|
Синхронизация частоты дискретизации реализована аппаратным способом. Сигнал напряжения, пройдя через входные цепи, направляется в полосно-пропускающий фильтр, задачей которого является снижение уровня гармоник и пропуск только основной гармоники напряжения. Затем этот сигнал направляется для обработки в фазовый контур, как опорный сигнал. Схема фазовой автоподстройки частоты или ФАПЧ (англ. Phase Locked Loop или PLL) вырабатывает частоту, которая многократно выше опорной частоты и служит тактовой частотой аналого-цифрового преобразователя.
Необходимость применения системы фазового контура напрямую вытекает из требований стандарта PN-EN 61000-4-7 (ГОСТ Р 51317.4.7-2008), описывающего методику и допустимые ошибки при измерениях гармоник. Этот стандарт требует, чтобы окно (в значении — весовая функция) измерения, которое является основой для однократного измерения и оценки содержания гармоник, было равно по продолжительности 10 периодам в установках энергетической сети на 50 Гц, а также 12 периодам для 60 Гц. В обоих случаях, это соответствует времени около 200 мс. Поскольку частота питающей сети может подвергаться периодическим изменениям и флуктуациям, длительность окна не может быть равна точно 200 мс, и например, для частоты сети 51 Гц он составит уже около 196 мс.
Стандарт также рекомендует, чтобы данные перед выполнением преобразования Фурье (для извлечения спектральных компонентов) не проходили операцию весовой функции. Отсутствие синхронизации частоты и допустимость ситуации, при которой быстрому преобразованию Фурье (FFT) подверглись бы выборки нецелого числа периодов, может привести к явлению утечки спектра. Это явление приводит к тому, что полоска спектра гармоник размазывается также на несколько соседних полосок интергармоник, что может привести к потере информации о реальном уровне и мощности исследуемой полоски спектра. Допускается возможность использования функции окна весом Ханна, которая уменьшает неблагоприятные последствия утечки спектра, но это ограничивается только той ситуацией, в которой петля ФАПЧ (PLL) потеряла синхронизацию.
Стандарт PN-EN 61000-4-7 (ГОСТ Р 51317.4.7-2008) также уточняет необходимую точность блока синхронизации. Это выражается следующим образом: время между нарастающим фронтом первого импульса стробирования и (M+1) — этого импульса (где M-число отсчетов в окне измерения) должно быть равным продолжительности указанного числа периодов в измерительном окне (10 или 12) с максимально допустимой ошибкой ±0,03%. Чтобы объяснить это более простым способом, рассмотрим следующий пример. Принимая 256 отсчетов за период и частоту сети 50 Гц, длительность окна измерения составит ровно 200 мс. Если первый дискретизирующий импульс придет точно в момент t = 0, то первый дискретизирующий импульс следующего окна измерения должен прийти в момент времени t = 200±0,06 мс. Эти ± 60 мкс — допустимое отклонение фронта импульса дискретизации. Стандарт также определяет рекомендуемый минимальный диапазон частот, при котором указанная выше точность системы синхронизации должна сохраняться и устанавливает ее в пределах ±5% от номинальной частоты, то есть 47,5...52, 5 Гц и 57...63 Гц соответственно для сети 50 Гц и 60 Гц.
Отдельным вопросом является диапазон значений входного напряжения, при котором система ФАПЧ (PLL) будет правильно работать. Стандарт 61000-4-7 (ГОСТ Р 51317.4.7-2008) не устанавливает здесь каких-либо конкретных указаний и требований. В то же время, стандарт 61000-4-30 (ГОСТ Р 51317.4.30-2008) определяет диапазон значений напряжения питания, в котором метрологические характеристики не могут ухудшиться и для класса А устанавливает ее на 10%...150% Udin. Анализатор PQM соответствует выше указанным требованиям, связанных с функционированием схемы ФАПЧ (PLL), также для самого низкого поддерживаемого номинального напряжения Unom = 110В, то есть примерно до 10 В.
|
