произведен в электролаборатории. Чтобы произвести данные работы, нужно получить наряд-допуск. При этом испытания могут производить взрослые люди с необходимыми знаниями в месте, не отличающейся повышенной опасностью или высокой влажностью.

Сопротивление в петли фаза-ноль

Для подсчета полного сетевого сопротивления электроустановки, нужно определить показатель электродвижущей силы, создающейся на трансформаторных обмотках. При этом замер напряжения должен быть под нагрузкой, в дополнение к теме проверка петля фаза ноль требования. Для этого следует подключить в розетки какой-либо расчетный прибор. Это может быть лампочкой. Делается замер напряжения и силы тока. Затем по закону Ома можно сделать определение полного сопротивления петли. Нужно учесть, что напряжение, которое замеряется в розетке, может отклоняться от номинального при нагрузке. Проверять оборудование следует, принимая во внимание этот факт.

Обратите внимание! Показание полного сопротивления проводниковой защиты между шиной и корпусом должно быть удовлетворено требованию: ZPE=U0/Zф0≤50В

В целом, петля фаза ноль — это контур, образующийся в момент соединения фазного проводника и нулевого рабочего защитного проводника. Проверяется она при помощи специальной формулы или измерительного прибора. При этом для вычисления петли и возобновления работы электросистемы, необходимо знать величину ее сопротивления, которую также можно найти профессиональным оборудованием.

Как измерить сопротивление петли фаза-ноль?

Периодичность и назначение замеров

Для надежной работы электросети необходимо периодически проводить проверку силового кабеля и оборудования. Перед сдачей объекта в эксплуатацию, после капитального и текущего ремонта электросетей, после проведения пуско-наладочных работ, а также по графику, установленном руководителем предприятия проводят эти испытания. Измерения делают по следующим основным параметрам:

  • сопротивление изоляции;
  • сопротивление петли фаза-ноль;
  • параметры заземления;
  • параметры автоматических выключателей.

Основной задачей измерения параметра петли фаза-ноль является защита электрооборудования и кабелей от перегрузок, возникающих в процессе эксплуатации. Повышенное сопротивление может привести к перегреву линии, и как следствие, к пожару. Большое влияние на качество кабеля, воздушной линии оказывает окружающая среда. Температура, влажность, агрессивная среда, время суток – все это оказывает влияние на состояние сети.

В цепь для проведения замеров включают контакты автоматической защиты, рубильники, контакторы, а также проводники подачи напряжения к электроустановкам. Этими проводниками могут быть силовые кабели, подающие фазу и ноль, или воздушные линии, выполняющие эту же функцию. При наличии защитного заземления — фазный проводник и провод заземления. Такая цепь имеет определенное сопротивление.

Полное сопротивление петли фаза-ноль можно рассчитать с помощью формул, которые будут учитывать сечение проводников, их материал, протяженность линии, хотя точность расчетов будет небольшой. Более точный результат можно получить, измерив физическую цепь с имеющимися устройствами.

В случае использование в сети устройства защитного отключения (УЗО), его при измерении необходимо отключить. Параметры УЗО рассчитаны так, что при прохождении больших токов оно произведет отключение сети, что не даст достоверных результатов.

Обзор методик

Существуют разные методики для проверки петли фаза-ноль, а также разнообразные специальные измерительные приборы. Что касается методов измерения, основными считаются:

  1. Метод падения напряжения. Замеры проводят при отключенной нагрузке, после чего подключают нагрузочное сопротивление известной величины. Работы выполняются с использованием специального устройства. Результат обрабатывают и с помощью расчетов делают сравнение с нормативными данными.
  2. Метод короткого замыкания цепи. В этом случае проводят подключение прибора к цепи и искусственно создают короткое замыкание в дальней точке потребления. С помощью прибора определяют ток короткого замыкания и время срабатывания защит, после чего делают вывод о соответствии нормам данной сети.
  3. Метод амперметра-вольтметра. Снимают питающее напряжение после чего, используя понижающий трансформатор на переменном токе, замыкают фазный провод на корпус действующей электроустановки. Полученные данные обрабатывают и с помощью формул определяют нужный параметр.

Основной методикой такого испытания стало измерение падения напряжения при подключении нагрузочного сопротивления. Этот метод стал основным, ввиду его простоты использования и возможности дальнейших расчетов, которые нужно провести для получения дальнейших результатов. При измерении петли фаза-ноль в пределах одного здания, нагрузочное сопротивление включают на самом дальнем участке цепи, максимально удаленном от места подачи питания. Подключение приборов проводят к хорошо очищенным контактам, что нужно для достоверности замеров.

Сначала проводят измерение напряжения без нагрузки, после подключения амперметра с нагрузкой замеры повторяют. По полученным данным делают расчет сопротивления цепи фаза-ноль. Используя готовое, предназначенное для такой работы устройство, можно сразу по шкале получить нужное сопротивление.

После проведения измерения составляют протокол, в который заносят все нужные величины. Протокол должен быть стандартной формы. В него также вносят данные об измерительных приборах, которые были использованы. В конце протокола подводят итог о соответствии (несоответствии) данного участка нормативно-технической документации. Образец заполнения протокола выглядит следующим образом:

Какие приборы используют?

Для ускорения процесса измерения петли промышленность выпускает разнообразные измерительные приборы, которые можно использовать для замеров параметров сети по различным методикам. Наибольшую популярность набрали следующие модели:

  • М-417. Проверенный годами и надежный прибор для измерения сопротивления цепи фаза-ноль без снятия питания. Используют для замеров параметра методом падения напряжения. При использовании этого устройства можно провести испытание цепи с напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью. Он обеспечит размыкание измерительной цепи за 0,3 с. Недостатком является необходимость калибровки перед началом работы.
  • MZC-300. Устройство нового поколения, построенное на базе микропроцессора. Использует метод измерения падения напряжения при подключении известного сопротивления (10 Ом). Напряжение 180-250 В, время замера 0,03 с. Подключают прибор к сети в дальней точке, нажимают кнопку старт. Результат выводится на цифровой дисплей, рассчитанный с помощью процессора.
  • Измеритель ИФН-200. Выполняет много функций, в том числе, и измерение петли фаза-ноль. Напряжение 180-250 В. Для подключения к сети есть соответствующие разъемы. Готов к работе через 10 с. Подключаемое сопротивление 10 Ом. При сопротивлении цепи более 1 кОм измерение проводиться не будут – сработает защита. Энергонезависимая память сохраняет 35 последних вычислений.

О том, как измерить сопротивление петли фаза-ноль с помощью приборов, вы можете узнать, просмотрев данные видео примеры:

Для использования вышеперечисленных методик необходимо привлекать только обученный персонал. Неправильное проведение замеров может привести к неверным конечным данным или к выходу из строя существующей системы электроснабжения. Хуже всего – это может привести к травмированию работников. Надеемся, теперь вы знаете, для чего нужно измерение петли фаза-ноль, а также какие методики и приборы для этого можно использовать.

Рекомендуем также прочитать:

{SOURCE}

Заказать измерение петли фаза ноль в Москве от

НАИМЕНОВАНИЕ РАБОТЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯЦЕНА
Замер полного сопротивления цепи «фаза-нуль»1 токоприемник140 ₽

Электротехническая лаборатория «МОСЭНЕРГОТЕСТ» выполняет измерение петли фаза-ноль высоковольтных выключателей, а также другие работы по проверке, наладке и запуску электрооборудования. Мы предлагаем комплекс услуг по диагностике электроустановок во время приёмо-сдаточных и проверочных испытаний, гарантируем высокую точность и качество измерений.измерение петли фаза-ноль

Высоковольтные выключатели – важнейшие элементы систем электроснабжения, от исправного состояния которых зависит надёжность переключений и своевременное отключение оборудования при возникновении аварийных ситуаций.

Они обеспечивают штатный и аварийный режим работы трёхфазных энергосистем со стандартной частотой 50 Гц, могут использоваться для ручного, автоматического и дистанционного управления электропитанием. Выключатели в электроустановках должны периодически проверяться, для этого проводится измерение и ряд других измерений.

Преимущества полного измерения сопротивления петли фаза-нуль

Измерение сопротивления петли проводится при введении в эксплуатацию нового электрооборудования, после экстренного и планового ремонта электроустановок. Проверка рабочих характеристик коммутационных устройств, помимо всего прочего, включает в себя измерения сопротивления контура, создаваемого при соединении нулевого и фазного проводников.

Что дают замеры петли фаза-нуль?

Измерение сопротивления фаза-нуль позволяет получить более точные значения, чем при математическом расчёте. Это обусловлено тем, что при теоретических расчётах невозможно учесть переходные сопротивления рубильников, контакторов и других коммутационных устройств. Кроме того, невозможно предугадать путь прохождения тока при коротком замыкании, поскольку в любой электрической цепи присутствуют заземляющие контуры и металлические конструкции. Измерение сопротивления петли выполняется прибором, который все эти параметры учитывает автоматически, поскольку в процессе работы используется специальное измерительное оборудование.

Методика измерения сопротивления петли фаза-ноль

Наши специалисты выполняют измерение сопротивления петли одним из двух методов: методом КЗ(короткого замыкания) с использованием измерительного прибора MZC-300 или методом измерения падения напряжения в отключенной цепи электропитания. Первый метод более удобный и безопасный. Прежде, чем приступать к измерениям, мы проверяем сопротивление и целостность защитных проводников. Во время измерений прибором MZC-300 принимается во внимание возможность автоматической блокировки процесса. Это может произойти в том случае, если:

  • Напряжение в сети электропитания больше 250 В.
  • В сети КЗ отсутствует защита по току, а в цепи PE/N случился разрыв.
  • Напряжение в сети электропитания меньше 180 В.
  • Измерительный прибор перегрелся из-за большой нагрузки.

Измерение петли мы проводим по следующей методике:

  • Клеммы измерительного прибора подключаются к заземляющему проводнику или к глухозаземлённой нейтрали и одной из фаз.
  • Проверяется надёжность контактов.
  • Имитируется короткое замыкание – в течение 30 мс электрический ток пропускается через резистор 10 Ом. Уменьшенное значение силы тока – один из основных параметров измерений.
  • Перед определением величины тока измеряется реальное напряжение сети. Берётся векторная поправка тока и напряжения.
  • Прибор автоматически вычисляет сопротивление фаза-ноль петли короткого замыкания, раскладывает его на активную и реактивную составляющие, высчитывает угол сдвига фаз, образующийся при протекании в цепи тока КЗ. Диапазон измерения выбирается автоматически.
  • Результаты измерений заносятся в протокол.

Оформление результатов измерения

После выполнения всех замеров результаты в виде сопротивления петли КЗ или полного сопротивления цепи отображаются на дисплее прибора. На основании этих показателей выполняются вычисления тока короткого замыкания. Частота, с которой проводится измерение петли фаза-ноль, регламентируется ПТЭЭП и ППР, в них указываются сроки проведения текущих и капитальных ремонтов установок электропитания. Внеплановые измерения необходимы в случае выхода оборудования из строя и перед запуском после ремонта.

Электролаборатория«МОСЭНЕРГОТЕСТ» выполняет электроизмерение полного сопротивления петли фаза-нуль систем электропитания любого назначения. После выполнения измерительных работ выдаётся заключение о результатах. В этих результатах величина однофазного тока короткого замыкания сравнивается с номиналом предохранительной вставки или величиной тока срабатывания расцепителя автоматического выключателя. На основании этого делаются выводы о безопасности и пригодности электрооборудования к эксплуатации, данные измерений заносятся в протокол.

общее представление и методика, периодичность и приборы для измерения

Надежность электрической сети напрямую зависит от правильности срабатывания защитных устройств. Петля фаза ноль позволяет проверить их работоспособность в сети до 1 кВ с глухо-заземленной нейтралью. Поэтапно разберемся, что представляет собой схема «Ф-Н», а также нюансы ее проверки.

Общее представление о цепи «фаза ноль»

Большинство потребителей электроэнергии запитаны сетями с уровнем напряжения до 1 кВ через трехфазный трансформатор. Для обеспечения безопасности в них используется глухо-заземленная нейтраль. В ней возможно появление тока из-за сдвига фаз в обмотках трансформатора, которые соединены по схеме звезды.

В случае возникновения контакта между линейным и нулевым или защитным проводом формируется контур «фаза-нуль». Указанная связь приводит к образованию короткого замыкания. В цепи могут находиться соединительные провода, коммутационная и защитная аппаратура, что сопровождается формированием определенного значения сопротивления.

Зачем проверяется петля «фаза ноль»

Изучение показателей схемы «Ф-Н» осуществляется для определения слабых мест в действующей сети. Это может своевременно предотвратить развитие более серьезных аварий в питающей цепи. Еще одной важной функцией указанного тестирования является проверка соответствия установленных коммутационных и защитных устройств токам короткого замыкания. Это требуется для предотвращения воспламенения проводки.

Проведение испытаний электросети

Сроки проведения испытаний

Электрические сети и оборудование эксплуатируются в различных режимах. Со временем наблюдается естественное старение изоляции кабеля, ухудшение свойств проводников из-за токовых перегрузок, отклонений напряжения, влияния окружающей среды и т. д. Этим обусловлена необходимость в периодической проверке целостности контура фаза ноль.

В соответствии с указаниями ПУЭ испытание петли «Ф-Н» проводится, как минимум, один раз в 36 месяцев, а для электрических сетей, эксплуатируемых в опасных или агрессивных средах, как минимум, один раз в 24 месяца. Также предусматриваются внеплановые проверки, в следующих ситуациях:

  • при внедрении в работу нового оборудования;
  • после осуществления модернизации, профилактики или ремонта действующей сети;
  • по требованию поставщика электроэнергии;
  • по факту запроса от потребителя.
Периодичность осмотров электрооборудования жилых домов

Методы и порядок проверки сопротивления контура «Ф-Н»

Проверка сопротивления петли «фаза нуль» подразумевает замер тока короткого замыкания на конкретном участке электрической цепи. В дальнейшем зафиксированное значение сопоставляется с отключающими уставками автоматов. При этом измерения проводятся либо непосредственно под рабочим напряжением, либо с питанием от постороннего источника. Далее рассмотрим требуемую последовательность действий при проверке сопротивления.

Визуальный контроль

Первоначально понадобится изучить имеющиеся схемы и документацию. В дальнейшем осуществляется визуальный осмотр всех элементов цепи на предмет выявления явных недостатков и повреждений. В процессе выполнения указанных мероприятий рекомендуется проверить качество затяжки контактных соединений. Иначе велика вероятность получения недостоверных измеренных данных.

Осмотр элементов электросети на соответствие схеме

Замер показателей контура «Ф-Н»

В ходе испытаний могут использоваться различные специализированные приборы, которые могут использовать следующие методики измерений:

  1. Падения напряжения — проводится на обесточенной цепи с дальнейшим подсоединением сопротивления установленной величины. Зафиксированные показания сверяются с допустимыми нормами значениями после проведения расчетов.
  2. Короткого замыкания — предполагает осуществление испытаний при наличии напряжения. Измерительное устройство формирует искусственное короткое замыкание на конечном участке от ввода питания с дальнейшей фиксацией величины тока и времени отработки защитных элементов.
  3. Амперметра-Вольтметра — подразумевает применение понижающего трансформатора переменного тока с замыканием фазного провода на защитное заземление электрической цепи. Предварительно выполняется обесточивание питающей сети. Необходимые показания получаются после проведения расчетов.

Вычисления и оформление документации

Заключительным этапом испытания является расчет величины тока короткого замыкания. Он определяется по соотношению:

Iкз = Uф/R, где

Uф — фазное напряжение сети;

R — полное сопротивление цепи.

Вычисленная величина сопоставляется с пределом отключения Iкз защитными аппаратами. Для определения минимальной и максимальной уставки срабатывания понадобится номинальный ток автомата увеличить в определенное количество раз, в зависимости от типа установленного защитного устройства. Ниже приведена требуемая кратность для минимального и максимального тока отключения по отношению к номинальному для конкретных серий автоматов:

  • В — 3 и 5;
  • С — 5 и 10;
  • D и К — 10 и 14.

Итог испытания подводится в специальном протоколе, о содержании которого будет указано далее с предоставлением примера заполнения.

Приборы для проведения измерений

Замерить основные показатели контура «Ф-Н» можно двумя типами приборов. Первые допускается использовать исключительно после снятия напряжения, а вторые способны работать под нагрузкой. Также имеются различия в выводе количества информации. Простые приборы выдают значения необходимые для вычисления Iкз. Более сложное исполнение измерителей позволяет сразу вывести значение Iкз.

Специалисты рекомендуют использовать следующие модели приборов:

  1. MZC 300 — современный микропроцессорный измеритель, о нюансах работы которого мы расскажем далее.
  2. М-417 — зарекомендовал себя с наилучшей стороны много лет назад. Испытания ведутся по методу падения напряжения. При этом измеритель можно использовать под рабочим линейным напряжением в сетях с глухо-заземленной нейтралью. Размыкание испытываемой схемы осуществляется за 0,3 с. Предварительно понадобится выполнить калибровку.
  3. ИФН-200 — предназначен для проверки цепей с сопротивлением до 1 кОм, с допустимым напряжением от 180 до 250 В. Помимо замера схемы «Ф-Н», способен функционировать и в других режимах. Память ИФН-200 может хранить данные о тридцати пяти крайних вычислениях.
Измеритель сопротивления ИФН-200

Подведение итогов и опасности от проведения неправильного измерения

По полученной в результате измерений информации делается заключение о возможности дальнейшей эксплуатации сети. При выявлении несоответствия отключающих уставок защитных аппаратов зафиксированному Iкз, выносится решение о необходимости их замены. В противном случае велика вероятность образования пожара и разрушения электрооборудования под воздействием Iкз.

Протокол по проведенным замерам контура «фаза нуль»

На основании произведенных измерений оформляется специальный протокол. Он используется для хранения зафиксированных показаний, а также для осуществления сравнительного анализа с последующими тестами.

В протоколе отображается следующая информация:

  • дата проведения;
  • номер протокола;
  • цель проведения тестирования;
  • данные об организации, проводящей испытания;
  • информация о заказчике;
  • действующие климатические условия: атмосферное давление, температура и влажность воздуха;
  • диапазон измерения, класс точности и вид расцепителя;
  • измеритель, используемый для тестирования;
  • зафиксированные показания;
  • итог испытаний;
  • должности, фамилии и подписи лиц, проводивших замеры и проверивших протокол.

Обратите внимание! В случае положительного итога цепь допускается к эксплуатации без ограничений. При выявлении недостатков составляется перечень требуемых действий для восстановления необходимых показателей.

Техника безопасности при замере контура «Ф-Н»

Процедура замера контура фаза ноль должна вестись специалистами в возрасте от 18 лет, сдавшими экзамен по межотраслевым нормам и правилам техники безопасности. Работы должны осуществляться в соответствии с ПУЭ и при наличии требуемых приборов и инструментов.

Проведение работ должно оформляться нарядом или распоряжением. В состав бригады должны входить, как минимум, два специалиста с третьей группой по электробезопасности. Запрещается производить тестирование в условиях повышенной влажности и опасности.

Проведение проверки цепи фаза-ноль

Испытание цепи «Ф-Н» измерителем MZC 300

Измерение петли фаза ноль прибором MZC 300 требует соблюдения определенной последовательности действий, учитывая некоторые особенности устройства.

Обязательные условия

Первоначально рекомендуется включить MZC 300 и убедиться в отсутствии на экране надписи bAt. Она сигнализирует о разряженных батарейках, а следовательно, провести достоверные измерения не удастся.

В процессе осуществления замеров могут появляться характерные ошибки, обусловленные следующими причинами:

  1. Напряжение сети менее 180 или более 250 Вольт. В первом случае на экране высветится буква U в сопровождении с двумя звуковыми сигналами, а во втором надпись OFL и одно продолжительное звучание.
  2. Высокая нагрузка на измеритель, сопровождающаяся перегревом. На дисплее высветится буква T, а зуммер выдаст два длительных звука.
  3. Обрыв нулевого или защитного провода в исследуемой схеме, что сопровождается появлением на дисплее символа «— —» и продолжительным звуком.
  4. Превышено допустимое значение общего сопротивления исследуемой схемы — два продолжительных звука и символ «—».

Способы подключения

С помощью MZC 300 можно произвести замеры различных участков цепи. При этом необходимо обеспечить качественный контакт наконечников прибора.

Далее представлен порядок подключения измерителя в зависимости от вида проводимого тестирования:

  1. Снятие характеристик с петли «Ф-Н» — один наконечник измерителя фиксируется к нулевому (N) проводу, а второй поочередно устанавливается на линейные (L) провода.
  2. Проверка защитной цепи — один контакт поочередно крепится к линейным проводникам, а второй к защитному заземлению (PE).
  3. Тестирование надежности заземления корпуса электрооборудования производится в зависимости от типа сети — с занулением (TE) или с защитным заземлением (TT). При этом порядок производства измерений идентичен. Один наконечник прибора цепляется к корпусу электрооборудования, а второй поочередно к питающим проводникам.

Считывание показаний о напряжении сети

MZC 300 рассчитан на выдачу показаний фазного напряжения в пределах от 0 до 250 В. Для снятия данных понадобится нажать на клавишу «Start». При отсутствии указанных манипуляций измерительное устройство автоматически выведет на дисплей полученное значение, по истечении пяти секунд с момента начала тестирования.

Измерение характеристик контура «Ф-Н»

Для получения основных показателей в MZC 300 используется методика искусственного короткого замыкания. Она позволяет измерить полное сопротивление петли, разлагая на активную и реактивную составляющую, а также выдавая данные по углу сдвига фаз и величине предполагаемого Iкз. Для их поочередного просмотра понадобится нажимать кнопку «Z/I».

Измерительный ток протекает по тестируемому контуру в течение 30 мс. Для ограничения величины тока в схеме прибора смонтирован ограничивающий резистор на 10 Ом. При этом прибор автоматически устанавливает требуемую величину измерительного тока, учитывая уровень напряжения в сети и величину сопротивления схемы «Ф-Н».

Обратите внимание! При проведении тестирования важно учитывать, что прибор ведет расчеты с учетом номинального значения напряжения 220 В, независимо от действующих показаний в сети. Поэтому в дальнейшем необходимо осуществить корректировку полученного значения предполагаемого Iкз в цепи «Ф-Н». Для этого необходимо измерить действующее значение напряжения и разделить на 220. Полученное значение умножить на измеренный прибором Iкз.

При наличии в схеме УЗО следует предварительно исключить защитный аппарат из тестируемого контура посредством установки шунта. Это обусловлено тем, что подаваемый от MZC 300 измерительный ток приводит к отключению УЗО.

Вывод результатов измерения

После осуществления необходимых подключений на экране прибора будет отражаться уровень напряжения сети. Процесс измерения начинается после нажатия кнопки «Start». По факту окончания тестирования на дисплей выводится информация о величине полного сопротивления или предполагаемого Iкз, в зависимости от первоначальных установок. Для отображения других доступных показаний понадобится использовать клавишу «SEL».

Вывод результатов испытания на экран

Для получения достоверных измерений цепи «Ф-Н» рекомендуется воспользоваться услугами профессионалов. От правильности испытаний зависит дальнейшая безопасность эксплуатации электрической сети.

Петля фаза ноль: общее представление и методика, периодичность и приборы для измерения

Ифн 200 методика измерений - Инженер ПТО

Замена:

  • Назначение ИФН-200
  • Общие данные ИФН-200
  • Технические характеристики ИФН-200
  • Комплектность ИФН-200
  • Дополнительные материалы по ИФН-200
  • Примечание

Назначение ИФН-200

— измерение полного, активного и реактивного сопротивления цепи фаза-нуль без отключения источника питания
— измерение напряжения переменного тока
— измерение сопротивления постоянному току (режим омметра)
— измерение сопротивления "металлосвязи" током 200-300 мА для сопротивлений менее 10 Ом
— вычисление ожидаемого тока короткого замыкания, приведенного к напряжению сети 220 В
— вычисление угла сдвига фаз между напряжением и током при коротком замыкании
— автоматическая предварительная проверка целостности цепи малым током

Общие данные ИФН-200

  • микропроцессорное управление
  • автоматический выбор диапазонов измерений
  • возможность калибровки прибора на сопротивление измерительных проводов произвольной длины
  • высокоинформативный ЖК дисплей
  • встроенная память на 35 измерений
  • автоматическое отключение питания
  • индикация состояния внутреннего источника питания
  • система защиты аккумулятора от перезаряда
  • защита от неправильного включения
  • ударопрочный, пыле- и влагозащищенный корпус. Степень защиты IP42

Технические характеристики ИФН-200

Диапазон измерения полного, активного и реактивного сопротивления петли "фаза-нуль"

Вычисление тока короткого замыкания

Максимальный измерительный ток в цепи

Время протекания измерительного тока

Вычисление угла между напряжением и током

при коротком замыкании

Измерение сопротивления постоянному току

аккумулятор 12 В

Габаритные размеры прибора

Комплектность ИФН-200

Наименование и условное обозначение

1. Измеритель сопротивления цепи «фаза-нуль» ИФН-200

2. Руководство по эксплуатации РЛПА.411218.003РЭ

3. Блок питания «БПН-6 15-0,45» ЭКМЮ.436230.001ТУ

4. Комплект кабелей в составе:

— кабель РЛПА.685551.002 – измерительный, красный, длиной 1,5 м

— кабель РЛПА.685551.002-03 – измерительный, синий, длиной 1,5 м

5. Сумка для переноски

6. Зажим типа «крокодил»

Примечание. Допускается комплектация блоком питания «БПН-6 15-0,45» ТУ 6589 001 59614631 2004.

Дополнительная комплектация:

Дополнительные материалы по ИФН-200

Примечание

Цена на изделие " Измеритель сопротивления петли фаза-нуль ИФН-200 " приведена как справочная информация, не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации и может быть изменена в любое время без предупреждения. Наличие на складе или предполагаемый срок поставки позиции " Измеритель сопротивления петли фаза-нуль ИФН-200 " уточняйте у менеджеров отдела продаж по телефонам: +7 (4912) 24-59-59, 24-59-58, 24-59-57 или по e-mail: [email protected]

г. Рязань, ул. Урицкого, д. 35

© 1995—2019 ТЦ ЖАИС

Вся информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.

Электроприборы должны работать без нареканий, если электрическая цепь соответствует всем нормам и стандартам. Но в линиях электропитания происходят изменения, которые со временем сказываются на технических параметрах сети. В связи с этим необходимо проводить периодическое измерение показателей и профилактику электропитания. Как правило, проверяют работоспособность автоматов, УЗО, а также параметры петли фаза-ноль. Ниже описаны подробности об измерениях, какие приборы использовать и как анализировать полученные результаты.

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

Согласно правилам ПУЭ в силовых подстанциях с напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью необходимо регулярно проводить замер сопротивления петли фаза-ноль. Электроэнергия, подаваемая потребителям, поступает с выходных обмоток трехфазного трансформатора, который подключен по схеме звезда. В результате естественного перекоса фаз по цепи нейтрали может протекать ток, поэтому для предотвращения проблемы измеряют фазу-ноль.

Петля фаза-ноль образуется в том случае, если подключить фазный провод к нулевому или защитному проводнику. В результате создается контур с собственным сопротивлением, по которому перемещается электрический ток. На практике количество элементов в петле может быть значительно больше и включать защитные автоматы, клеммы и другие связующие устройства. При необходимости, можно провести расчет сопротивления вручную, но у метода есть несколько недостатков:

  • сложно учесть параметры всех коммутационных элементов, в том числе выключателей, автоматов, рубильников, которые могли измениться за время эксплуатации сети;
  • невозможно рассчитать влияние аварийной ситуации на сопротивление.

Наиболее надежным способом считается замер значения с помощью поверенного аппарата, который учитывает все погрешности и показывает правильный результат. Но перед началом измерения необходимо совершить подготовительную работу.

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

Проверка необходима для профилактических целей, а также обеспечения корректной работы защитных устройств, включая автоматические выключатели, УЗО и диффавтоматы. К примеру, распространенная проблема, когда в розетку включается чайник или другой электроприбор, а автомат отключает нагрузку.

Важно! Большое сопротивление является причиной ложного срабатывания защиты, нагрева кабелей и пожара.

Причина может заключаться во внешних факторах, на которые сложно повлиять, а также в несоответствии номинала защиты действующим параметрам. Но в большинстве случаев, дело во внутренних проблемах. Наиболее распространенные причины ошибочного срабатывания автоматов:

  • неплотный контакт на клеммах;
  • несоответствие тока характеристикам провода;
  • уменьшение сопротивления провода из-за устаревания.

Использование измерений позволяет получить подробные данные про параметры сети, включая переходные сопротивления, а также влияние элементов контура на его работоспособность. Другими словами, петля фаза-ноль используется для профилактики защитных устройств и корректного восстановления их функций.

Зная параметры автомата защиты конкретной линии, после проведения измерения, можно с уверенностью сказать, сможет ли автомат сработать при коротком замыкании или начнут гореть провода.

Периодичность проведения измерений

Надежная работа электросети и всех бытовых приборов возможна только в том случае, если все параметры соответствуют нормам. Для обеспечения нужных характеристик требуется периодическая проверка петли фазы-ноль. Замеры проводятся в следующих ситуациях:

  1. После ввода оборудования в эксплуатацию, ремонтных работ, модернизации или профилактики сети.
  2. При требовании со стороны обслуживающих компаний.
  3. По запросу потребителя электроэнергии.

Справка! Периодичность проверки в агрессивных условиях — не менее одного раза в 2 года.

Основной задачей измерений является защита электрооборудования, а также линий электропередач от больших нагрузок. В результате роста сопротивления кабель начинает сильно нагреваться, что приводит к перегреву, срабатыванию автоматов и пожарам. На величину влияет множество факторов, включая агрессивность среды, температура, влажность и т.д.

Какие приборы используют?

Для измерения параметров фазы используют специальные поверенные устройства. Аппараты отличаются методиками замеров, а также конструктивными особенностями. Наибольшей популярностью среди электриков пользуются следующие измерительные приборы:

  • М-417. Проверенное опытом и временем устройство, предназначенное для измерения сопротивления без отключения источника питания. Из особенностей выделяют простоту использования, габариты и цифровую индикацию. Прибор применяют в любых сетях переменного тока напряжением 380В и допустимыми отклонениями 10%. М-417 автоматически размыкает цепь на интервал до 0,3 секунды для проведения замеров.
  • MZC-300. Современное оборудование для проверки состояния коммутационных элементов. Методика измерений описаны в ГОСТе 50571.16-99 и заключается в имитации короткого замыкания. Устройство работает в сетях с напряжением 180-250В и фиксирует результат за 0,3 секунды. Для большей надежности работы предусмотрены индикаторы низкого или высокого напряжения, а также защита от перегрева.
  • ИФН-200. Устройство с микропроцессорным управлением для измерения сопротивления петли фаза-ноль без отключения питания. Надежный прибор гарантирует точность результата с погрешностью до 3%. Его используют в сетях с напряжением от 30В до 280В. Из дополнительных преимуществ следует выделить измерение тока КЗ, напряжения и угла сдвига фаз. Также прибор ИНФ-200 запоминает результаты 35 последних замеров.

Важно! Точность результатов измерения зависит не только от качества прибора, но и от соблюдения правил выполнения выбранной методики.

Как измеряется сопротивление петли фаза ноль

Измерение характеристик петли зависит от выбранной методики и прибора. Выделяют три основных способа:

  • Короткое замыкание. Прибор подключается к рабочей цепи в наиболее отдаленной точке от вводного щита. Для получения нужных показателей устройство производит короткое замыкание и замеряет ток КЗ, время срабатывания автоматов. На основе данных автоматически рассчитываются параметры.
  • Падение напряжения. Для подобного способа необходимо отключить нагрузку сети и подключить эталонное сопротивление. Испытание проводят с помощью прибора, который обрабатывает полученные результаты. Метод считается одним из наиболее безопасных.
  • Метод амперметра-вольтметра. Достаточно сложный вариант, который проводят при снятом напряжении, а также используют понижающий трансформатор. Замыкая фазный провод на электроустановку, измеряют параметры и делают расчеты характеристик по формулам.

При существующем разнообразии электрического оборудования, устанавливаемого в силовых цепях, важно научиться правильной эксплуатации систем энергоснабжения и поддержанию их в рабочем состоянии. Нарушение этого требования приводит к снижению эксплуатационных показателей и возможности повреждения подключенных к ней устройств. Проверка электропроводящих линий предполагает организацию тестирования, включающего в себя измерение распределенных электрических параметров. При проведении периодических испытаний обязательно обследуются все защитные устройства и электрические проводники, а также так называемая «петля фаза ноль».

Определение понятия

Любое подключенное к электросети оборудование оснащается защитным заземляющим контуром. Это приспособление обустраивается в виде сборной металлической конструкции, располагающейся либо рядом с контролируемым объектом, либо на трансформаторной подстанции. В случае аварийной ситуации (при повреждении изоляции проводов, например) фазное напряжение попадает на заземленный корпус, а затем стекает в землю.

Для надежного растекания в грунт опасного потенциала сопротивление цепочки не должно превышать определенной нормы (единиц Ома).

Под петлей фаза ноль понимается проводной контур, образуемый при замыкании фазной жилы на токопроводящий корпус подключенного к сети оборудования. Фактически он образуется между фазой и заземленной нейтралью (нулем), что и явилось причиной такого названия. Знать его сопротивление необходимо для того, чтобы контролировать состояние цепей защитного заземления, обеспечивающих стекание аварийного тока в грунт. От состояния этого контура зависит безопасность человека, пользующегося оборудованием и бытовыми приборами.

Методика определения сопротивления петли фаза-нуль

В соответствии с требованиями ПТЭЭП при эксплуатации промышленного и бытового электрооборудования необходим постоянный контроль состояния защитных устройств. Согласно требованиям нормативной документации в установках до 1000 Вольт с глухозаземленной нейтралью они проверяются на однофазное замыкание в грунт. В известных методиках испытаний в первую очередь учитывается техническая база, представленная образцами специальных измерительных приборов.

Используемая аппаратура

Для измерения цепочки фаза-нуль применяются электронные приборы, отличающиеся как своими возможностями (способом снятия показаний и их погрешностью, в частности), так и назначением. К самым распространенным образцам измерителей относятся:

  • Приборы М417 и MSC300, позволяющие определять искомую величину, по окончании измерений токи КЗ на землю вычисляются на основе полученных результатов.
  • Устройство ЭКО-200, посредством которого удается замерить только ток замыкания.
  • Прибор ЭКЗ-01, применяемый для тех же целей, что ЭКО-200.
  • Измеритель ИФН-200.

Прибор М417 позволяет проводить измерения в цепях 380 Вольт с глухозаземленной нейтралью без необходимости снятия питающего напряжения. При проведении замеров используется метод его падения в режиме размыкания контролируемой цепи на промежуток времени, составляющий 0,3 секунды. К недостаткам этого устройства относят необходимость калибровки системы перед началом работы.

Прибор MSC300 относится к изделиям нового типа с электронной начинкой, построенной на современных микропроцессорах. При работе с ним используется метод падения потенциала при подключении фиксированного сопротивления величиной 10 Ом. Рабочее напряжение – 180-250 Вольт, а время замера контролируемого параметра – 0,03 сек. Устройство подсоединяется к проверяемой линии в самой дальней ее точке, после чего нажимается кнопка «Старт». Итоги измерений выводятся на встроенный в прибор цифровой дисплей.

Когда в наличии не имеется ни одного образца измерительного прибора (а также при необходимости дублирования операций), для практического определения искомой величины используется способ измерения с помощью вольтметра и амперметра.

Существующие методики измерений

Известные методики включают в себя расчетную часть, представленную в виде формул. Общепринятый расчетный инструмент позволяет узнать суммарное сопротивление петли по следующей формуле:

Zпет = Zп + Zт/3, где

  • Zп – полное сопротивление проводов на участке КЗ;
  • Zт – то же, но для силового трансформатора подстанции (источника тока).

Для дюралевых и медных проводов Zпет в среднем составляет 0,6 Ом/км. По найденному сопротивлению находится ток однофазового замыкания на землю: Iк = Uф/Zпет.

Если в результате приведенных выкладок выяснится, что значение искомого параметра не превышает трети от допустимой величины (смотрите ПУЭ), можно ограничиться этим вариантом расчета. В противном случае проводятся прямые измерения тока посредством приборов ЭКО-200 или ЭКЗ-01. В их отсутствие может применяться метод амперметра-вольтметра.

Общий порядок проведения испытаний с помощью измерительных приборов указанных марок:

  • Контролируемое оборудование отключают от сети.
  • Организуется питание проверяемой петли от понижающего трансформатора.
  • Нужно умышленно замкнуть фазу на корпус электрического приемника, а затем измерить значение Zпет, получившееся в результате КЗ.

При измерениях по способу амперметра-вольтметра после подачи напряжения в контролируемую цепочку и организации замыкания определяются величины тока I и потенциала U. Первое из этих значений не должно превышать 10-20 Ампер.

Расчеты и оформление результатов

Сопротивление проверяемой петли вычисляется по формуле: Zпет=U/I. Полученное по результатам расчета значение складывается с импедансом одной из 3-х обмоток станционного трансформатора, равным Rтр./3.

По завершении линейных измерений согласно действующим нормативам их следует зафиксировать документально. Для этого по установленной форме подготавливаются протоколы испытаний, в которых обязательно регистрируются следующие данные:

  • Тип линии, ее основные характеристики.
  • Используемое при проверке измерительное оборудование.
  • Величины собственного переходного сопротивления и обмоток станционного трансформатора.
  • Их сумма, являющаяся итогом проведенных измерений.

В соответствии с основными положениями ПУЭ периодичность проводимых на силовых цепях проверок составляет один раз в 6 лет. Для взрывоопасных объектов – раз в два года.

Расчеты по таблицам

Полное значение искомой величины зависит от следующих факторов:

  • Параметры трансформатора силовой подстанции.
  • Выбранные при проектировании электрической сети сечения фазных и нулевых жил.
  • Сопротивление переходных соединений, всегда имеющихся в любой цепи.

Проводимость используемых проводов может задаваться еще на стадии проектирования энергосистемы, что при условии правильного ее выбора позволит избежать многих неприятностей.

Согласно ПУЭ этот показатель должен соответствовать хотя бы половине аналогичного значения для фазных проводников. По необходимости ее допускается увеличивать до той же величины. В требованиях главы 1.7 ПУЭ оговариваются эти значения, а ознакомиться с ними можно в Таблице 1.7.5, приводимой в Приложении Правил. Согласно ей производится выбор наименьшего сечения проводников защиты (в миллиметрах квадратных).

По завершении табличного этапа обсчета петли фаза-ноль переходят к ее проверке путем вычисления тока короткого замыкания по формулам. Его расчетное значение сравнивается затем с практическими результатами, полученными ранее путем непосредственных измерений. При последующем выборе приборов защиты от КЗ (линейных автоматов, в частности) время их срабатывания привязывается к этому параметру.

В каких случаях проводят измерения

Замер сопротивления участка цепи фаза-ноль обязательно организуется в следующих ситуациях:

  • при вводе в постоянную эксплуатацию новых, еще не работающих силовых электроустановок;
  • когда со стороны контролирующих энергетических служб поступило указание на их проведение;
  • согласно заявке предприятий и организаций, подключенных к обслуживаемой электрической сети.

При вводе энергетической системы в эксплуатацию тестовые замеры сопротивления петли является частью комплекса мероприятий, проводимых с целью проверки ее рабочих характеристик. Второй случай связан с аварийными ситуациями, нередко случающимися при эксплуатации силовых цепей. Заявка от тех или иных потребителей, представленных предприятием или организацией, может поступить при неудовлетворительной защите оборудования (по жалобам конкретных пользователей, например).

Примеры проведения вычислений

В качестве примеров таких измерений рассматриваются два способа.

Эффект от падения напряжения на контролируемом участке силовой цепи

При описании этого способа важно обратить внимание на трудности его практической реализации. Это объясняется тем, что для получения конечного результата потребуется несколько этапов. Сначала придется измерить параметры сети в двух режимах: с отключенной и подключенной нагрузкой. В каждом из этих случаев сопротивление измеряется путем снятия показаний по току и напряжению. Далее оно рассчитывается по классическим формулам, вытекающим из закона Ома (Zп=U/I).

В числителе этой формулы U представляет собой разницу двух напряжений – при включенной и при выключенной нагрузке (U1 и U2). Ток учитывается только для первого случая. Для получения корректных результатов разница между U1 и U2 должна быть достаточно большой.

Полное сопротивление учитывает импеданс катушки трансформатора (он суммируется с полученным результатом).

Применение независимого источника электрического питания

Данный подход предполагает определение интересующего специалистов параметра с помощью независимого источника питающего напряжения. При его проведении потребуется учесть следующие важные моменты:

  • В процессе измерений первичная обмотка питающего станционного трансформатора замыкается накоротко.
  • С независимого источника напряжение питания подается непосредственно в зону КЗ.
  • Сопротивление фаза-ноль рассчитывается по уже знакомой формуле Zп=U/I, где: Zп – это значение искомого параметра в Омах, U – измеренное испытательное напряжение в Вольтах, I – величина измерительного тока в Амперах.

Все рассмотренные методы не претендуют на абсолютную точность полученных по их итогам результатов. Они дают лишь приблизительную оценку величины полного сопротивления петли фаза-ноль. Такой ее характер объясняется невозможностью в рамках предложенных методик измерять индуктивные и емкостные потери, которые всегда присутствуют в силовых цепях с распределенными параметрами. При необходимости учета векторной природы измеряемых величин (фазовых сдвигов, в частности) придется вводить специальные поправки.

В реальных условиях эксплуатации мощных потребителей величины распределенных реактивных сопротивлений настолько незначительны, что в определенных условиях они не учитываются.

Получите ваши приложения на голосование (фаза)!

Месяц назад я написал о своем исследовании реализации манипулятора данных сокета в реальном времени, который может в конечном итоге остановить работу нашего приложения. Пытаясь исследовать, как это на самом деле работает, я не смог найти много ресурсов, объясняющих, как реальный код проходит через цикл событий. Честно говоря, я считаю, что это огромная проблема. Боюсь, что большинство разработчиков не понимают самой важной части Node.js, но я здесь, чтобы исправить это. Итак, как работают сокеты? Каким образом выполняется резервное копирование данных сокета? Почему использование Transform решает проблему, а конвейер с асинхронной функцией - нет?

Понимание цикла событий.

Во-первых, давайте подробно рассмотрим фазы цикла событий:

Большую часть времени мы обычно тратим между обратными вызовами и фазами опроса.

Фаза опроса отвечает за блокировку текущего потока кода для проверки входящих асинхронных событий или таймеров. Он проверяет ответ любого из предоставленных обработчиков (обработчики файлов, обработчики сокетов) и добавляет их в очередь фазы обратных вызовов. Он также проверяет, достигли ли какие-либо таймеры нуля, и добавляет их в очередь фазы таймеров.

Фаза обратных вызовов Фаза обрабатывает все входящие обратные вызовы ввода-вывода, такие как сетевой трафик, файловые потоки и ответы базы данных. Фаза Timers запускает любые обратные вызовы setTimeout и setInterval , а фаза Check запускает любые обратные вызовы setImmediate .

Это основной поток каждого приложения Node. Фаза опроса блокирует поток, ожидая выполнения входящих действий, и, когда это происходит, распределяет задачу в правильную очередь, а затем освобождает поток, чтобы можно было вызвать обратные вызовы.Синхронный код, который не является частью основного цикла выполнения (начальный запуск кода), выполняется на этапе, на котором он был вызван.

Буферизация

Теперь, когда мы разобрались с основами, мы должны поговорить о том, как потоки работают в Node.JS. Потоки - это конструкции, которые Node.JS использует для раскрытия сетевых сокетов машины. Они используют специфичный для узла класс Buffer для хранения своих данных. Буферы были созданы для хранения больших объемов двоичных данных, поскольку до ES6 не было TypedArray .Они даже более особенные, чем другие структуры в Node.js, потому что их память выделена вне стандартной кучи V8. Это означает, что у них больше памяти, чем у остальной части Node, и они не влияют на нагрузку на память всего вашего приложения. Это не значит, что у них неограниченная память; они этого не делают, но в Node.js есть несколько хитростей, чтобы все было гладко.

Работа с потоками

Stream - это, как следует из названия, конструкция узла для непрерывного потока данных.Когда Stream получает фрагмент данных, он добавляет его в свой буфер и запускает событие данных. Потоки не позволят потоку данных течь до тех пор, пока не будет добавлен обработчик данных или пока ему не будет дано специальное указание «сливать». Когда данные передаются, когда обработчик передается на фазу опроса, Stream будет вырезать как можно больше данных из верхней части своего буфера и передать их обратному вызову данных в фазе обратных вызовов.

Примечание. Данные, сращиваемые потоком, могут быть множественными или неполными сообщениями, поэтому имейте это в виду при обработке данных в реальном времени.

Как выполняется резервное копирование потоков?

Обычно это называют «голоданием ввода-вывода», но это может произойти несколькими способами. Синхронный код сохраняет цикл событий на той фазе, которая инициировала обратный вызов (за исключением основного выполнения, которого нет ни на одной фазе). Сюда входят прослушиватели событий. Все слушатели события вызываются синхронно, как и вызов метода. Пока цикл событий не перейдет в фазу опроса, все потоки буферизуют свои входящие данные во внутреннем буфере записи.Если вы передаете непрерывные данные, то резервные копии буферов действительно могут быть созданы, чем дольше игнорируется фаза опроса. Пока фаза опроса игнорируется, новый ввод-вывод не может быть обработан, и ваш сервер перестает отвечать на запросы.

Почему мы не можем использовать setTimeout, чтобы сделать цикл асинхронным?

SetTimeout добавляет специальный обработчик в очередь опроса, который запускается по истечении заданного времени. Почему это не работает?

  Функция getDataWithTimeout (data) {
  длина константы = данные.readUInt32BE (4)
  const chunk = data.splice (0, длина)
  процесс (кусок)
  if (data.length) {
    setTimeout (getDataWithTimeout, 0, данные)
  }
}
socket.on («данные», getDataWithTimeout)
  

На этапе опроса проверяется поток и запускается обратный вызов ввода-вывода. Оказавшись там, данные обрабатываются, затем назначается тайм-аут. На следующем этапе опроса добавляется еще один обратный вызов ввода-вывода (новые данные), и запланирован setTimeout (поскольку его таймаут равен 0). К счастью, обратные вызовы setTimeout выполняются в начале цикла, поэтому мы все еще обрабатываем данные по порядку, и это хорошо!

Но вот проблема: если у нас будет больше данных в конце этого тайм-аута, фаза опроса должна будет запланировать следующий setTimeout на следующую фазу таймера.Поэтому, когда запускается фаза обратных вызовов, она обрабатывает новые данные до того, как будут обработаны все старые данные. Наши данные были обработаны не по порядку.

Почему преобразование решает проблему?

Для преобразования данных создано

преобразований. Это дуплексные потоки, что означает, что у них есть буфер чтения (для чего-то, например терминала, из которого можно читать) и буфер записи (для чего-то, например, TCP-потоков, для записи). Преобразование дает вам метод передачи данных из буфера записи в буфер чтения, что нам и нужно.Но чем он отличается? Обратный вызов метода запускает следующий блок данных для преобразования, но до его вызова данные просто буферизируются. Это гарантирует, что мы никогда не обработаем новые данные до того, как будут выполнены все старые. Теперь наш setTimeout работает отлично! Это также упрощает создание неполных сообщений, пока они не будут завершены.

  Class Cleanser расширяет stream.Transform {
  конструктор (параметры) {супер (параметры)}
  _transform (chunk, enc, cb) {
    длина константы = data.readUInt32BE (4)
    константный чанк = данные.ломтик (4, длина)
    this.push (кусок)

    data = data.slice (4 + длина)
    if (data.length) {
      setTimeout (преобразование, 0, данные)
    } еще {
      перезвонить()
    }
  }
}
const cleanser = новое очищающее средство ()

socket.pipe (очищающее средство)
  

Заключение

Вы можете написать тысячи строк кода, не столкнувшись с какими-либо проблемами с циклом обработки событий. Многие люди этого не делают, когда впервые пишут свои приложения. Но по мере того, как эти приложения становятся более сложными из-за работы с разными операциями ввода-вывода, использования сокетов и масштабирования до тысяч пользователей, могут начать появляться подобные проблемы.

Цикл событий узла - непростая для понимания концепция, но понимание того, как он работает, может иметь решающее значение для написания производительного кода и избежания ошибок проектирования, которые могут вызвать скрытые сбои. Прежде чем разрабатывать новый компонент, поймите, как он будет течь в цикле событий, и спланируйте его соответствующим образом. Возможно, вы даже сможете использовать его расширенные функции в своих интересах.

Понимание цикла событий Node.js | Тайлер Хокинс

Пример 5

Давайте посмотрим на последний пример.На этот раз мы представим еще один метод под названием process.nextTick :

Пример 5 - process.nextTick

В этом примере мы планируем нашу первую функцию с помощью setImmediate , а нашу вторую функцию планируем с помощью процесса . nextTick , запланируйте нашу третью функцию , используя setTimeout с задержкой в ​​ноль миллисекунд, а затем выполните нашу четвертую функцию . В итоге функции вызываются в следующем порядке: четвертый , второй , первый , третий .

Тот факт, что четвертая функция была выполнена первой, не должен вызывать удивления. Эта функция была вызвана напрямую, без планирования другими нашими методами. секунда, функция выполнялась второй. Это тот, который был запланирован с process.nextTick . Первая функция была выполнена третьей, а затем третья функция была последней, что тоже не должно быть сюрпризом для нас, поскольку мы уже знаем, что обратные вызовы, запланированные на setImmediate , выполняются до обратных вызовов, запланированных на setTimeout , когда внутри цикл ввода-вывода.

Итак, почему вторая функция , запланированная process.nextTick , была выполнена до первой функции , запланированной setImmediate ? Названия методов здесь вводят в заблуждение! Вы могли бы подумать, что обратный вызов из setImmediate будет выполнен немедленно , тогда как обратный вызов из process.nextTick будет выполнен на следующем тике цикла событий. Однако на самом деле все наоборот.Непонятно, правда?

Оказывается, что обратный вызов от process.nextTick выполняется немедленно во время той же фазы , которая была запланирована. Обратный вызов от setImmediate выполняется во время следующей итерации или тика цикла событий. Таким образом, в нашем примере имеет смысл, что вторая функция , запланированная с помощью process.nextTick , была выполнена до первой функции , запланированной с помощью setImmediate .

Обработка ввода-вывода - цикл событий NodeJS, часть 4 | автор: Deepal Jayasekara

Давайте подведем итоги того, что мы узнали о цикле событий:

  • Цикл событий запускается с выполнения обработчиков всех таймеров с истекшим сроком действия
  • Затем он обрабатывает любые ожидающие операции ввода-вывода и, при необходимости, ожидает любые ожидающие завершения ввода-вывода.
  • Затем он перейдет к использованию обратных вызовов setImmediate.
  • Наконец, он обработает любые обработчики закрытия ввода-вывода.
  • Между каждой фазой libuv необходимо передать результаты фазы на более высокие уровни архитектуры узла (что означает JavaScript). Каждый раз, когда это происходит, будут выполняться любые обратные вызовы process.nextTick и другие обратные вызовы микрозадач.

Теперь давайте попробуем понять, как NodeJS выполняет ввод-вывод в своем цикле событий.

Что такое ввод-вывод?

Обычно любая работа, в которой задействованы внешние устройства, кроме ЦП, называется вводом-выводом.Наиболее распространенными абстрактными типами ввода-вывода являются операции с файлами и сетевые операции TCP / UDP.

Ввод-вывод Libuv и NodeJS

В самом JavaScript нет средств для выполнения операций асинхронного ввода-вывода. Во время разработки NodeJS libuv изначально была запущена для обеспечения асинхронного ввода-вывода для Node, хотя в настоящее время libuv находится как отдельная библиотека, которую можно использовать даже по отдельности. Роль Libuv в архитектуре NodeJS состоит в том, чтобы абстрагироваться от внутренних сложностей ввода-вывода и предоставлять обобщенный интерфейс для верхних уровней Node, чтобы Node мог выполнять независимый от платформы асинхронный ввод-вывод, не беспокоясь о том, на какой платформе он запущен.

Внимание!

Я рекомендую вам прочитать предыдущие статьи этой серии, если у вас нет базовых знаний о цикле событий. Я мог бы опустить здесь некоторые детали для краткости, потому что я хотел бы больше сосредоточиться на вводе-выводе в этой статье

Я мог бы использовать некоторые фрагменты кода из самого libuv, и я буду использовать только фрагменты и примеры, специфичные для Unix, только для сделать вещи проще. Код для Windows может немного отличаться, но особой разницы быть не должно.

Я полагаю, вы понимаете небольшой фрагмент кода C. Никаких специальных знаний не требуется, но достаточно базового понимания потока.

Как мы видели на предыдущей схеме архитектуры NodeJS, libuv находится на нижнем уровне многоуровневой архитектуры. Теперь давайте посмотрим на взаимосвязь между верхними уровнями NodeJS и фазами цикла обработки событий libuv.

Диаграмма 3: Цикл событий и JavaScript

Как мы видели на диаграмме 2 (вкратце, цикл событий) ранее, было 4 различных фазы цикла событий.Но когда дело доходит до libuv, есть 7 различных этапов. Это:

  1. Таймеры - будут вызваны таймеры с истекшим сроком действия и интервальные обратные вызовы, запланированные на setTimeout и setInterval .
  2. Ожидающие обратные вызовы ввода-вывода - ожидающие обратные вызовы любой завершенной / ошибочной операции ввода-вывода, которая должна выполняться здесь.
  3. Обработчики простоя - Выполняют некоторые внутренние операции libuv.
  4. Подготовка обработчиков - Выполните некоторые подготовительные работы перед опросом ввода-вывода.
  5. I / O Poll - необязательно дождаться завершения любого ввода / вывода.
  6. Обработчики проверки - Выполните некоторую посмертную работу после опроса на предмет ввода-вывода. Обычно здесь вызываются обратные вызовы, запланированные на setImmediate .
  7. Обработчики закрытия - выполнение обработчиков закрытия любых закрытых операций ввода-вывода (закрытое соединение сокетов и т. Д.)

Теперь, если вы помните первую статью из этой серии, вам может быть интересно…

  1. Что такое обработчики проверки? Его также не было на диаграмме цикла событий.
  2. Что такое опрос ввода-вывода? Почему мы блокируем ввод-вывод после выполнения любых завершенных обратных вызовов ввода-вывода? Разве Узел не должен быть неблокирующим?

Ответим на поставленные выше вопросы.

Обработчики проверок

При инициализации NodeJS он устанавливает все обратные вызовы setImmediate для регистрации как обработчики проверок в libuv. По сути, это означает, что любой обратный вызов, который вы установили с помощью setImmediate , в конечном итоге попадет в очередь обработчиков проверки Libuv, которая гарантированно будет выполнена после операций ввода-вывода во время цикла событий.

I / O Polling

Теперь вам может быть интересно, что такое опрос I / O. Хотя я объединил очередь обратных вызовов ввода-вывода и опрос ввода-вывода в одну фазу на диаграмме цикла событий (диаграмма 1), опрос ввода-вывода происходит после использования завершенных / ошибочных обратных вызовов ввода-вывода.

Но наиболее важным фактом при опросе ввода-вывода является то, что - это необязательный . В определенных ситуациях опрос ввода / вывода произойдет или не произойдет. Чтобы понять это полностью, давайте посмотрим, как это реализовано в libuv.

Libuv: core.c

Ой! Это может показаться немного неприятным для тех, кто не знаком с C.Но давайте попробуем взглянуть на него, не особо беспокоясь об этом. Приведенный выше код представляет собой раздел метода uv_run , который находится в ядре .c файл исходного кода libuv. Но самое главное, это Сердце цикла событий NodeJS .

Если вы еще раз взглянете на диаграмму 3, приведенный выше код будет иметь больше смысла. Давайте теперь попробуем прочитать код построчно.

  1. uv__loop_alive - проверьте, есть ли какие-либо обработчики, на которые нужно вызвать, или какие-либо активные операции, ожидающие обработки. определить истекшие таймеры).
  2. uv__run_timers - Запустить все таймеры с истекшим сроком
  3. uv__run_pending - Запустить все завершенные / ошибочные обратные вызовы ввода-вывода
  4. uv__io_poll - Опрос для ввода-вывода
  5. uv__run_check здесь будут выполняться обратные вызовы)
  6. uv__run_closing_handles - Запуск всех обработчиков закрытия

Сначала цикл событий проверяет, активен ли цикл событий, это проверяется вызовом функции uv__loop_alive .Эта функция действительно проста.

Libuv: core.c

uv__loop_alive функция просто возвращает логическое значение. Это значение равно true , если:

  • Есть активные дескрипторы, которые нужно вызвать,
  • Есть активные запросы (активные операции) в ожидании
  • Есть какие-либо закрывающие обработчики, которые нужно вызвать

Цикл событий будет продолжать вращаться, пока поскольку uv__loop_alive функция возвращает true.

После выполнения обратных вызовов всех таймеров с истекшим сроком действия будет вызвана функция uv__run_pending .Эта функция будет выполнять завершенные операции ввода-вывода, хранящиеся в pending_queue в событии libuv. Если pending_queue пусто, эта функция вернет 0 . В противном случае все обратные вызовы в pending_queue будут выполнены, и функция вернет 1 .

Libuv: core.c

Теперь давайте посмотрим на опрос ввода-вывода, который выполняется путем вызова функции uv__io_poll в libuv.

Вы должны увидеть, что функция uv__io_poll принимает второй параметр timeout , который вычисляется функцией uv_backend_timeout . uv__io_poll использует тайм-аут, чтобы определить, как долго он должен блокировать ввод-вывод. Если значение тайм-аута равно нулю, опрос ввода-вывода будет пропущен и цикл событий с переходом к этапу обработки проверок ( setImmediate ). То, что определяет значение тайм-аута , является интересной частью. Основываясь на приведенном выше коде uv_run , мы можем сделать следующие выводы:

  • Если цикл событий работает в режиме UV_RUN_DEFAULT , таймаут рассчитывается с использованием метода uv_backend_timeout .
  • Если цикл событий выполняется на UV_RUN_ONCE и если uv_run_pending возвращает 0 (т.е. pending_queue пусто), таймаут рассчитывается с использованием метода uv_backend_timeout .
  • В противном случае таймаут равен 0 .

Давайте не будем сейчас беспокоиться о различных режимах цикла событий, таких как UV_RUN_DEFAULT и UV_RUN_ONCE . Но если вам действительно интересно узнать, что это такое, посмотрите их здесь .

Давайте теперь взглянем на метод uv_backend_timeout , чтобы понять, как определяется время ожидания .

Libuv core.c
  • Если установлен флаг stop_flag цикла, который определяет, что цикл вот-вот завершится, тайм-аут будет 0 .
  • Если нет активных дескрипторов или ожидающих активных операций, точки ожидания нет, поэтому тайм-аут равен 0 .
  • Если есть ожидающие выполнения дескрипторы простоя, ожидание ввода-вывода не должно выполняться.Следовательно, тайм-аут равен 0 .
  • Если есть завершенные обработчики ввода-вывода в pending_queue , ожидание ввода-вывода не должно выполняться. Следовательно, тайм-аут равен 0 .
  • Если есть какие-либо обработчики закрытия, ожидающие выполнения, не следует ждать ввода-вывода. Следовательно, тайм-аут равен 0 .

Если ни один из вышеперечисленных критериев не соблюден, вызывается метод uv__next_timeout , чтобы определить, как долго libuv должна ждать ввода-вывода.

Что делает uv__next_timeout , так это то, что он возвращает значение ближайшего значения таймера.И если таймеров нет, он вернет -1 , указывающий на бесконечность.

Теперь у вас должен быть ответ на вопрос « Почему мы блокируем ввод-вывод после выполнения любых завершенных обратных вызовов ввода-вывода? Разве узел не должен быть неблокирующим? ”……

Цикл событий не будет заблокирован , если есть какие-либо ожидающие выполнения задачи. Если нет ожидающих выполнения задач, он будет заблокирован только до тех пор, пока не сработает следующий таймер , который повторно активирует цикл.

Надеюсь, вы все еще следите за мной !!! Я знаю, что для вас это может быть слишком подробно. Но чтобы ясно это понять, необходимо иметь четкое представление о том, что происходит внутри.

Теперь мы знаем, как долго цикл должен ждать завершения любого ввода-вывода. Это значение тайм-аута затем передается в функцию uv__io_poll . Эта функция будет следить за любыми входящими операциями ввода-вывода до тех пор, пока не истечет время ожидания или не достигнет максимального безопасного времени ожидания, указанного системой.По истечении тайм-аута цикл событий снова станет активным и перейдет к фазе «обработчиков проверки».

Опрос ввода-вывода происходит по-разному на разных платформах ОС. В Linux это выполняется системными вызовами ядра epoll_wait , в macOS - kqueue . В Windows это выполняется с помощью GetQueuedCompletionStatus в IOCP (порт завершения ввода-вывода). Я бы не стал вдаваться в подробности того, как работает опрос ввода-вывода, потому что он действительно сложен и заслуживает еще одной серии постов (которые я не думаю, что напишу).

Несколько слов о Threadpool

До сих пор мы не говорили о пуле потоков в этой статье. Как мы видели в первой статье этой серии, пул потоков в основном используется для выполнения всех операций ввода-вывода файлов, вызовов getaddrinfo и getaddrinfo во время операций DNS просто из-за сложности файлового ввода-вывода на разных платформах. (чтобы получить четкое представление об этих сложностях, прочтите этот пост). Поскольку размер пула потоков ограничен (размер по умолчанию равен 4), несколько запросов к операциям файловой системы все еще могут быть заблокированы до тех пор, пока поток не станет доступным для работы.Однако размер пула потоков можно увеличить до 128 (на момент написания) с помощью переменной среды UV_THREADPOOL_SIZE , чтобы повысить производительность приложения.

Тем не менее, этот пул потоков фиксированного размера был определен как узкое место для приложений NodeJS, поскольку файловый ввод-вывод, getaddrinfo , getnameinfo - не единственные операции, выполняемые пулом потоков. Некоторые операции шифрования с интенсивным использованием ЦП, такие как randomBytes , randomFill и pbkdf2 , также выполняются в пуле потоков libuv, чтобы предотвратить любые неблагоприятные воздействия на производительность приложения, но также делают доступные потоки даже дефицитным ресурсом для ввода / вывода. O операции.

Как и в предыдущем предложении по расширению libuv, предлагалось сделать пул потоков масштабируемым в зависимости от нагрузки, но это предложение в конечном итоге было отменено, чтобы заменить его подключаемым API для потоковой передачи, который может быть представлен в будущем.

Модель параллелизма и цикл событий - JavaScript

JavaScript имеет модель параллелизма, основанную на цикле событий , который отвечает за выполнение кода, сбор и обработку событий и выполнение подзадач в очереди.Эта модель сильно отличается от моделей на других языках, таких как C и Java.

В следующих разделах объясняется теоретическая модель. Современные движки JavaScript реализуют и сильно оптимизируют описанную семантику.

Визуальное представление

Стек

Вызов функций формирует стек из фреймов .

  function foo (b) {
  пусть a = 10
  вернуть a + b + 11
}

function bar (x) {
  пусть y = 3
  вернуть foo (x * y)
}

console.log (полоса (7))
  

Порядок операций:

  1. При вызове bar создается первый фрейм, содержащий ссылки на аргументы bar и локальные переменные.
  2. Когда bar вызывает foo , создается второй фрейм, который помещается поверх первого, содержащий ссылки на аргументы foo и локальные переменные.
  3. Когда возвращается foo , элемент верхнего фрейма выталкивается из стека (оставляя только фрейм вызова bar ).
  4. Когда бар возвращается, стопка пуста.

Обратите внимание, что аргументы и локальные переменные могут продолжать существовать, поскольку они хранятся вне стека, поэтому к ним могут получить доступ любые вложенные функции спустя долгое время после возврата их внешней функции.

Куча

Объекты размещаются в куче, которая является просто именем для обозначения большой (в основном неструктурированной) области памяти.

Очередь

Среда выполнения JavaScript использует очередь сообщений, которая представляет собой список сообщений для обработки. Каждое сообщение имеет связанную функцию, которая вызывается для обработки сообщения.

В какой-то момент во время цикла обработки событий среда выполнения начинает обработку сообщений в очереди, начиная с самого старого. Для этого сообщение удаляется из очереди и вызывается соответствующая функция с сообщением в качестве входного параметра.Как всегда, при вызове функции создается новый фрейм стека для использования этой функцией.

Обработка функций продолжается до тех пор, пока стек снова не опустеет. Затем цикл обработки событий обработает следующее сообщение в очереди (если оно есть).

Цикл событий получил свое название из-за того, как он обычно реализуется, который обычно имеет вид:

  while (queue.waitForMessage ()) {
  queue.processNextMessage ()
}
  

queue.waitForMessage () синхронно ожидает прибытия сообщения (если оно еще не доступно и ожидает обработки).

«От выполнения до завершения»

Каждое сообщение обрабатывается полностью перед обработкой любого другого сообщения.

Это предлагает некоторые приятные свойства при рассмотрении вашей программы, включая тот факт, что всякий раз, когда функция запускается, она не может быть прервана и будет выполняться полностью до запуска любого другого кода (и может изменять данные, которыми манипулирует функция). Это отличается от C, например, где, если функция выполняется в потоке, она может быть остановлена ​​в любой момент системой времени выполнения, чтобы запустить какой-либо другой код в другом потоке.

Обратной стороной этой модели является то, что если сообщение занимает слишком много времени для завершения, веб-приложение не может обрабатывать действия пользователя, такие как щелчок или прокрутка. Браузер смягчает это с помощью диалогового окна «Сценарий слишком долго запускается». Хорошая практика - сократить время обработки сообщения и, если возможно, разделить одно сообщение на несколько.

Добавление сообщений

В веб-браузерах сообщения добавляются каждый раз, когда происходит событие, и к нему прикреплен прослушиватель событий.Если слушателя нет, событие теряется. Таким образом, щелчок по элементу с обработчиком события щелчка добавит сообщение, как и любое другое событие.

Функция setTimeout вызывается с двумя аргументами: сообщение для добавления в очередь и значение времени (необязательно; по умолчанию 0 ). Значение времени представляет собой (минимальную) задержку, после которой сообщение будет фактически помещено в очередь. Если в очереди нет другого сообщения, а стек пуст, сообщение обрабатывается сразу после задержки.Однако, если есть сообщения, сообщение setTimeout должно будет дождаться обработки других сообщений. По этой причине второй аргумент указывает минимальное время , а не гарантированное время .

Вот пример, демонстрирующий эту концепцию ( setTimeout не запускается сразу после истечения его таймера):

  const s = новая дата (). GetSeconds ();

setTimeout (function () {
  
  console.log ("Выполнить после" + (новая Дата ().getSeconds () - s) + «секунды»);
}, 500)

while (true) {
  if (new Date (). getSeconds () - s> = 2) {
    console.log ("Хорошо, зациклено 2 секунды")
    сломать;
  }
}
  

Нулевая задержка

Нулевая задержка на самом деле не означает, что обратный вызов сработает через ноль миллисекунд. Вызов setTimeout с задержкой 0 (ноль) миллисекунд не выполняет функцию обратного вызова после заданного интервала.

Выполнение зависит от количества ожидающих задач в очереди.В приведенном ниже примере сообщение «это просто сообщение» будет записано в консоль до того, как сообщение в обратном вызове будет обработано, потому что задержка составляет минимальное время , необходимое среде выполнения для обработки запроса. (не гарантированное время ).

По сути, setTimeout должен дождаться завершения всего кода для сообщений в очереди, даже если вы указали конкретный лимит времени для вашего setTimeout .

  (функция () {

  приставка.log ('это начало');

  setTimeout (функция cb () {
    console.log ('Обратный вызов 1: это сообщение обратного вызова');
  });

  console.log ('это просто сообщение');

  setTimeout (функция cb1 () {
    console.log ('Обратный вызов 2: это сообщение обратного вызова');
  }, 0);

  console.log ('это конец');

}) ();






  

Несколько сред выполнения взаимодействуют друг с другом

Веб-воркер или перекрестный источник iframe имеет свой собственный стек, кучу и очередь сообщений. Две разные среды выполнения могут взаимодействовать только посредством отправки сообщений с помощью метода postMessage .Этот метод добавляет сообщение в другую среду выполнения, если последняя прослушивает события сообщения .

Очень интересным свойством модели цикла событий является то, что JavaScript, в отличие от многих других языков, никогда не блокируется. Обработка ввода-вывода обычно выполняется через события и обратные вызовы, поэтому, когда приложение ожидает возврата запроса IndexedDB или запроса XHR, оно все еще может обрабатывать другие вещи, например ввод пользователя.

Существуют устаревшие исключения, такие как alert или синхронный XHR, но рекомендуется избегать их.Осторожно: исключения из исключения существуют (но обычно это ошибки реализации, а не что-либо еще).

Цикл событий Node.js: Руководство разработчика по концепциям и кодам

Асинхронность на любом языке программирования - сложная задача. Такие концепции, как параллелизм, параллелизм и взаимоблокировки, вызывают дрожь даже у самых опытных инженеров. Код, который выполняется асинхронно, непредсказуем, и его трудно отследить при наличии ошибок. Проблема неизбежна, потому что современные вычисления имеют несколько ядер.На каждое ядро ​​ЦП установлено ограничение по температуре, и ничего не становится быстрее. Это заставляет разработчика писать эффективный код, который использует преимущества оборудования.

JavaScript является однопоточным, но ограничивает ли это использование Node современной архитектуры? Одна из самых больших проблем - это работа с несколькими потоками из-за присущей им сложности. Создание новых потоков и управление переключением контекста между ними обходятся дорого. И операционная система, и программист должны проделать большую работу, чтобы предоставить решение, имеющее множество крайних вариантов.В этом дубле я покажу вам, как Node справляется с этой трясиной через цикл событий. Я исследую каждую часть цикла обработки событий Node.js и продемонстрирую, как он работает. Одна из «потрясающих» функций в Node - этот цикл, потому что он решает сложную проблему радикально новым способом.

Что такое петля событий?

Цикл событий - это однопоточный, неблокирующий и асинхронно параллельный цикл. Для тех, у кого нет степени в области компьютерных наук, представьте себе веб-запрос, выполняющий поиск в базе данных.Один поток может делать только одну вещь за раз. Вместо того, чтобы ждать ответа от базы данных, она продолжает выполнять другие задачи в очереди. В цикле событий основной цикл разворачивает стек вызовов и не ожидает обратных вызовов. Поскольку цикл не блокируется, можно одновременно обрабатывать более одного веб-запроса. Несколько запросов могут быть поставлены в очередь одновременно, что делает их одновременными. Цикл не ждет всего от одного запроса до завершения, но принимает обратные вызовы по мере их поступления без блокировки.

Сам цикл является полубесконечным, что означает, что если стек вызовов или очередь обратных вызовов пусты, он может выйти из цикла. Думайте о стеке вызовов как о синхронном коде, который раскручивается, например console.log , перед тем, как цикл опрашивает дополнительную работу. Node использует libuv под прикрытием, чтобы опрашивать операционную систему на предмет обратных вызовов от входящих соединений.

Вам может быть интересно, почему цикл событий выполняется в одном потоке? Потоки занимают относительно много места в памяти для данных, необходимых для каждого соединения.Потоки - это ресурсы операционной системы, которые раскручиваются, и это не масштабируется до тысяч активных подключений.

Многопоточность в целом тоже усложняет историю. Если обратный вызов возвращается с данными, он должен маршалировать контекст обратно в выполняющийся поток. Переключение контекста между потоками происходит медленно, потому что оно должно синхронизировать текущее состояние, такое как стек вызовов или локальные переменные. Цикл обработки событий устраняет ошибки, когда несколько потоков совместно используют ресурсы, потому что он однопоточный. Однопоточная петля обрезает крайние случаи, безопасные для нитей, и может переключать контекст намного быстрее.Это настоящий гений за петлей. Он эффективно использует соединения и потоки, оставаясь при этом масштабируемым.

Довольно теории; пора посмотреть, как это выглядит в коде. Не стесняйтесь следить за REPL или загружать исходный код.

Полубесконечный цикл

Самый большой вопрос, на который должен ответить цикл обработки событий, - жив ли цикл. Если это так, он определяет, как долго ждать очереди обратного вызова. На каждой итерации цикл раскручивает стек вызовов, затем опрашивает.

Вот пример, который блокирует основной цикл:

  setTimeout (
  () => console.log ('Привет из очереди обратного вызова'),
  5000);

const stopTime = Date.now () + 2000;
while (Date.now ()  

Если вы запустите этот код, обратите внимание, что цикл блокируется на две секунды. Но цикл остается активным до тех пор, пока обратный вызов не будет выполнен через пять секунд. Как только основной цикл разблокируется, механизм опроса определяет, как долго он ждет обратных вызовов. Этот цикл завершается, когда стек вызовов раскручивается и обратных вызовов больше не остается.

Очередь обратного вызова

Теперь, что происходит, когда я блокирую основной цикл, а затем планирую обратный вызов? Как только цикл блокируется, он больше не помещает обратные вызовы в очередь:

  const stopTime = Date.now () + 2000;
while (Date.now ()  console.log ('Выполнить обратный вызов A'), 5000);
  

На этот раз цикл остается активным в течение семи секунд. Цикл событий тупой в своей простоте. У него нет возможности узнать, что может оказаться в очереди в будущем.В реальной системе входящие обратные вызовы ставятся в очередь и выполняются, поскольку основной цикл свободен для опроса. Цикл событий проходит несколько фаз последовательно , когда он разблокирован. Итак, чтобы пройти собеседование по поводу петли, избегайте наворотов, таких как «эмиттер событий» или «паттерн реактора». Это простой однопоточный цикл, параллельный и неблокирующий.

Цикл событий с async / await

Чтобы избежать блокировки основного цикла, одна из идей состоит в том, чтобы обернуть синхронный ввод-вывод вокруг async / await:

  const fs = require ('fs');
const readFileSync = async (путь) => ждать fs.readFileSync (путь);

readFileSync ('readme.md'). then ((данные) => console.log (данные));
console.log ('Цикл событий продолжается без блокировки ...');
  

Все, что приходит после await , поступает из очереди обратного вызова. Код читается как код синхронной блокировки, но не блокирует. Обратите внимание, что async / await делает readFileSync доступным для , что исключает его из основного цикла. Думайте обо всем, что происходит после await , как о неблокирующем через обратный вызов.

Полное раскрытие: приведенный выше код предназначен только для демонстрационных целей. В реальном коде я рекомендую fs.readFile , который запускает обратный вызов, который можно обернуть вокруг обещания. Общее намерение остается в силе, потому что это снимает блокировку ввода-вывода с основного цикла.

Дальнейшее развитие

Что, если бы я сказал вам, что цикл событий имеет большее значение, чем стек вызовов и очередь обратных вызовов? Что, если бы цикл событий состоял не из одного, а из множества? А что, если у него под крышками может быть несколько нитей?

Теперь я хочу провести вас за фасадом и погрузиться в битву с внутренностями Node.

Фазы цикла событий

Это фазы цикла событий:

Источник изображения: документация libuv

  1. Отметки времени обновлены. Цикл событий кэширует текущее время в начале цикла, чтобы избежать частых системных вызовов, связанных со временем. Эти системные вызовы являются внутренними для libuv.

  2. Шлейф жив? Если у цикла есть активные дескрипторы, активные запросы или закрывающие дескрипторы, значит, он жив. Как показано, ожидающие обратные вызовы в очереди поддерживают цикл.

  3. Таймеры срока исполняются. Здесь выполняются обратные вызовы setTimeout или setInterval . Цикл проверяет кэшированный теперь на наличие активных обратных вызовов, срок действия которых истек.

  4. Выполнение ожидающих обратных вызовов в очереди. Если предыдущая итерация отложила какие-либо обратные вызовы, они выполняются в этой точке. Опрос обычно запускает обратные вызовы ввода-вывода немедленно, но есть исключения. Этот шаг касается всех отставших от предыдущей итерации.

  5. Обработчики простоя выполняются - в основном из-за плохого именования, потому что они выполняются на каждой итерации и являются внутренними для libuv.

  6. Подготовить дескрипторы для выполнения обратного вызова setImmediate в итерации цикла. Эти дескрипторы выполняются перед блоками цикла для ввода-вывода и подготавливают очередь для этого типа обратного вызова.

  7. Вычислить тайм-аут опроса. Цикл должен знать, как долго он блокирует ввод-вывод. Вот как он вычисляет тайм-аут:

    • Если цикл вот-вот завершится, таймаут равен 0.
    • Если нет активных дескрипторов или запросов, тайм-аут равен 0.
    • Если есть свободные дескрипторы, таймаут равен 0.
    • Если в очереди есть ожидающие обработки дескрипторы, таймаут равен 0.
    • Если есть какие-либо закрывающие дескрипторы, тайм-аут равен 0.
    • Если ничего из вышеперечисленного, тайм-аут устанавливается на ближайший таймер, или, если нет активных таймеров, бесконечность .
  8. Блоки цикла для ввода-вывода с продолжительностью из предыдущей фазы.В этот момент в очереди выполняются обратные вызовы, связанные с вводом-выводом.

  9. Выполняются обратные вызовы дескриптора проверки. На этом этапе выполняется setImmediate , и он является аналогом подготовки дескрипторов. Здесь выполняются любые setImmediate обратные вызовы , поставленные в очередь при выполнении обратного вызова ввода-вывода.

  10. Выполняются обратные вызовы закрытия. Это удаленные активные дескрипторы закрытых соединений.

  11. Итерация окончена.

Вы можете задаться вопросом, зачем блокировать опрос для ввода-вывода, когда он должен быть неблокирующим? Цикл блокируется только тогда, когда в очереди нет ожидающих обратных вызовов и стек вызовов пуст.В Node ближайший таймер может быть установлен, например, с помощью setTimeout . Если установлено на бесконечность, цикл ожидает входящих соединений с большей работой. Это полубесконечный цикл, потому что опрос поддерживает цикл, когда нечего делать и есть активное соединение.

Вот версия этого вычисления тайм-аута для Unix во всей красе C:

  int uv_backend_timeout (const uv_loop_t * loop) {
  если (цикл-> stop_flag! = 0)
    возврат 0;

  если (! uv__has_active_handles (цикл) &&! uv__has_active_reqs (цикл))
    возврат 0;

  если (! QUEUE_EMPTY (& цикл-> idle_handles))
    возврат 0;

  если (! QUEUE_EMPTY (& цикл-> pending_queue))
    возврат 0;

  если (цикл-> закрывающие_хэндлы)
    возврат 0;

  return uv__next_timeout (цикл);
}
  

Возможно, вы не слишком знакомы с C, но он читается как английский и делает именно то, что находится в седьмой фазе.

A Поэтапная демонстрация

Чтобы показать каждую фазу на простом JavaScript:

 
const http = require ('http');



const server = http.createServer ((req, res) => {
  
  Отправить();
});



server.listen (8000);

const options = {
  
  имя хоста: '127.0.0.1',
  порт: 8000
};

const sendHttpRequest = () => {
  
  
  const req = http.request (options, () => {
    console.log ('Ответ от сервера');

    
    setImmediate (() =>
      
       сервер.закрыть (() =>
        
        console.log ('Закрытие сервера')));
  });
  req.end ();
};



setTimeout (() => sendHttpRequest (), 8000);


  

Поскольку обратные вызовы файлового ввода-вывода выполняются на четвертой фазе и до девятой, следует ожидать, что setImmediate () сработает первым:

  fs.readFile ('readme.md', () => {
  setTimeout (() => console.log ('Обратный вызов ввода-вывода файла через setTimeout ()'), 0);
  
  setImmediate (() => console.log ('Обратный вызов ввода-вывода файла через setImmediate ()'));
});
  

Сетевой ввод-вывод без поиска DNS дешевле, чем файловый ввод-вывод, потому что он выполняется в основном цикле событий.Вместо этого файловый ввод-вывод ставится в очередь через пул потоков. Поиск DNS также использует пул потоков, поэтому сетевой ввод-вывод становится таким же дорогим, как файловый ввод-вывод.

Пул потоков

Внутреннее устройство узла

состоит из двух основных частей: движка JavaScript V8 и libuv. Файловый ввод-вывод, поиск DNS и сетевой ввод-вывод выполняются через libuv.

Это общая архитектура:

Источник изображения: документация libuv

Для сетевого ввода-вывода цикл событий опрашивает внутри основного потока.Этот поток не является потокобезопасным, потому что он не переключает контекст с другим потоком. Файловый ввод-вывод и поиск DNS зависят от платформы, поэтому подход состоит в том, чтобы запускать их в пуле потоков. Одна из идей - самостоятельно выполнить поиск DNS, чтобы не попасть в пул потоков, как показано в приведенном выше коде. Например, ввод IP-адреса вместо localhost исключает поиск из пула. Пул потоков имеет ограниченное количество доступных потоков, которое можно установить с помощью переменной среды UV_THREADPOOL_SIZE .Размер пула потоков по умолчанию составляет около четырех.

V8 выполняется в отдельном цикле, очищает стек вызовов, а затем возвращает управление циклу обработки событий. V8 может использовать несколько потоков для сборки мусора вне собственного цикла. Думайте о V8 как о движке, который использует необработанный JavaScript и запускает его на оборудовании.

Для среднего программиста JavaScript остается однопоточным, потому что нет потоковой безопасности. Внутренние компоненты V8 и libuv создают свои собственные отдельные потоки для удовлетворения своих потребностей.

Если в Node есть проблемы с пропускной способностью, начните с основного цикла обработки событий. Проверьте, сколько времени требуется приложению для выполнения одной итерации. Это должно быть не более ста миллисекунд. Затем проверьте, не истощен ли пул потоков и что можно исключить из пула. Также можно увеличить размер пула с помощью переменной среды. Последний шаг - микротестирование кода JavaScript в V8, который выполняется синхронно.

Завершение

Цикл событий продолжает повторяться через каждую фазу по мере того, как обратные вызовы ставятся в очередь.Но на каждом этапе есть способ поставить в очередь другой тип обратного вызова.

process.nextTick () против setImmediate ()

В конце каждой фазы цикл выполняет обратный вызов process.nextTick () . Обратите внимание, что этот тип обратного вызова не является частью цикла событий, потому что он выполняется в конце каждой фазы. Обратный вызов setImmediate () является частью общего цикла обработки событий, поэтому он не такой немедленный, как следует из названия. Потому что процесс.nextTick () требует глубоких знаний о цикле событий, я рекомендую использовать setImmediate () в целом.

Есть несколько причин, по которым вам может понадобиться process.nextTick () :

  1. Разрешить сетевому вводу-выводу обрабатывать ошибки, выполнять очистку или повторять запрос до продолжения цикла.

  2. Может потребоваться запустить обратный вызов после раскрутки стека вызовов, но до продолжения цикла.

Скажем, например, эмиттер событий хочет запустить событие, находясь в собственном конструкторе.Перед вызовом события стек вызовов должен раскручиваться.

  const EventEmitter = require ('события');

class ImpatientEmitter расширяет EventEmitter {
  constructor () {
    супер();

    
    process.nextTick (() => this.emit ('событие'));
  }
}

const emitter = новый ImpatientEmitter ();
emitter.on ('event', () => console.log ('Произошло нетерпеливое событие!'));
  

Разрешение стеку вызовов раскручиваться может предотвратить такие ошибки, как RangeError: Максимальный размер стека вызовов превысил .Одна из проблем - убедиться, что process.nextTick () не блокирует цикл обработки событий. Блокировка может быть проблематичной при рекурсивных обратных вызовах на одной и той же фазе.

Заключение

Цикл событий - это простота в высшей степени изощренности. Это требует таких сложных проблем, как асинхронность, безопасность потоков и параллелизм. Он удаляет то, что не помогает или в чем не нуждается, и максимально эффективно увеличивает пропускную способность. Из-за этого программисты Node тратят меньше времени на погоню за асинхронными ошибками и больше времени на разработку новых функций.

Node.js TypeScript # 9. Цикл событий в Node.js

JavaScript и среда Node.js используют цикл событий. В этой статье мы исследуем его идею и рассмотрим различные фазы, которые есть в цикле событий . Хотя цель этой серии статей - представить использование Node.js с TypeScript, на этот раз у нас не так много шансов сделать это. В этой части курса мы рассмотрим функции setTimeout, setInterval, setImmediate и process.nextTick.Для этого мы кратко рассмотрим различные фазы цикла событий , чтобы проиллюстрировать различия между вышеуказанными функциями.

Цикл событий в Node.js

Цикл событий - это механизм, который также реализуют браузеры, но в этой статье мы сосредоточимся на реализации, которую использует среда Node.js, выполненной библиотекой libuv . Он был разработан для использования в Node.js, но теперь это отдельный проект.

Node.js постоянно выполняет цикл обработки событий, и на каждой его итерации мы вызываем тик .Если во время итерации события ожидают в очереди, они вызываются одно за другим. Node.js инициализирует цикл событий при запуске, и каждая итерация имеет набор из фаз , определяющих порядок операций. Каждая фаза имеет свою очередь функций для выполнения. Есть много возможностей для помещения события в цикл событий: одними из лучших примеров являются функция setTimeout и обратные вызовы для запросов Ajax. Оказывается, им отведено отдельное место в Цикле событий.Давайте вникнем в это!

nodejs.org

Таймеры

Первая фаза - это таймеры . Во время этой фазы цикл событий выполняет обратные вызовы, запланированные с помощью setTimeout и setInterval. Поскольку мы часто используем перечисленные выше функции, давайте рассмотрим их подробнее.

setTimeout

Простым способом просмотра setTimeout было бы указать, что он устанавливает таймер, который выполняет функцию по истечении таймера. Вышеизложенное - слишком большое упрощение.Функция setTimeout указывает таймер с порогом , после которого должен выполняться предоставленный обратный вызов, а не точное время. Чтобы понять это, нам нужно принять во внимание, как работает цикл событий .

console.time ('setTimeout');

setTimeout (() => {

console.log («Таймер отключился»);

console.timeEnd ('setTimeout');

}, 100);

setTimeout (() => {

for (let i = 0; i <10000000; ++ i);

}, 95);

В приведенном выше примере мы дважды вызываем setTimeout.В первый раз мы измеряем время между вызовом функции setTimeout и обратным вызовом. Оказывается, больше 100 мс. Это потому, что, когда мы вызываем функцию setTimeout, она устанавливает таймер, после чего отправляет обратный вызов в очередь фаз таймеров . Проблема здесь в том, что когда это происходит, запускается другая функция, и поэтому следующая функция в очереди должна ждать.

setInterval

setInterval работает аналогично, но заставляет функцию выполняться повторно с определенной временной задержкой между каждым вызовом.Он возвращает идентификатор, который мы можем использовать, чтобы остановить выполнение.

пусть i = 0;

const id = setInterval (() => {

console.log (++ i);

if (i> 10) clearInterval (id);

}, 50);

Интересно то, что мы можем сделать то же самое с помощью функции setTimeout:

let i = 0;

приращение функции () {

консоль.журнал (++ i);

if (i <= 10) {

setTimeout (приращение, 50);

}

}

приращение ();

setInterval регулярно задерживает функцию независимо от состояния предыдущего вызова функции. Если setInterval рассчитан на доставку каждые 1000 мс, а выполнение занимает 500 мс, фактический интервал между окончанием вызова и следующим вызовом составляет 500 мс.

Рекурсивный setTimeout, с другой стороны, планирует новый вызов функции, когда заканчивается предыдущий.Чем дольше выполнялась предыдущая функция, тем больше интервал между запуском этих двух функций.

Ожидающие обратные вызовы, бездействие и подготовка

После фазы таймеров проходят несколько менее важных для нас фаз, начиная с фазы ожидающих обратных вызовов . Он выполняет обратные вызовы для некоторых системных операций, таких как ошибки TCP. Следующие этапы мы называем idle и prepare , но Node.js использует их только для внутренних целей.Если вы хотите копнуть глубже, вы можете прочитать введение в libuv.

Poll

Обратные вызовы, связанные с вводом / выводом, выполняются во время фазы poll - например, те, которые подключены к модулю файловой системы. Если есть какие-то события, они обрабатываются одно за другим. Когда это не так, Node.js немного ждет появления новых событий и немедленно их выполняет. Если какие-либо сценарии были запланированы с использованием функции setImmediate, Node.js не ждет и переходит прямо к этапу проверки .

Проверка

Фаза проверки запускается сразу после фазы опроса и вызывает обратные вызовы, настроенные с помощью функции setImmediate. Он предназначен для выполнения сценария после завершения текущей фазы опроса . Это немного более производительно, чем использование setTimeout (() => {}, 0), потому что ему не нужно запускать какой-либо таймер.

Давайте попробуем запустить их оба и сравним результаты:

setTimeout (() => {

console.журнал ('установить тайм-аут');

}, 0);

setImmediate (() => {

console.log ('установить немедленно');

});

Если мы запустим приведенный выше код несколько раз, мы увидим, что невозможно предсказать, какой из обратных вызовов запускается первым. Есть ситуация, в которой можно считать, что функция setImmediate имеет преимущество. Если мы запускаем и setTimeout, и setImmediate в цикле ввода-вывода (например, в обратном вызове после чтения файла), последний всегда вызывается первым:

import * as fs from 'fs';

фс.readFile (__ filename, () => {

setTimeout (() => {

console.log ('set timeout');

}, 0);

setImmediate (() => {

console. log ('установить немедленно');

});

});

установить немедленно

установить тайм-аут

Вышеупомянутое поведение связано с тем, что обратный вызов fs.readFile выполняется на этапе опроса . Следующая фаза после этого - это проверка , поэтому, если мы прикрепим к ней несколько обратных вызовов с помощью функции setImmediate, она гарантированно будет первой.

Обратные вызовы закрытия

На этом этапе выполняются обратные вызовы закрытия. Примером этого является событие « закрыть », генерируемое при закрытии сокета с помощью функции socket.destroy ().

Если вы хотите узнать больше о веб-сокетах, ознакомьтесь с разделом Введение в веб-сокеты. Создание сервера Node.js и использование WebSocket API в браузере

process.nextTick

Другой похожей функцией является process.nextTick. Он не упоминается на диаграмме вверху статьи, потому что технически не является частью цикла событий.Когда мы заглянем в документацию, мы увидим, что process.nextTick немедленно запускается на той же фазе, что и цикл событий. Это означает, что он запускается быстрее, чем setImmediate, и даже официальная документация признает, что эти функции следует поменять местами. Однако этого не произойдет, потому что это приведет к поломке большого количества существующего кода.

Резюме

В этой статье мы рассмотрели множество различных способов взаимодействия с циклом событий .Мы использовали функции setTimeout и setInterval, которые используют таймеры, и описали различия между ними. Мы также рассмотрели функцию setImmediate, которая устанавливает обратные вызовы для фазы Check , и ее влияние на фазу Poll . Это, наряду со знанием того, как работает process.nextTick, может дать вам представление о различиях между этими функциями и о том, как работает цикл событий . Хотя при обсуждении вышеуказанных функций мы вкратце рассмотрели различные этапы цикла событий , я рекомендую вам ознакомиться с официальной документацией для получения подробной информации.Навигация по серии

<< Node.js TypeScript # 8. Реализация HTTPS с нашим собственным OpenSSL certificateNode.js TypeScript # 10. Является ли Node.js однопоточным? Создание дочерних процессов >>

Метод адаптивного управления усилением контура фазовой синхронизации для отслеживания сигнала несущей GNSS

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) широко используется как в военной, так и в гражданской областях. В этом исследовании основное внимание уделяется повышению способности отслеживания несущей системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в приемниках GNSS для высокодинамичных приложений.ФАПЧ - очень популярный и практичный подход для отслеживания несущего сигнала GNSS, который распространяется в форме электромагнитной волны. Однако ФАПЧ с постоянным коэффициентом будет неоптимальной. Методы адаптивного шума контура, предложенные предыдущими исследованиями, могут в некоторой степени улучшить поведение системы ФАПЧ. В этой статье представлена ​​новая система ФАПЧ с адаптивным фильтром управления усилением контура (AGCF-PLL), которая может предоставить альтернативу. Разработана математическая модель на основе ФАПЧ второго и третьего порядка.Характеристики ошибок AGCF-PLL также были получены и проанализированы при различных условиях сигнала, что в основном относится к различным комбинациям динамики фазы несущей и мощности сигнала. На основе характеристических кривых ошибок был найден оптимальный метод управления усилением контура, позволяющий минимизировать ошибку слежения. Наконец, был разработан полностью адаптивный алгоритм управления усилением контура. Сопоставимые результаты испытаний и анализ с использованием нового метода, традиционной ФАПЧ, ФАПЧ с ФАПЧ и FAB-LL демонстрируют, что AGCF-PLL имеет более высокую адаптируемость к высокой динамике движения цели.

1. Введение

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) - это система, использующая спутники для обеспечения автономного позиционирования, которая широко используется как в военной, так и в гражданской областях. Он позволяет электронным приемникам небольшого объема определять свои навигационные параметры (то есть положение, скорость и время (PVT)) с высокой точностью, используя сигналы, передаваемые со спутников, в любое время и в любой точке земного шара. Несущий сигнал GNSS, передаваемый спутниками, распространяется в виде электромагнитной волны с модулированными двоичными навигационными данными и кодом псевдослучайного шума (PRN).После передачи спутниками GNSS сигнал GNSS будет распространяться через атмосферу, затем принимается антенной приемника GNSS, расположенной рядом с землей, и далее обрабатывается самим приемником. Пока в мире существует четыре GNSS. Это китайская система Beidou (BDS), американская система глобального позиционирования (GPS), навигационная спутниковая система Европейского союза Galileo и российская система ГЛОНАСС.

В процессе распространения сигнала GNSS частота несущего сигнала, принимаемого приемником GNSS, отличается от частоты несущей, передаваемой спутником.Это явление называется эффектом Доплера, который вызывается относительным движением между спутниками GNSS и приемником GNSS. К счастью, именно эффект Доплера дает нам метод измерения относительной скорости между приемником и спутниками, что является предварительным условием определения скорости приемника. То есть метод вычисления скорости пользователя основан на измерениях доплеровской частоты или фазы принятой несущей между несколькими спутниками и приемником.В частности, приемник должен синхронизировать свою собственную локальную несущую с входящими сигналами для извлечения навигационных данных и выполнения доплеровских измерений. Традиционно синхронизация несущей достигается с помощью контура отслеживания несущей, который часто реализуется как PLL. Помимо ФАПЧ, контур с автоподстройкой частоты (ФАПЧ) и его комбинация с ФАПЧ также являются распространенными структурами контура слежения за несущей для улучшения динамических характеристик приемников [1]. Кроме того, алгоритмы векторного слежения и методы слежения за несущей с помощью датчиков GNSS очень популярны в конструкции надежных приемников [2].Контур отслеживания несущей предназначен для отслеживания фазовой динамики входящей несущей или ее доплеровской частоты, вызванной относительным движением между приемником и спутниками. Доплеровская частота, оцениваемая контуром отслеживания несущей, в основном состоит из трех членов: истинная доплеровская частота, дрейф часов приемника и шум [2]. Второй член можно было сформулировать после получения скорости приемника. Однако нельзя точно оценить шумовой член, возникающий в результате распространения сигнала и обработки в приемнике.Следовательно, контур отслеживания несущей также предназначен для фильтрации шума на входящей несущей, чтобы можно было получить более точные измерения фазы несущей или доплеровской частоты, что приведет к более точным измерениям скорости.

Как правило, функция ФАПЧ в приемниках GNSS состоит в том, чтобы попытаться уменьшить разность фаз между входящей несущей и местной сгенерированной несущей. Когда ФАПЧ находится в состоянии блокировки, локальную несущую можно считать точной копией принятой несущей.Неизбежно, что измерения фазы входящей несущей содержат ошибку. Преобладающими источниками фазовой ошибки являются фазовое дрожание, которое в основном вызвано тепловым шумом и ошибка динамического напряжения, вызванная относительным движением между приемником и спутниками [3]. Для ФАПЧ ошибка динамического напряжения может быть уменьшена за счет увеличения ширины полосы шума контура ФАПЧ, тогда как ошибка фазового дрожания может быть уменьшена за счет уменьшения ширины полосы шума контура ФАПЧ. Это означает, что улучшение шумовых характеристик приемника ухудшит его динамические характеристики.Следовательно, противоречие между динамическими характеристиками ФАПЧ и характеристиками шума требует некоторых компромиссов в конструкции ФАПЧ, и для решения этой типичной проблемы было разработано множество методов [4–8].

Метод определения подходящей ширины полосы шума контура учитывает наихудшее отношение плотности мощности несущей к шуму (CNR) и максимальную относительную динамику (т. Е. Максимальное относительное ускорение для системы ФАПЧ 2-го порядка и максимальное относительное рывок для 3-го порядка. PLL) [4]. К сожалению, это приведет к неоптимальному циклу для низкой относительной динамики.ФАПЧ с двумя наборами коэффициентов контура, работающими в режиме втягивания и в режиме отслеживания, соответственно, может уменьшить время втягивания [5]. Однако сложно улучшить возможности отслеживания перевозчика. Адаптация ширины полосы шума контура в зависимости от оценок относительной динамики и CNR в реальном времени, известная как контуры быстрой адаптивной блокировки полосы пропускания (FAB-LL), представляет собой оптимальную схему ФАПЧ в реальном времени за счет минимизации теплового шума в пределах общей ошибки отслеживания [6 , 9]. Продолжение FAB-LL также было предложено в [10].Вторая версия FAB-LL может автоматически и динамически устанавливать параметры фильтра петлевых шумов ФАПЧ и DLL, чтобы минимизировать общую ошибку отслеживания. Однако зашумленный и изменяющийся во времени CNR и относительные динамические оценки, которые могут вызвать интенсивную и частую регулировку полосы шума контура, ограничивают его применение. ФАПЧ не позволяет быстро изменять коэффициент; в противном случае контурный фильтр будет выдавать импульсы, что приведет к потере синхронизации ФАПЧ [6]. Чтобы решить эту проблему, достаточно просто вставить фильтр нижних частот, чтобы задержать скорость изменения полосы пропускания [3].

Кроме того, на поведение системы ФАПЧ может существенно влиять коэффициент усиления контура, который подробно не обсуждался в предыдущих исследованиях. Исследования показали, что разумное усиление контура может способствовать повышению эффективности отслеживания несущей [11, 12]. В отличие от этого, метод адаптивного управления усилением контура с помощью FLL был разработан для быстрого перехода от режима втягивания к режиму отслеживания и уменьшения ошибки отслеживания, когда PLL имеет дело с высокодинамичным движением [7]. Этот метод устанавливает эмпирическую связь между усилением контура и разностью частот между принятой несущей и локальной несущей.Коэффициент усиления контура можно адаптивно регулировать в соответствии с выходными сигналами частотного дискриминатора. Однако использование эмпирической зависимости без математической модели, точно моделирующей и анализирующей систему, приводит к неоптимальной системе ФАПЧ. Эффективность этого метода не сравнивалась с FAB-LL. Математическая модель, описывающая ФАПЧ 2-го порядка с коэффициентом регулирования усиления контура, была получена в [8]. Было показано, что усиление контура может управлять шириной полосы шума контура и характеристической частотой.По его результатам можно рассчитать оптимальное усиление контура, чтобы минимизировать доминирующую ошибку отслеживания в различных условиях сигнала. Это также показывает возможность того, что усиление контура может быть отрегулировано адаптивно на основе CNR и относительных динамических оценок. Кроме того, ФАПЧ 3-го порядка может отслеживать вход фазового ускорения и имеет преимущество перед ФАПЧ 2-го порядка в отслеживании динамики фазы несущей. Смоделированные отношения также следует проанализировать с точки зрения всестороннего теоретического исследования.

Основное внимание в данной статье уделяется разработке и анализу метода адаптивного управления усилением контура для ФАПЧ 2-го и 3-го порядков с целью повышения высокодинамичной адаптируемости системы ФАПЧ. Структура статьи представлена ​​следующим образом: В разделе 2 выводится математическая модель AGCF-PLL. Коэффициент управления усилением контура вставлен в традиционную систему ФАПЧ для удобной регулировки усиления контура. Чтобы избежать интенсивной регулировки усиления контура, добавлен инерционный элемент, чтобы сделать регулировку усиления контура более плавной.В разделе 3 подробно анализируется взаимосвязь между поведением AGCF-PLL и его контурным усилением во временной и частотной областях соответственно. В разделе 4 разработана оптимальная стратегия регулировки усиления контура для минимизации доминирующей ошибки слежения в соответствии с оценкой CNR и относительной динамикой между приемником и спутниками. Простая операция усреднения может использоваться для уменьшения шума в оценках относительного ускорения и относительных оценках рывков. Сопоставимые тесты и анализ проводятся между новой системой ФАПЧ с адаптивным контуром управления усилением, традиционной ФАПЧ, ФАПЧ с ФАПЧ и FAB-LL, чтобы показать динамическую адаптируемость контура новых алгоритмов в разделе 5.Наконец, некоторые заключительные замечания приведены в Разделе 6.

2. Контур слежения за несущей GNSS с адаптивным фильтром управления усилением контура (AGCF-PLL)

В этом разделе рассматриваются основные концепции традиционного контура слежения за несущей GNSS. Идея включить фильтр управления усилением контура для удобного и плавного изменения усиления контура будет основываться на традиционной структуре контура, и математическая модель этой новой системы ФАПЧ получена. Затем будет обсуждаться цифровая реализация такого типа ФАПЧ.Более подробно традиционная линейная модель ФАПЧ обсуждалась в [3, 5, 12–16].

2.1. Традиционная линейная модель ФАПЧ

Функция ФАПЧ в приемниках GNSS состоит в том, чтобы попытаться сгенерировать локальную синусоидальную несущую, фаза которой совпадает с фазой принятой несущей. Когда ФАПЧ находится в состоянии синхронизации, фаза принятой несущей может быть измерена путем наблюдения за локально сгенерированной несущей. Тем временем несущая стирается из принятого сигнала. На рисунке 1 показана традиционная линейная модель ФАПЧ.Есть три компонента: фазовый дискриминатор (PD), контурный фильтр (LF) и генератор с числовым программным управлением (NCO). Фазовый дискриминатор вычисляет разность фаз между принятой несущей и локальной несущей. Разность фаз передается в контурный фильтр, который не только фильтрует шум, но и генерирует управляющие сигналы для NCO. NCO преобразует управляющие сигналы в локальную настройку фазы несущей, так что локальная фаза несущей точно совпадает с фазой принятой несущей.


Передаточная функция ФАПЧ и ее передаточная функция ошибки могут быть получены из рисунка 1 как где - передаточная функция контурного фильтра, а - контурное усиление, которое определяется как

НЧ 1-го порядка и НЧ 2-го порядка часто используются для отслеживания динамики определенной фазы в принятом сигнале [17]. ФАПЧ 2-го порядка с контурным фильтром 1-го порядка может отслеживать входное фазовое ускорение без установившейся ошибки, которая вызвана скоростью при относительном перемещении. ФАПЧ 3-го порядка с контурным фильтром 2-го порядка может отслеживать входной скачок фазы, вызванный ускорением при относительном движении, без установившейся ошибки.Передаточные функции контуров 2-го и 3-го порядка выражаются следующим образом: где - коэффициент демпфирования контура 2-го порядка, и - коэффициенты контура контура 3-го порядка, а и - собственные частоты системы ФАПЧ 2-го и 3-го порядка, соответственно.

Подставляя (3) в (1), можно переписать передаточную функцию системы ФАПЧ 2-го порядка и передаточную функцию ошибки как

Аналогично, передаточная функция системы и передаточная функция ошибки для ФАПЧ 3-го порядка задаются следующим образом:

2.2. Модель AGCF-PLL

Для удобного и плавного управления усилением контура в соответствии с различной относительной динамикой и уровнями сигнала в традиционную структуру ФАПЧ можно вставить фильтр регулировки усиления контура, включая коэффициент регулировки усиления () и инерционный элемент (), как показано на рисунке 2. Следовательно, фактическое усиление контура может быть выражено как


В этом случае петлевое усиление можно отрегулировать с помощью. Как правило, и устанавливаются в единицу, когда используется дискриминатор фазы арктангенса.Таким образом, это фактическое усиление контура. Передаточная функция фильтра управления усилением контура: где - постоянная времени инерционного элемента в секундах, а - оптимальное усиление контура, которое может минимизировать доминирующую ошибку отслеживания. Инерционный элемент может задерживать скорость изменения фактического усиления контура, как показано на рисунке 3. При изменении оптимального усиления контура требуется около секунд, прежде чем фактическое усиление контура достигнет своего постоянного значения.


На рисунке 4 показана отклоняющая способность инерционного элемента при регулировке коэффициента контура.Здесь мы создаем сцену, в которой есть несколько ступенчатых изменений в регулировке усиления петли. Есть два варианта регулировки усиления контура. Коэффициент усиления контура регулируется непосредственно в варианте 1, в то время как коэффициент усиления контура передается через инерционный элемент в варианте 2. Как показано на приведенном выше рисунке рисунка 4. Способность инерционного элемента заключается в том, что он будет задерживать скорость изменения усиление петли. На рисунке 4 ниже показан выход дискриминатора ошибки фазы несущей в двух вариантах. Выход дискриминатора представляет ошибку отслеживания фазы несущей и отражает условие синхронизации ФАПЧ для фазы несущей.Очевидно, что прямая регулировка усиления контура внесет помехи в контур слежения. Требуется некоторое время, прежде чем ФАПЧ вернется в состояние блокировки из-за этого возмущения. Что касается варианта 2, инерционный элемент плавно регулирует усиление контура, так что помехи устраняются. Другая функция инерционного элемента заключается в уменьшении зашумленного оптимального расчета K c , который будет подробно объяснен в разделе 4.


Согласно рисунку 2, передача AGCF-PLL 2-го и 3-го порядка функция и передаточная функция ошибки могут быть выведены как их общие формы следующим образом:

Инерционный элемент исключается при выводе этих уравнений из-за его функции задержки.Следует отметить, что за оптимальным последует актуальное. Кроме того, инерционный элемент можно игнорировать, когда он достигает своего постоянного значения.

Для нормализации моделей AGCF-PLL с целью нахождения взаимосвязи коэффициентов контура между обычной ФАПЧ и AGCF-PLL здесь представлены два набора новых коэффициентов фильтра контура. Первый набор новых коэффициентов используется для нормализации AGCF-PLL 2-го порядка и определяется следующим образом:

Подставляя (12) и (13) в (8) и (9), можно переписать передаточную функцию AGCF-PLL 2-го порядка и передаточную функцию ошибки в их нормализованных формах как

Очевидно, что эти два уравнения аналогичны модели обычной системы ФАПЧ 2-го порядка, выраженной в (4).

Второй набор коэффициентов используется для нормализации AGCF-PLL 3-го порядка и определяется следующим образом:

Подставляя (15) и (16) в (10) и (11), можно переписать передаточную функцию AGCF-PLL 3-го порядка и передаточную функцию ошибки в их нормализованных формах как

Очевидно, что эти два уравнения аналогичны модели обычной системы ФАПЧ 3-го порядка, выраженной в (5).

Сравнивая обычную модель ФАПЧ с нормализованной моделью AGCF-PLL, можно обнаружить, что они имеют похожую форму с разными коэффициентами контура.Изменение AGCF-PLL эквивалентно изменению коэффициентов контура в обычной системе ФАПЧ. Это соотношение показано в (12), (13), (15), (16) и (17). Легко узнать, что AGCF-PLL эквивалентна обычной системе ФАПЧ, если коэффициент усиления контура установлен на единицу.

2.3. Цифровая реализация AGCF-PLL

В приемниках GNSS система ФАПЧ реализована в виде петли Костаса, которая нечувствительна к фазовым переходам из-за навигационных битов [15]. На рисунке 5 показана цифровая реализация AGCF-PLL, включая такие компоненты, как микшеры, а также операции интеграции и сброса.


Цифровой сигнал промежуточной частоты (IF) сначала смешивается с локально сгенерированной несущей, а затем коррелируется с кодом локального псевдослучайного шума (PRN). Результаты корреляции используются в фазовом дискриминаторе для получения фазовой ошибки, содержащей шум. Затем LF фильтрует зашумленные фазовые ошибки и генерирует управляющий сигнал NCO для синхронизации локальной несущей с принятыми сигналами. Относительная динамика и оценки сигнала C / N 0 используются для вычисления оптимального усиления контура, чтобы минимизировать доминирующую ошибку отслеживания.

Петлевой фильтр 1-го и 2-го порядка и инерционный элемент дискредитируются до своей цифровой формы посредством билинейного преобразования, которое выводится следующим образом: куда - время когерентного интегрирования в секундах. В этой статье в качестве фазового дискриминатора была выбрана функция арктангенса.

3. Анализ AGCF-PLL во временной и частотной областях

В этом разделе анализируется поведение AGCF-PLL во временной и частотной областях с использованием моделей, полученных в разделе 2.Взаимосвязь между поведением AGCF-PLL будет подробно обсуждена без учета инерционного элемента. Причина объяснена в разделе 2. Метод усреднения оценки относительного ускорения и рывка будет выведен на основе анализа во временной области. В нижеследующем обсуждении начальные значения коэффициентов контура AGCF-PLL 2-го и 3-го порядков выбираются в качестве их общих значений следующим образом:

Эти коэффициенты контура можно отрегулировать, изменив, как описано в разделе 2.

3.1. Анализ во временной области

Основная функция ФАПЧ - заставить локальную реплицированную фазу несущей отслеживать принятую [16]. Следовательно, ФАПЧ можно рассматривать как систему управления или, более конкретно, как систему сервоуправления. Кроме того, система ФАПЧ - это система управления с нелинейной обратной связью с точки зрения классической теории управления, где контурный фильтр является контроллером, а NCO - объектом. Его нелинейность обусловлена ​​нелинейным фазовым дискриминатором.К счастью, поведение ФАПЧ в состоянии блокировки можно предсказать с помощью ее линеаризованной модели, как показано в разделе 2. Поэтому некоторые классические методы анализа системы управления могут быть использованы для анализа AGCF-PLL. Согласно (8) и (10), характеристическое уравнение AGCF-PLL второго и третьего порядка можно найти как

На рисунках 6 и 7 показаны корневые геометрические точки AGCF-PLL 2-го и 3-го порядка для разных. Можно видеть, что с увеличением полюса замкнутого контура перемещаются к минус бесконечности или нулевым точкам разомкнутого контура от полюсов разомкнутого контура.С помощью классической теории управления можно сделать вывод, что отклик AGCF-PLL будет быстрым с меньшими синусоидальными колебаниями и меньшим выбросом при приращении. Стоит отметить, что AGCF-PLL 2-го порядка безусловно стабильна, а AGCF-PLL 3-го порядка - нет. Устойчивое состояние AGCF-PLL третьего порядка:



На рисунках 8 и 9 показаны переходные характеристики AGCF-PLL для различных значений коэффициента усиления контура. Результаты моделирования реакции на скачок согласуются с результатами предыдущего анализа и более визуализированы.



Ошибка отслеживания PLL, вызванная относительной динамикой, может быть записана как [14] где - порядок ФАПЧ, - ошибка слежения в метрах, а - длина волны несущей в метрах. Согласно (13), (15) и (24) увеличение может уменьшить погрешность динамического напряжения. В заключение, большой означает высокую скорость сходимости и меньшую ошибку динамического напряжения. Таким образом, во временной области ожидаются большие значения без учета шума на входной несущей.

3.2. Анализ частотной области

ФАПЧ отслеживает фазу принятой несущей с шумом, так что локальная реплицированная несущая неизбежно содержит шум. Следовательно, вторичной функцией ФАПЧ является фильтрация шума в принятой фазе несущей, чтобы получить точную копию несущей. В качестве одного из важных параметров ФАПЧ ширина полосы шума контролирует количество шума, допустимого в ФАПЧ. Этот параметр определяется следующим образом [15]:

Взаимосвязь между шириной полосы шума и коэффициентами контура для системы ФАПЧ 2-го и 3-го порядка может быть выражена следующим образом: где и - ширина полосы шума контура системы ФАПЧ 2-го и 3-го порядка соответственно.

Связь между полосой шума и AFCF-PLL 2-го порядка может быть получена путем вставки (12) и (13) в (26). Точно так же это соотношение для AGCF-PLL 3-го порядка может быть получено путем вставки (15), (16) и (17) в (27). Наконец, эти два отношения выражаются следующим образом:

Здесь и - ширина полосы шума контура AGCF-PLL 2-го и 3-го порядка, соответственно.

На рисунках 10 и 11 графически показана взаимосвязь между полосой шума контура и AGCF-PLL.Можно сделать вывод, что ширина полосы петлевого шума AGCF-PLL 2-го порядка пропорциональна, в то время как ширина полосы петлевого шума AGCF-PLL 3-го порядка положительно коррелирована с.



3.3. Оценка относительной динамики и
C / N 0

В качестве первого шага для расчета оптимального, относительное ускорение и оценки рывка играют важную роль в AGCF-PLL. Фактически, (24) предоставляет нам метод расчета относительного ускорения или рывка в соответствии с фазовой ошибкой.Пока AGCF-PLL находится в состоянии блокировки, относительное ускорение может быть получено с помощью AGCF-PLL 2-го порядка, а относительный рывок может быть получен с помощью AGCF-PLL 3-го порядка. Это соотношение показано следующим образом: где - n -е значение фазовой ошибки, оцененное AGCF-PLL 2-го порядка, и - n -е значение фазовой ошибки, оцененное AGCF-PLL 3-го порядка. Однако оцененная фазовая ошибка содержит много шума, что приводит к зашумленным оценкам ускорения и рывков.Поэтому для фильтрации шума используется простая операция усреднения. Таким образом, (29) можно переписать следующим образом: где M - количество значений фазовой ошибки от фазового дискриминатора. M не должен быть слишком маленьким с учетом влияния шума. В этой статье N установлено как 500.

C / N 0 оценок - еще один коэффициент, который алгоритмам AGCF-PLL необходимо вычислить оптимальным. Метод сравнения корреляторов используется для измерения C / N 0 в этой статье [18].Измерение Z сначала формируется следующим образом: где и - накопленные выходные данные быстрого коррелятора, - это несинхронизированный накопленный выходной сигнал коррелятора и обозначает количество итераций, усредненных для сглаживания шума. Тогда оценки C / N 0 могут быть рассчитаны с использованием следующего уравнения: где в единицах дБ-Гц, а в единицах Гц.

4. Оптимизированное усиление контура AGCF-PLL

В этом разделе сначала будет получена и обсуждена ошибка измерения AGCF-PLL в различных условиях.Затем оптимальное значение вычисляется в соответствии с оценкой и относительной динамикой для получения минимальной ошибки отслеживания. Наконец, будет предложен метод регулирования усиления контура.

4.1. Характеристика ошибок AGCF-PLL

Основными источниками фазовой ошибки в системе ФАПЧ являются фазовое дрожание и ошибка динамического напряжения. Фазовый джиттер содержит тепловой шум и шум генератора (т. Е. Джиттер генератора, вызванный вибрацией, и джиттер генератора, вызванный дисперсией Аллана) [15]. Ошибка отслеживания 1- σ системы ФАПЧ определяется выражением где R - расстояние прямой видимости (LOS) между спутником и приемником в метрах.в данной статье выбрано равным 1 миллисекунде. Джиттер генератора, вызванный вибрацией (приблизительно), и джиттер генератора, вызванный дисперсией Аллена (приблизительно), также учитываются, но не выражаются в уравнении для простоты.

Ошибка отслеживания 1- σ AGCF-PLL 2-го порядка может быть получена путем вставки (12) и (13) в (33):

Точно так же ошибка отслеживания 1- σ AGCF-PLL 3-го порядка может быть получена путем вставки (15), (16) и (17) в (33):

Характеристика погрешности с ускорением 4 и различными C / N 0 показана на рисунке 12, где - ускорение свободного падения.Можно заметить, что ошибка отслеживания 1- σ уменьшается до минимума, а затем увеличивается до положительной бесконечности с увеличением. Итак, существует минимум, максимум и оптимум. Максимальные и минимальные значения располагались в точке пересечения характеристической кривой погрешности и кривой порога слежения (). Оптимум находится в точке с минимальной фазовой ошибкой. Также можно было заметить, что высокий уровень расширит диапазон C / N 0 .Характеристики ошибок AGCF-PLL 3-го порядка аналогичны характеристикам AGCF-PLL 2-го порядка и чувствительны к относительному рывку, который здесь не показан.


4.2. Оптимизированное усиление контура AGCF-PLL

Согласно приведенному выше анализу, оптимальное значение можно рассчитать по (36), а максимальное и минимальное значения можно рассчитать по (37). Поскольку при использовании метода преобразования (билинейного, блочного преобразования) для реализации контурного фильтра [19, 20] производительность цикла ухудшится, добавляется еще одно ограничение ().

На рисунках 13 и 14 показаны максимальные, минимальные и оптимальные значения AGCF-PLL 2-го и 3-го порядка в различных условиях. На рисунках 15 и 16 показаны минимальные ошибки отслеживания в различных условиях при оптимальном использовании.





4.3. Стратегия управления усилением адаптивного контура

На основании приведенного выше анализа максимальное значение K c может быть использовано первоначально для того, чтобы контур отслеживания сходился из состояния втягивания в состояние блокировки.Причина обсуждалась в разделе 3. После перехода цикла в состояние блокировки K c можно адаптивно настроить в соответствии с C / N 0 и относительными динамическими оценками. Учитывая сложность решения (36) и (37), которые имеют знак радикала, таблица поиска используется для хранения взаимосвязи между оценками C / N 0 , относительными динамическими оценками и оптимальными K c в дискретном виде. C / N 0 и относительные динамические оценки, обсуждаемые в разделе 3, содержат накопление, которое можно рассматривать как первую фильтрацию нижних частот. Расчетная C / N 0 и относительная динамика будут входными данными для таблицы поиска. Метод двумерной линейной интерполяции используется для последующего вычисления оптимального K c . Однако расчетная C / N 0 и относительная динамика все еще содержат шум.Таким образом, оптимальная K c тоже шумная. Введенный здесь инерционный элемент дополнительно отфильтрует шум до оптимального значения K c . Следовательно, частота регулировки уменьшается. Часть таблицы поиска с конкретным C / N 0 и динамикой для AGCF-PLL показана в таблицах 1 и 2.

3 3 2 2

Ускорение Коэффициент усиления контура
Минимум K c Оптимальный K c Максимум K c


3,5 7
2 0,5 5 7
3 0,7 6,2 7
4
5 1,2 7 7
6 1,4 7 7
7 1,6 7 19 7 7


Рывок Коэффициент усиления контура

9

909 K c

Максимум K c

/ с 0,5 1,5 7
2 / с5 2 7
3 / с 0,5 2,5 7
4 / с 0,5 2,9 7 7
3,2 7
6 / с 0,5 3,5 7
7 / с 0,5 3,9 7
4,1 7

5.Тест, результаты и анализ

Алгоритмы, обсуждаемые в этой статье, были реализованы в программном приемнике GPS и протестированы с использованием смоделированных сигналов GPS от имитатора сигналов навигационного спутника. Поскольку AGCF-PLL 2-го порядка чувствительна к относительному ускорению, а AGCF-PLL 3-го порядка чувствительна к относительному рывку, были разработаны два сценария для демонстрации характеристик отслеживания в высокодинамичных приложениях - сценарий высокого ускорения и высокий рывок. сценарий. AGCF-PLL сравнивается с их версиями с постоянным усилением контура (обычная ФАПЧ), ФАПЧ с ФАПЧ и FAB-LL, чтобы показать улучшения.

5.1. Экспериментальная установка

На рисунке 17 имитатор сигнала навигационного спутника (HWA-RNSS-7300 производства HWA Create Corporation Ltd.), управляемый портативным компьютером, может подавать кодовые сигналы L1 C / A в различных сценариях. Сценарий сложного прямого движения используется для создания высокодинамичного движения. Мощность несущего сигнала можно регулировать с помощью управляющего сигнала портативного компьютера, который можно использовать для изменения C / N 0 кодовых сигналов C / A.Малошумящий усилитель (LNA; HLLNA012-1-02B) используется для того, чтобы играть ту же роль, что и LNA в реальной антенне GPS. К LNA подключен коллектор сигналов ПЧ GPS (NewStar210M производства OlinkStar Corporation), который может передавать цифровые сигналы ПЧ на портативный компьютер. Наконец, постобработка, включая сбор и отслеживание сигнала ПЧ, выполняется с помощью программного обеспечения.


5.2. Метрики

Метрикой, используемой для оценки производительности алгоритма, является значение косинуса разности фаз (), которое определяется как

Когда ФАПЧ заблокирована, фазовая ошибка должна оставаться близкой к 0 и, следовательно, должна быть приблизительно равна единице.Более того, отклонение от единицы указывает на то, что производительность системы ФАПЧ ухудшается, а нерегулярные изменения означают, что контур теряет синхронизацию. Можно с уверенностью предположить, что если значение индикатора блокировки больше 0,8, система ФАПЧ заблокирована [4]. Хотя это значение искажено шумом, именно это значение указывает на то, что состояние блокировки контура и его среднее значение можно использовать для оценки характеристик отслеживания несущей контура.

5.3. Результаты тестирования и анализ для AGCF-PLL 2-го порядка

Сценарий высокого ускорения (тестовый сценарий A) моделируется и используется для тестирования алгоритмов AGCF-PLL 2-го порядка, а его производительность сравнивается с традиционным 2-м порядком. обычная ФАПЧ, ФАПЧ 1-го порядка с ФАПЧ 2-го порядка и FAB-LL.Вначале автомобиль остается в течение 10 секунд, а затем моделируется движение с большим ускорением. Полоса пропускания обычной системы ФАПЧ 2-го порядка установлена ​​на 20 Гц. Полоса пропускания ФАПЧ и ФАПЧ для ФАПЧ с ФАПЧ установлена ​​на 5 Гц и 20 Гц соответственно. Тестовый сигнал GPS поступил со спутника 21.

Для настройки K c , C / N 0 сначала оцениваются относительное ускорение, как показано на рисунке 18. По сравнению с оценками Согласно [4], метод усреднения делает расчетное ускорение менее шумным, что снижает регулирующую частоту K c .Согласно оценочным условиям сигнала, оптимальное значение K c можно найти с помощью таблицы поиска и двумерной интерполяции, как описано в разделе 4. На рисунке 19 показаны оптимальные и фактические K c . Мы можем обнаружить, что фактический K c будет отслеживать оптимальное значение K c медленно и плавно, избегая блокировки потери PLL, которая вызвана резкой регулировкой K c .



На рисунке 20 показаны выходы дискриминатора арктангенса четырех типов ФАПЧ.Выходы дискриминатора арктангенса представляют ошибку отслеживания фазы несущей. Можно обнаружить, что обычная система ФАПЧ 2-го порядка не выдерживает движения с большим ускорением и в конечном итоге теряет синхронизацию для фазы несущей. ФАПЧ 2-го порядка с ФАПЧ 1-го порядка может отслеживать динамику фазы несущей. Однако имеется установившаяся ошибка. Ошибка отслеживания фазы несущей очень близка к эффективному рабочему диапазону (-0,25 цикла, 0,25 цикла) дискриминатора арктангенса. Таким образом, эту систему ФАПЧ легко потерять, особенно при увеличении относительного ускорения или шума.Что касается FAB-LL и AGCF-PLL, они могут поддерживать синхронизацию фазы несущей в сценарии высокого ускорения с меньшей ошибкой отслеживания фазы несущей. Согласно этому рисунку, AGCF-PLL имеет сопоставимые характеристики с FAB-LL. Для количественной оценки их работы проводится дальнейшая оценка, которая отображается следующим образом.


На рисунке 21 показано состояние блокировки ФАПЧ четырех типов ФАПЧ в тестовом сценарии A, а в таблице 3 представлено среднее значение индикатора блокировки. Поскольку обычная ФАПЧ теряет синхронизацию для фазы несущей в тестовом сценарии A, среднее значение индикатора блокировки является недопустимым и не показано в этой таблице.Среднее значение индикатора блокировки AGCF-LL во время движения с большим ускорением (10 ~ 40 с) составляет около 0,9883, что ближе к 1, чем у FAB-LL. Это говорит о том, что AGCF-PLL 2-го порядка превосходит другие типы PLL 2-го порядка в сценариях с высоким ускорением.


6456

Метод Среднее значение индикатора блокировки ФАПЧ

ФАПЧ 63 -
FAB-LL 0,9841
AGCF-LL 0,9883

5.4. Результаты тестирования и анализ для AGCF-PLL 3-го порядка

Аналогичным образом моделируется сценарий высокого рывка (тестовый сценарий B), который используется для проверки производительности обычной системы ФАПЧ 3-го порядка, 3-го порядка с ФАПЧ 2-го порядка. ФАПЧ порядка, FAB-LL 3-го порядка и AGCF-PLL 3-го порядка. Полоса пропускания обычной системы ФАПЧ 3-го порядка установлена ​​на 18 Гц.Полоса пропускания ФАПЧ и ФАПЧ для ФАПЧ с ФАПЧ установлена ​​на 5 Гц и 18 Гц соответственно. Тестовый сигнал GPS пришел со спутника 31.

На рисунке 22 показаны расчетные C / N 0 и относительный рывок AGCF-PLL в тестовом сценарии B. Эти два данных определяют оптимальное значение K c , что позволяет минимизировать ошибку отслеживания фазы несущей. Инерционный элемент используется для обеспечения плавного отслеживания фактического K c оптимального K c , тем самым уменьшая эффект зашумленной C / N 0 оценки и оценки относительного рывка .Это соотношение показано на рисунке 23.



На рисунке 24 показаны выходы дискриминатора арктангенса четырех типов ФАПЧ в тестовом сценарии B. Все четыре типа ФАПЧ способны отслеживать динамику фазы несущей. Однако ошибки отслеживания фазы несущей у обычной ФАПЧ 3-го порядка и ФАПЧ 3-го порядка с ФАПЧ 2-го порядка больше, чем у AGCF-PLL и FAB-LL. FAB-LL и AGCF-PLL могут поддерживать синхронизацию фазы несущей в сценарии с большим рывком с меньшей ошибкой отслеживания фазы несущей.Согласно этому рисунку, AGCF-PLL имеет сопоставимые характеристики с FAB-LL. Чтобы количественно оценить их работу, мы провели дополнительную оценку, и результаты показаны в следующих частях.


На рисунке 25 показано состояние блокировки ФАПЧ для четырех типов ФАПЧ в тестовом сценарии B, а в таблице 4 представлено среднее значение индикатора блокировки. Среднее значение индикатора блокировки AGCF-PLL 3-го порядка во время рывка (18 ~ 40 с) составляет около 0,9916, что ближе всего к 1, чем у других типов PLL 3-го порядка.Это говорит о том, что AGCF-PLL 3-го порядка имеет наименьшую ошибку отслеживания фазы несущей в этих четырех типах PLL.


2

Метод Среднее значение индикатора блокировки ФАПЧ

ФАПЧ Assisted
FAB-LL 0,9868
AGCF-LL 0.9916

6. Выводы

В этой статье представлен новый подход к адаптивному регулированию усиления контура для системы ФАПЧ второго и третьего порядка в приемниках GNSS, и ее характеристики были протестированы и проверены по сравнению с традиционной ФАПЧ. Новая модель системы, анализ временной и частотной области, а также характеристика ошибок новой системы ФАПЧ получены и подробно отображены, что можно рассматривать как первый вклад в эту статью.Хотя тестируются только сигналы кода GPS L1 C / A, этот метод легко распространить на другие сигналы GNSS. Коэффициент усиления контура может быть отрегулирован до оптимального значения в соответствии с C / N 0 и относительными динамическими оценками для получения минимальной ошибки отслеживания. По сравнению с обычными ФАПЧ, ФАПЧ с ФАПЧ, FAB-LL, предложенные алгоритмы адаптивного усиления контура обладают более сильной способностью слежения, чтобы справляться с высокодинамическими нагрузками.

В новую адаптивную ФАПЧ вставлен инерционный элемент, чтобы уменьшить скорость изменения коэффициента усиления контура, интенсивная регулировка которого может вызвать помехи в ФАПЧ или привести к потере синхронизации ФАПЧ для фазы несущей.

Третий вклад в этот документ - таблица поиска, в которой хранятся отношения между условиями сигнала и оптимальным усилением контура. Использование метода справочной таблицы для вычисления коэффициента усиления контура снижает стоимость вычислений в зависимости от вычисления уравнения с радикалами, так что может быть реализована AGCF-PLL в реальном времени.

Время интегрирования до обнаружения и порядок цикла - это еще два коэффициента ФАПЧ, которые можно сделать адаптивными. Эти два коэффициента также можно регулировать в соответствии с состоянием сигнала, чтобы повысить эффективность отслеживания системы ФАПЧ.Но настройка времени интегрирования до обнаружения и настройка порядка контура не обсуждаются в этой статье и станут следующим направлением исследования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *