Pll-Synchronisation - Sonel PQM-702 Bedienungsanleitung

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wurde ein 16-Bit-Analog-Digital-Wandler, der ein 64-faches Oversampling gewährleistet.
Die analoge 3-dB-Dämpfung der Wege wurde für eine Frequenz von 20 kHz bestimmt, der
Amplitudenfehler für die maximale brauchbare Frequenz 3kHz (also die Frequenz der 50. Ober-
wellen für ein 60 Hz-Netzwerk) hingegen beträgt ca. 0,1 dB. Die Phasenverschiebung für dieselbe
Frequenz ist geringer als 15°. Die Sperrdämpfung beträgt mehr als 75 dB.
Beachten Sie, dass für eine korrekte Messung der Phasenverschiebung zwischen den Ober-
wellen der Spannung im Bezug auf die Oberwellen des Stromes und der Leistung dieser Oberwel-
len ist die absolute Phasenverschiebung im Bezug auf die Bildfrequenz nicht wichtig, sondern die
Übereinstimmung der Phasencharakteristiken der Spannungswege mit den Stromwegen. Der
größte Fehler der Phasendifferenz beträgt für f = 3 kHz max. 15°. Der Fehler wird geringer, wenn
die für uns interessante Frequenz sinkt. Bei der Fehlereinschätzung der Messung der Leistung
der Oberwellen, muss der zusätzliche Fehler, den die Verwendeten Stromzangen und Wandler
einführen.
3.5

PLL-Synchronisation

Die Synchronisation der Abtastungsfrequenz wurde über die Hardware realisiert. Das Span-
nungssignal wird nach Durchlaufen der Eingangskreise auf den Bandpassfilter gerichtet, deren
Aufgabe es ist die Stufe der Oberwellen zu verringern und nur die Grundkomponente der Span-
nung durchzulassen. Danach wird das Signal in die Kreise der Phasenschleife als Referenzsignal
eingeführt. Das PLL-System generiert eine Frequenz, die ein Vielfaches der Referenzfrequenz,
die zur Taktierung der Analog-Digital-Wandlers notwendig ist.
Die Notwendigkeit der Verwendung einer Phasenschleife ergibt sich aus den Anforderungen
der Norm PN-EN 61000-4-7, die die Prüf- und Messverfahren und die zulässigen Fehler bei der
Messung der Komponenten der Oberwellen beschreibt. Diese Norm verlangt, dass das Messfens-
ter, das die Grundlage einer Messung und Bewertung des Inhalts der Oberwellen ist, entsprach
der Laufzeit von 10 Perioden des energetischen Netzwerks in 50 Hz-Installationen, und 12 Perio-
den für 60 Hz. In beiden Fällen entspricht dies einer Zeit von ca. 200 ms. Da die Frequenz des
Stromnetzes regelmäßigen Änderungen und Schwankungen unterliegen kann, kann die Laufzeit
des Fensters von 200 ms abweichen und z.B. für eine Netzfrequenz von 51 Hz, wird sie ca.
196 ms betragen.
Die Norm empfiehlt auch, dass bevor die Fourier-Transformation eingeführt wird (um die
spektralen Komponenten auszusondern), keine Windowing-Vorgänge vorgenommen werden. Ei-
ne Mangelnde Synchronisation der Frequenz und das Zulassen einer Situation, in der Proben ei-
ner unvollständigen Periodenzahl FFT-Transformationen unterzogen würden, können zur Lecka-
ge des Spektrums führen. Dieses Phänomen hat zur Folge, das das Band der Oberwellen durch
mehrere benachbarte Bänder der Interharmonischen verwischt wird, was zu Datenverlust über die
tatsächliche Höhe und Leistung des geprüften Bandes. Es wurde die Möglichkeit der Verwendung
eines Fensters (Hann-Fenster) zugelassen, das die negativen Auswirkungen der spektralen Le-
ckage reduziert, aber dies ist auf die Situationen beschränkt, in denen die PLL-Schleife die Syn-
chronisierung verloren hat.
Die Norm PN-EN 61000-4-7 spezifiziert die angeforderte Genauigkeit des Synchronisations-
blocks. Dies ist wie folgt ausgedrückt: die Zeit zwischen der steigenden ersten Abtastimpuls und
(M+1)-dieses Impulses (wobei M die Anzahl der Proben innerhalb des Messfensters ist) sollte der
Laufzeit der angegebenen Anzahl der Perioden innerhalb des Fensters (10 oder 12) mit einer ma-
ximalen Fehlergrenze von ± 0,03% entsprechen. Um dies auf einfache Weise zu erklären, be-
trachten wir das folgende Beispiel. Indem eine Frequenz von 50 Hz angenommen wird, beträgt
das Messfenster 200 ms. Wenn der erste Abtastimpuls im Moment t = 0 erscheint, wird der erste
Abtastimpuls des nächsten Messfensters im Moment t = 200±0,06 ms erscheinen. Diese ± 60 µs
sind die zulässige Abweichung von der Abtastflanke. Die Norm definiert auch den minimalen Fre-
quenzbereich, bei denen die obige Genauigkeit des Synchronisierungssystems eingehalten wer-
den sollte und als ±5% der Nennfrequenz bestimmt wird, also 47,5...52,5 Hz und 57...63 Hz ent-
sprechend für 50 Hz- und 60 Hz-Netze.
Ein weiteres Problem ist der Bereich der Werte der Eingangsspannung, unter der der PLL-
Kreis korrekt funktionieren wird. Die Norm 61000-4-7 gibt hier keine spezifische Anleitung oder
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