Схемы вру с одним вводом. Вводно-распределительные устройства (ВРУ): конструкция, типы, характеристики

Что такое вводно-распределительное устройство (ВРУ). Для чего используются ВРУ в электрических сетях. Какие бывают типы и конструкции ВРУ. Какие основные характеристики имеют ВРУ. Как выбрать подходящее вводно-распределительное устройство.

Назначение и принцип работы вводно-распределительных устройств

Вводно-распределительное устройство (ВРУ) — это комплектное электротехническое устройство, предназначенное для приема, распределения и учета электроэнергии в сетях напряжением 380/220 В переменного тока частотой 50 Гц.

Основные функции ВРУ:

• Прием электроэнергии от питающей сети
• Распределение электроэнергии по потребителям
• Защита отходящих линий от перегрузок и коротких замыканий
• Учет потребляемой электроэнергии
• Коммутация электрических цепей

По своей сути ВРУ представляет собой низковольтный распределительный щит, устанавливаемый на вводе в здание или сооружение. Через ВРУ осуществляется электроснабжение всех потребителей объекта.

Конструктивные особенности вводно-распределительных устройств

Конструктивно ВРУ состоит из следующих основных частей:

• Металлический шкаф (корпус)
• Вводная панель с коммутационной и защитной аппаратурой
• Распределительные панели с автоматическими выключателями
• Приборы учета электроэнергии (счетчики)
• Сборные шины

В зависимости от конструкции ВРУ может быть одно- или многопанельным. Многопанельные ВРУ собираются из отдельных панелей, соединенных между собой.

Основные типы вводно-распределительных устройств

По назначению и конструкции выделяют следующие основные типы ВРУ:

1. Вводные панели

Предназначены для приема и учета электроэнергии. Содержат вводной коммутационный аппарат, трансформаторы тока, счетчик.

2. Распределительные панели

Служат для распределения электроэнергии по потребителям. Оснащаются автоматическими выключателями на отходящих линиях.

3. Вводно-распределительные панели

Совмещают функции приема, учета и распределения электроэнергии в одной панели.

4. Панели АВР

Содержат оборудование для автоматического включения резервного питания при исчезновении напряжения на основном вводе.

Основные характеристики вводно-распределительных устройств

При выборе ВРУ необходимо учитывать следующие основные характеристики:

• Номинальный ток: от 100 до 3000 А
• Номинальное напряжение: 380/220 В
• Частота: 50 Гц
• Количество вводов: 1, 2 или более
• Количество отходящих линий: от 6 до 36 и более
• Степень защиты оболочки: IP31, IP54
• Климатическое исполнение: УХЛ4

Важными параметрами также являются габаритные размеры, масса, способ установки (навесной или напольный).

Преимущества использования современных ВРУ

Применение современных вводно-распределительных устройств дает ряд существенных преимуществ:

• Компактные габариты
• Удобство монтажа и обслуживания
• Высокая надежность и безопасность
• Возможность модульного наращивания
• Использование современной коммутационной аппаратуры
• Применение электронных счетчиков с дистанционным сбором данных

Это позволяет создавать гибкие и эффективные системы электроснабжения зданий и сооружений различного назначения.

Критерии выбора вводно-распределительного устройства

При выборе ВРУ для конкретного объекта необходимо учитывать следующие основные факторы:

• Категория надежности электроснабжения
• Расчетная мощность потребителей
• Количество и мощность вводов
• Количество отходящих линий
• Требования по учету электроэнергии
• Условия эксплуатации (климатические, механические)
• Габаритные ограничения места установки

Правильный выбор типа и характеристик ВРУ позволит обеспечить надежное и безопасное электроснабжение объекта.

Особенности монтажа и эксплуатации вводно-распределительных устройств

При монтаже и эксплуатации ВРУ необходимо соблюдать следующие основные требования:

• Монтаж должен выполняться квалифицированным персоналом
• Размещение ВРУ должно обеспечивать удобный доступ для обслуживания
• Необходимо соблюдать требования по пожарной безопасности
• Должно быть обеспечено надежное заземление корпуса ВРУ
• Требуется периодический осмотр и профилактическое обслуживание

Соблюдение правил монтажа и эксплуатации гарантирует длительную и безопасную работу вводно-распределительного устройства.

Вводно — распределительные устройства ВРУ

Вводно-распределительные устройства ВРУ-1 предназначены для приема, распределения и учета электроэнергии в сетях 380/220B трехфазного переменного тока частоты 50Гц, а также для защиты линий при перегрузках и коротких замыканиях. Вводно-распределительные устройства комплектуются из панелей одностороннего обслуживания и могут быть однопанельными и многопанельными. Ошиновка ВРУ выдерживает без повреждений ударный ток короткого замыкания 10 кА.
Конструкции ВРУ постоянно модернизируются и совершенствуются. Поэтому некоторые из них могут быть не отражена на страницах сайта. Достаточно часто изготавливаются ВРУ по схемам заказчика. Завод-изготовитель оставляет за собой право на замену комплектующих и изменение конструкции устройств без ухудшения технических характеристик изделия.

 

Структура условного обозначения
ВРУ	1	**	*	*	УХЛ4
вводно-распределительное устройство	номер разработки	назначение панели	наличие аппаратов на вводе	наличие дополнительного оборудования	климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69

Обозначение вводно-распределитедьных устройств серии ВРУ-1

Назначение панели:
11-18 — вводные;
21-29 — вводно-распределительные;
41-50-распределительные.

Наличие аппаратов на вводе:

О — отсутствуют;
1 — переключатель на 250А;
2 — переключатель на 400 А;
5 — выключатель на 250А;
6 — выключатель и предохранители на 250А;
7 — выключатель, предохранители и аппаратура АВР на 100А;
8 — выключатель, предохранители и аппаратура АВР на 250А.

Наличие дополнительного оборудования:

о — отсутствуют;
1 — блок автоматического управления освещения (БАУО) с автоматическими выключателями: ЗОх16А;
2 — блок автоматического управления освещения (БАУО) с автоматическими выключателями: ЗОх16А;
3 — блок автоматического управления освещения (БАУО) с автоматическими выключателями: 14х16А;
4 — БУО с автоматическими выключателями: 14х16А;
5 — БАУО с предохранителями: 8х16А;
6 — БУО с предохранителями: 8х16А.

ВВОДНЫЕ ПАНЕЛИ ТИПОВЫЕ СХЕМЫ

ВРУ-1-11-10УХЛ4 Номинальный ток: 2×250 А
FU1-FU6	Предохранители ПН2-250
Р11, Р12	Счетчики (учет общ. нагр.)
QS1, QS2	Переключатели 250А
SF1, SF2	Автоматические выключатели
EL1, EL2	Лампы накаливания
ТА1-ТА6	Трансформаторы тока 50/5…200/5

ВРУ-1-17-70УХЛ4 (панель с АВР) Номинальный ток: 100(250) А
РI1	Счетчики (учет общ.нагр.)
QS1, QS2	Блок-выключатели 250/100 А
SF1, SF2	Автоматические выключатели
EL1, ЕL2	Лампы накаливания
КМ1, КМ2	Контакторы
ТА1-ТА6	Трансформаторы тока 50/5 … 200/5

ВРУ-1-13-20УХЛ4 Номинальный ток: 2×400 А
FU1-FU6	Предохранители ПН2-400
PI1, PI2	Счетчики (учет общ.нагр.)
QS1, QS2	Переключатели 400А
SF1, SF2	Автоматические выключатели
EL1, ЕL2	Лампы накаливания
ТА1-ТА6	Трансформаторы тока 50/5 . .. 200/5

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПАНЕЛИ ТИПОВЫЕ СХЕМЫ

ВРУ-1-41-00УХЛ4
ВРУ-1-42-01УХЛ4
ВРУ-1-42-02УХЛ4

ВРУ-1-42-01УХЛ4 — автоматический блок упр.освещением (схема 1)
ВРУ-1-42-02УХЛ4 — неавтоматический блок упр.освещением (схема 2)
FU1-FU6 Предохранители ПН2-100
FU7-FU27 Предохранители ПН2-100

ВРУ-1-43-00УХЛ4

FU1-FU6 Предохранители ПН2-1 00
FU7-FU27 Предохранители ПН2-1 00
PI1 Счетчик (учет абон. нагр.)
ТА1-ТА3 Трансформаторы тока 100/5 … 300/5

ВРУ-1-44-00УХЛ4
ВРУ-1-45-01УХЛ4
вру -1-45-02УХЛ4

ВРУ-1-45-01УХЛ4 — автоматический блок упр.освещением (схема 1)
ВРУ-1-45-02УХЛ4 — неавтоматический блок упр.освещением (схема 2)
FU1-FU6 Предохранители ПН2-250
FU7-FU27 Предохранители ПН2-100

ВРУ-1-46-00УХЛ4

FU1-FU6 Предохранители ПН2-250
FU7-FU27 Предохранители ПН2-100
PI1 Счетчик (учет абон. нагр.)
ТА1-ТА3 Трансформаторы тока 100/5 …300/5

ВРУ-1-47-00УХЛ4
ВРУ-1-48-0ЗУХЛ4
ВРУ-1-48-04УХЛ4

ВРУ-1-48-03УХЛ4-автоматический блок упр. освещением (схема 3)
ВРУ-1-48-04УХЛ4-неавтоматический блок упр.освещением (схема 4)
FU1-FU6 Предохранители ПН2-100
FU7-FU27 Предохранители ПН2-100

ВРУ-1-49-0ЗУХЛ4
ВРУ-1-49-0ЗУХЛ4
ВРУ-1-49-04УХЛ4

ВРУ-1-49-00УХЛ4-автоматический блок упр.освещением (схема 3)
ВРУ-1-49-04УХЛ4-неавтоматический блок упр.освещением (схема 4)
FU1-FU15 Предохранители ПН2-60
FU16-FU30 Предохранители ПН2-60

ВРУ-1-50-00УХЛ4
ВРУ-1-50-01УХЛ4
ВРУ-1-50-02УХЛ4

ВРУ-1-50-01УХЛ4-автоматический блок упр.освещением (схема 1)
ВРУ-1-50-02УХЛ4-неавтоматический блок упр.освещением (схема 2)
FU1-FU12 Предохранители ПН2-250
FU13-FU24 Предохранители ПН2-250

СХЕМЫ БЛОКОВ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ

Схема 1
КМ1-КМЗ	Пускатель ПМЛ
KV1	Промежуточное реле
KL1	Фотореле ФР
КТ1	Реле времени 2РВМ
QS1-QS6	Разъединители
QF1-QFЗ2	Автоматические выключатели

Схема 2
QS1-QS6	Разъединители
QF1-QFЗ0	Автоматические выключатели

Схема 3
КМ1-КМЗ	Пускатель ПМЛ
KV1	Промежуточное реле
KL1	Фотореле ФР
КТ1	Реле времени 2РВМ
QS1-QS6	Разъединители
QF1-QFЗ2	Автоматические выключатели

Схема 4
QS1-QS3	Разъединители
QF1-QF14	Автоматические выключатели

ВВОДНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПАНЕЛИ.

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ

ВРУ-1-21-10УХЛ4

FU1-FU3 Предохранители ПН2-250
FU4-FU9 Предохранители ПН2-60
FU10-FU18 Предохранители ПН2-100
PI1 Счетчик (учет общих нагрузок)
QS1 Предохранители 250А
SF1, SF2 Автоматические выключатели
EL1, EL2 Лампы накаливания
ТА1-ТА3 Трансформаторы тока 100/5 … 300/5

ВРУ-1-22-5ЗУХЛ4
ВРУ-1-22-54УХЛ4
ВРУ-1-22-55УХЛ4
ВРУ-1-22-56УХЛ4

ВРУ-1-22-5ЗУХЛ4-автоматический блок упр. освещением с авт. выкл. (схема 5)
ВРУ-1-22-54УХЛ4-неавтоматический блок упр. освещением с авт. выкл. (схема 6)
ВРУ-1-22-55УХЛ4-автоматический блок упр. освещением с предохр. (схема 7)
BPY-1-22-5БУХЛ4-неавтоматический блок упр. освещением с предохр. (схема 8)
FU1-FU3 Предохранители ПН2-250
FU4-FU21 Предохранители ПН2-100
PI1 Счетчик (учет домоупр. нагрузок)
QS1, QS2 Блок — выключатели
SF1, SF2 Автоматические выключатели
EL1, EL2 Лампы накаливания

ВРУ-1-23-5ЗУХЛ4
ВРУ-1-23-54УХЛ4
ВРУ-1-23-55УХЛ4
ВРУ-1-23-56УХЛ4

ВРУ-1-2З-5ЗУХЛ4-автоматический блок упр. освещением с авт. выкл. (схема 5)
ВРУ-1-2З-54УХЛ4-неавтоматический блок упр. освещением с авт. выкл. (схема 6)
ВРУ-1-2З-55УХЛ4-автоматический блок упр. освещением с предохр. (схема 7)
BPY-1-2З-56УХЛ4-неавтоматический блок упр. освещением с предохр. (схема 8)
FU1-FU3 Предохранители ПН2-250
FU4-FU18 Предохранители ПН2-100
PI1 Счетчик (учет домоупр. нагрузок)
QS1, QS2 Блок — выключатели
SF1, SF2 Автоматические выключатели
EL1, EL2 Лампы накаливания
ТА1-ТА3 Трансформаторы тока 30/5 … 200/5

ВРУ-1-29-6ЗУХЛ4
ВРУ-1-29-64УХЛ4
ВРУ-1-29-65УХЛ4
ВРУ-1-29-66УХЛ4

ВРУ-1-29-6ЗУХЛ4-автоматический блок упр. освещением с авт. выкл. (схема 5)
ВРУ-1-29-64УХЛ4-неавтоматический блок упр. освещением с авт. выкл. (схема 6)
ВРУ-1-29-65УХЛ4-автоматический блок упр. освещением с предохр. (схема 7)
ВРУ-1-29-66УХЛ4-неавтоматический блок упр. освещением с предохр. (схема 8)
FU1-FU3 Предохранители ПН2-100
FU4-FU15 Предохранители ПН2-60
PI1 Счетчик (учет домоупр. нагрузок)
PI2 Счетчик (учет домоупр. нагрузок)
QS1 Блок — выключатель
SF1 Автоматический выключатель
EL1 Лампа накаливания
ТА1-ТА3 Трансформаторы тока 30/5 .. 100/5
ТА4-ТА6 Трансформаторы тока 30/5 .. 100/5

СХЕМЫ БЛОКОВ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ

Схема 5
КМ1	Пускатель ПМЛ
KL1	Фотореле ФР2М
QS1-QS2	Разъединители
QF1-QF15	Автоматические выключатели

Схема 6
QS1-QS2	Разъединители
FQ1-QF14	Автоматические выключатели

Схема 7
КМ1	Пускатель ПМЛ
KL1	Фотореле ФР2М
QS1-QS2	Разъединители
FU1-FU9	Предохранители ПРС

Схема 8
QS1-QS2	Разъединители
FU1-FU9	Предохранители ПРС

ВРУ 200А с АВР, 2 ввода, 2 секции распределения (6х125А, 8х63А, 6х16А)

Вводно-распределительное устройство ВРУ 200А c АВР (ВРУ-Б-(200+200)-03-12).

Шкаф ВРУ-Б-(200+200)-03-12 напольного исполнения, с коммерческим учетом электроэнергии на вводах. Предназначен для ввода и распределения питания силового оборудования 1-й категории электроприемников — перерыв в электроснабжении может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб предприятию, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса и т.д. Перерыв в питании допускается на время включения резервного источника питания.

Оба ввода являются рабочими, каждая секция распределения питается от своего ввода. При нарушении питания на одном из вводов, происходит автоматическое переключение на питание от исправного ввода.

Характеристики:

• Вводные аппараты – выключатели-разъединители Nh50 400А с видимым разрывом.
• Автоматический ввод резерва с контролем напряжения по двум вводам выполнен на базе двух моноблочных АВР 200А серии NZ7, соединенных по схеме крест на крест (2-в-2). В основе конструкции моноблочных АВР NZ7 автоматические выключатели в литом корпусе с одним общим моторным приводом.
• Секции распределения выполнены на автоматических выключателях в литом корпусе NM1 и/или модульного типа NB1-63/DZ158. Максимальное количество отходящих автоматов 3Р на одну секцию — 20 шт:
  • NXB-125C 3P 125A 10kA х-ка C — 6 шт.
  • NXB-63C 3P 16A 6kA х-ка C — 6 шт.
  • NXB-63C 3P 63A 6kA х-ка C — 8 шт.
• Габариты 2100х2400х600 мм.

Настройки АВР:

• Нижняя граница напряжения от 160В
• Верхняя граница напряжения до 290В
• Задержка времени перехода на резервный ввод от 0с до 180с. Предотвращает ложные срабатывания АВР при кратковременных просадках напряжения в сети.

Схема ВРУ-Б-(200+200)-03-12:

Преимущества работы с нами:

В короткий срок рассчитаем вам точную смету по проекту, объясним нюансы изготовления и предложим наиболее подходящие конструктивные решения. Поможем составить описательную часть проекта.

Впоследствии изготовим конечному заказчику рассчитанные НКУ на нашем производственном предприятии в сжатые сроки. Действует программа стимулирования.

Поставим необходимые электромонтажные изделия, а также изготовим шкафы и щиты для энергоснабжения объекта точно в срок. Обеспечим отсутствие проблем с монтажом, подключением, сдачей в эксплуатацию и последующими проверками. Отлаженная логистика нашими силами и за наш счет.

Поставим продукцию в соответствии с требованиями службы эксплуатации точно в срок и по минимальной цене.

Обеспечим быстрое согласование заявки с вашим энергетиком.

С удовольствием участвуем во внутренних тендерах предприятий среди поставщиков для предложения наиболее правильного технического решения и оптимальной стоимости.

Отлаженная логистика нашими силами и за наш счет.

Изготовим для вас надежное изделие, которое полностью решит требуемую технологическую задачу, либо поставим необходимые комплектующие для самостоятельной сборки. Обеспечим отсутствие проблем с монтажом, подключением, сдачей в эксплуатацию и последующими проверками. Вы получите безаварийную и постоянную работу участка электроснабжения без простоев и потерь от недопроизводства.

Мы являемся официальным дистрибьютором CHINT в России, поэтому все комплектующие для сборки шкафов АВР мы получаем по оптовой цене без наценок посредников. Это позволяет нам предложить своим клиентам максимально выгодные условия.

Примеры наших проектов ВРУ:

Производственная площадка

Общая площадь производственных помещений 900 м²: сборочный цех, цех металлообработки, склад комплектующих и готовой продукции. На производстве заняты 56 мастеров и инженеров.

Кабельно-проводниковая продукция и медная шина для производства только ГОСТ.

Металлокорпуса для АВР мы изготавливаем самостоятельно из холоднокатаного листа производства НЛМК. Так мы приводим к единому стандарту все конструкции серийных распределительных шкафов из каталога.

Для производства напольных корпусов мы используем только оцинкованный металл толщиной 2 мм для большей стойкости к коррозии и жесткости каркаса. Для навесных шкафов используем холоднокатаный стальной лист толщиной 1,5 мм.

В цехе металлообработки стоит один координатно-револьверный пробивной пресс Abamet AMPe-750 и два гидравлических листогибочных пресса Abamet AMB-10031.

Сертифицированное качество

На все устройства ввода и распределения электроэнергии даём расширенную гарантию 2 года. Но реальный срок эксплуатации значительно больше — при правильном использовании изделие прослужит вам 25 лет.

У нас есть обязательный сертификат на продукцию собственного производства ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и сертификаты менеджмента качества ISO 9001:2005 / DAkkS DIN EN ISO 9001:2015. Поэтому мы так уверены в качестве своей продукции.

Остались вопросы? — Отправьте запрос на [email protected], позвоните по телефону, указанному на сайте или оформите заказ. Наши менеджеры свяжутся с Вами в кратчайшие сроки и ответят на все интересующие Вас вопросы.

Возникли сложности с выбором распределительного устройства? — обращайтесь, и мы подберем нужный вариант, ответим на вопросы и сориентируем по ценам и срокам.

Характеристики

Артикул: ВРУ-Б-(200+200)-03-12

Производитель: BONPET

тип коммутации АВР: моноблок

исполнение: напольное

количество вводов: 2

комплектующие: CHINT Electric

степень защиты корпуса: IP31

номинальный ток: 200А

Полюсы и нули в анализе переходных процессов | Блог Advanced PCB Design

Полюсы и нули помогают понять обратную связь и переходные процессы в ваших схемах.

 

Здесь мы часто обсуждаем переходные процессы, поскольку устранение переходных процессов является одним из многих важных аспектов обеспечения целостности сигнала. От звонка в линии передачи до переключения в цифровых цепях переходные процессы в любой цепи описывают поведение цепи при переходе между двумя устойчивыми состояниями равновесия. Понимание этого поведения может помочь вам определить, будет ли ваше устройство работать так, как вы предполагали, и следует ли вам принять дополнительные меры в вашей схеме, чтобы обеспечить плавный переход между различными состояниями автономной работы в вашей системе.

Анализ полюсов и нулей обеспечивает простой способ изучения поведения ваших цепей, когда они переключаются между различными состояниями автономной работы. Одним из простых примеров является переключение драйвера цифрового сигнала из состояния OFF в положение ON; управляемая схема совершает демпфированный переход от 0 В к ВЫСОКОМУ логическому уровню. Полюса и нули вашей системы хорошо описывают это поведение. В более сложных линейных схемах, управляемых сигналами произвольной формы, включая линейные схемы с обратной связью, полюса и нули дают значительный объем информации об устойчивости и реакции системы во временной области.

Сравнение Фурье-анализа и передаточных функций в области Лапласа

Когда большинство разработчиков обсуждают передаточные функции и диаграммы Боде, они на самом деле рассматривают стационарное поведение схемы. Это говорит вам о том, как различные частотные компоненты в произвольном входном сигнале воздействуют на схему после того, как все переходные характеристики затухают до нуля. Это очень легко говорит вам, как цепь влияет на фазу и амплитуду входного синусоидального сигнала и что вы будете измерять на выходе.

Однако передаточная функция в частотной области не сообщает вам, как ведут себя переходные процессы в цепи, и не сообщает вам следующую информацию:

Другими словами, работа в частотной области не показывает вам, как работает схема. совершает переход из неуправляемого состояния в управляемое состояние после того, как переходные процессы исчезли. Передаточная функция в частотной области по-прежнему чрезвычайно полезна, поскольку вы можете легко изучить, как произвольные сигналы (например, цифровые импульсы) преобразуются и искажаются схемой.

Тем не менее, проблема области Лапласа не менее важна, так как она говорит вам кое-что о стабильности. Во-первых, он показывает, как переходная характеристика затухает или растет по мере того, как система приближается к устойчивому состоянию (если оно вообще существует). Во-вторых, он хорошо показывает, стабильна ли реакция системы при наличии обратной связи. Одним из примеров являются линейные схемы управления, которым требуется обратная связь, чтобы гарантировать, что система остается управляемой в желаемом состоянии (обратите внимание, что методы возмущения становятся важными в нелинейных схемах управления).

Работа в области Лапласа

Здесь необходимо отметить, что анализ передаточной функции и анализ нулевого полюса применимы только для линейных цепей. Если в схеме есть нелинейные элементы (например, транзисторы или диоды), то можно рассматривать только приблизительную линейную характеристику, т. е. когда схема управляется низкими уровнями. Напряжение или ток u(t) в линейной цепи, управляемой вынуждающей функцией F(t), можно записать в виде линейного неоднородного дифференциального уравнения n-го порядка (показано ниже).

 

Процедура определения полюсов и нулей в области Лапласа

 

Обратите внимание, что коэффициенты в этих уравнениях являются действительными числами. Дифференциальное уравнение системы можно преобразовать в область Лапласа, применив преобразование Лапласа к каждой части уравнения. Правая часть (на 2-м шаге) может быть разложена в ряд Тейлора, если она еще не является полиномиальной функцией. В некоторых случаях вынуждающая функция F(t) может быть записана как решение собственного линейного обыкновенного дифференциального уравнения и преобразована в область Лапласа (простой пример — синусоида). В этом случае преобразование Лапласа правой части всегда будет полиномом, и разложение в ряд Тейлора не требуется.

Теперь вы можете определить передаточную функцию в терминах переменной Лапласа s. Обычно это определяется путем факторизации многочленов в числителе и знаменателе. Это показано ниже, где z относится к нулю, а p относится к полюсу.

 

Передаточная функция в области Лапласа

 

Обратите внимание, что приведенное выше уравнение определено, когда начальные условия равны нулю. Поскольку мы имеем дело с чисто линейной схемой, одно из начальных условий всегда можно установить равным нулю, применив поступательное преобразование к отклику в схеме. Оставшееся начальное условие представляет собой действительную константу, которая не зависит от s, поэтому оно объединено с полюсными членами в передаточной функции и определяет только действительную часть полюса.

Назад во временную область

Поскольку коэффициенты полиномов, определенных в числителе и знаменателе, являются комплексными, полюса и нули должны быть либо чисто действительными, либо появляться в комплексно-сопряженных парах. Если хотите, вы можете использовать передаточную функцию для определения отклика во временной области с помощью обратного преобразования Лапласа с использованием начальных условий системы. Пусть L — преобразование Лапласа. Ответ системы во временной области u(t):

 

Преобразование обратно во временную область. Обратите внимание, что ответ схемы записывается с точки зрения полюсов и нулей.

 

В случае цепи с временной или фазовой задержкой передаточная функция не является простым отношением полиномов, а обычно представляет собой экспоненциальную функцию. В передаточной функции также может появиться экспоненциальный множитель, который умножается на отношение многочленов.

Интерпретация полюсов и нулей

Итак, что на самом деле означают полюса и нули для поведения ваших цепей? Во-первых, давайте посмотрим на полюса в линейной цепи. Короче говоря, они описывают, как система реагирует на различные входные данные. Какая реакция возбуждается, зависит от вида функции принуждения и начальных условий в цепи. На приведенном ниже графике показаны некоторые примеры полюсов и то, как они связаны со стабильностью системы.

 

Интерпретация полюсов и соответствующих переходных характеристик системы во временной области

 

Полюса в левой половине графика всегда дают стабильный отклик, т. е. переходный отклик затухает до нового устойчивого состояния в системе. Мнимая часть – частота затухающих колебаний, действительная часть – постоянная затухания. Это именно тот тип поведения, который соответствует звону, то есть недодемпфированному колебанию, которое показано парами комплексно-сопряженных полюсов.

Также может иметь место критически затухающая или передемпфированная переходная характеристика, которая показана одним полюсом на действительной оси. Именно так ведут себя напряжение и ток в различных схемах демпфированного генератора, когда цифровой сигнал переключается между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Обратите внимание, что вы можете использовать комплексно-сопряженные полюса, чтобы вычислить, может ли возникнуть резонанс в этой цепи при работе на определенной синусоидальной частоте; вы также можете использовать комплексный полюс для расчета полосы пропускания вокруг резонансной частоты.

Полюса в правой части графика показывают нестабильную реакцию. Обычно это происходит при наличии линейных цепей с положительной обратной связью. В этом случае переходное колебание со временем нарастает и отклоняется от стационарного состояния. В реальной схеме возникают нелинейные эффекты, приводящие к насыщению неустойчивой реакции, или схема просто перегорает из-за экспоненциально растущего напряжения/тока в системе. Наконец, может быть чистое колебание; это произошло бы для пары комплексно-сопряженных полюсов, лежащих на мнимой оси.

Понимание нулей

Нули точно описывают то, что предполагает их название; это входные частоты, которые не вызывают отклика в схеме. На графике Боде они выглядели бы как внезапное падение до отрицательной бесконечности. Обратите внимание, что ноль на приведенном выше графике соответствует управлению постоянным током; другими словами, сигнал постоянного тока будет давать нулевую реакцию и не будет переходной реакции.

Нули, лежащие на мнимой оси, соответствуют определенным частотам, вызывающим нулевую реакцию в схеме. Напротив, нули, которые лежат на действительной оси, соответствуют реакции нуля на экспоненциально увеличивающийся или уменьшающийся ввод.

Как насчет связи и обратной связи?

Обратите внимание, что мы не рассматривали связанные уравнения с вынуждающим членом, которые обычно возникают в случае линейных цепей со сложными системами обратной связи. В линейных цепях, которые нельзя разделить на одно уравнение, лучше применять методы анализа устойчивости для неавтономных связанных линейных дифференциальных уравнений.

Нестабильность может легко возникнуть в линейной цепи при наличии обратной связи. Несмотря на то, что передаточные функции ограничиваются чисто линейными схемами, их можно использовать для проектирования линейных схем управления для нелинейной схемы, аппроксимируя реакцию нелинейной схемы вокруг желаемой точки равновесия. Обратите внимание, что это тот же подход, который используется для связанных нелинейных неавтономных систем (т. е. так называемый метод замороженных коэффициентов).

Зачем работать с полюсами и нулями?

Это справедливый вопрос; может возникнуть вопрос, почему бы вам не использовать развертку по частоте или стандартное моделирование переходной характеристики во временной области. Во-первых, развертка по частоте показывает только то, что происходит в установившемся режиме, когда система управляется разными частотами; это ничего не говорит о переходной реакции. Во-вторых, моделирование во временной области также может показать переходную характеристику, но трудно определить, может ли в цепи возникнуть резонанс. Моделирование переходных процессов должно дополнять анализ полюс-ноль; они отлично подходят для получения подробного представления о временной характеристике схемы после определения полюсов и нулей.

Если вы проектируете сложные схемы и вам необходимо быстро изучить их переходные характеристики, вы можете легко определить полюса и нули для вашей системы, используя правильный пакет программного обеспечения для проектирования и анализа печатных плат. Allegro PCB Designer и полный набор инструментов анализа Cadence упрощают определение полюсов и нулей для ваших схем и выполняют множество других анализов для изучения переходных и установившихся режимов работы.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Автоматическое проектирование цифровых синтетических генных цепей

Фигура 1.

Биологические булевы вентили.

Простой состав стандартных биологических частей позволяет создавать логические элементы с различным количеством входов. (A) Конфигурация вентиля И с двумя входами. Конститутивный промотор окружен RBS с двумя шпильками, одна из которых совпадает с рибопереключателем. Эти структуры мРНК не позволяют рибосомам связываться с RBS и представляют собой мишени для двух разных входов: химического вещества, которое связывает рибопереключатель, и малой РНК, которая комплементарна другой шпильке. Только оба входа вместе устраняют все структурные препятствия и позволяют инициировать трансляцию. Это придает конструкции общую логическую функцию И. (B) Конфигурация ворот NOR с тремя входами. RBS содержит тандемный рибопереключатель, который в основном состоянии не препятствует связыванию рибосомы. Однако, когда хотя бы один входной сигнал (химический) достигает соответствующего аптамера, рибопереключатель меняет свою конфигурацию и закрывает доступ к РБС. Кроме того, промотор контролируется репрессором. Следовательно, РНК-полимераза может начать транскрипцию только тогда, когда не синтезируется отрицательный транскрипционный фактор. В целом, этот ген производит репортерный белок только тогда, когда отсутствуют все три входа. Таким образом, он выполняет логическую операцию НЕ-ИЛИ. (C) Формальные символы стандартных биологических частей, пулов и логических вентилей, используемых повсюду.

Подробнее »

Расширять

Фигура 2.

Преобразование таблицы истинности в схему с помощью метода карты Карно.

Карту Карно можно рассматривать как частную перестановку таблицы истинности. Здесь учитываются три логические переменные (, и ). Значения записаны в строках карты Карно, тогда как значения и лежат в ее столбцах. Метод карты Карно позволяет получить как форму SOP, так и форму POS логического выражения, связанного с любой таблицей истинности. Здесь показан только расчет SOP (более подробное объяснение метода см. в тексте S1). Схема схемы проста: каждая переменная, которая инвертируется в одном или нескольких предложениях (и в примере), требует логического элемента НЕ на входном уровне. Каждое предложение соответствует вентилю И внутреннего уровня. Элемент ИЛИ на последнем уровне собирает и суммирует двоичные выходы внутренних элементов И. В примере химические вещества, sRNAs и факторы транскрипции регулируют три ворот И, которые производят уникальный тип активатора, способного контролировать конечные ворота ИЛИ.

Подробнее »

Расширять

Рисунок 3.

Рабочий процесс для проектирования цифровых генетических схем.

Общая процедура построения цифровой синтетической генной схемы начинается с автоматического проектирования сети с использованием нашего вычислительного инструмента, основанного на методе карты Карно (синие прямоугольники). Решение, обычно наименее сложное, подвергается другим симуляциям для проверки и, при необходимости, улучшения его производительности и надежности (оранжевые прямоугольники). Наконец, если (оптимизированное) решение удовлетворяет необходимым требованиям для точного воспроизведения соответствующей таблицы истинности, оно реализуется в лаборатории, в противном случае необходимо принять во внимание другое схемное решение.

Подробнее »

Расширять

Рисунок 4.

Пример схемы (тестовый случай A).

Тестовый пример A соответствует наиболее сложным логическим формулам, сгенерированным нашим инструментом. (A) Таблица истинности и карта Карно. (B) Распределение решения в соответствии с оценкой сложности. (C) Схема решения 1 – наименее сложная для тестового примера A.

Подробнее »

Расширять

Рисунок 5.

Сравнение схемы на основе РНК-интерференции с автоматически разработанной схемой.

Булева формула здесь представлена ​​как (A) как схема, предоставленная Rinaudo et al. [23] с разными миРНК и (В) как одно из решений, рассчитанных нашим инструментом с использованием двух активаторов и одной мРНК. Обратите внимание, что и соответствуют и соответственно. Пунктирные линии указывают либо на синтез белка, либо на преобразование входного сигнала в регуляторный фактор (операция НЕ). Для лучшего сравнения со схемой Ринаудо мы не включаем входной слой в (B).

Подробнее »

Расширять

Рисунок 6.

Производительность цепи.

(A) Параметры, используемые для оценки качества цифровой схемы, представлены на графике общего решения (выходные данные находятся между двумя красными линиями, выходные данные — на зеленой поверхности).