Материал: mulp (1)

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Скорость распространения электромагнитной волны определяется

как

от волнового, то в месте присоединения нагрузки возникают отражения. Итак, в линии без потерь напряжение и ток могут быть представлены как сумма и как разность двух волн, движущихся с одинаковой ско-

ростью (формула (20.5)) в противоположных направлениях без изменения их формы. При этом в любой точке линии отношение напряжения

итока для прямой и обратной волны равно волновому сопротивлению.

Впредельном случае, когда линия на конце разомкнута, падающая волна встречает бесконечно большое сопротивление, ток в конце линии обращается в нуль. Напряжение на разомкнутом конце линии удваивается, и возникает отраженная волна напряжения того же знака, что и падающая. Когда отраженная волна достигает начала линии, она опять отражается с коэффициентом отражения равным –1 (т.к. сопротивление

источника ЭДС ничтожно мало). Через время, равное времени 3tЗад, отраженная волна достигает конца линии, в результате чего суммарное напряжение в конце линии будет равно нулю.

Вслучае замыкания накоротко конца линии падающая волна встречает сопротивление, равное нулю, напряжение в конце линии обращается в нуль, а ток в конце линии удваивается. При этом возникает отраженная волна, знак которой противоположен знаку падающей волны.

Втех режимах работы линии, когда отсутствует передача энергии от источника к приемнику, в результате наложения двух бегущих в противоположные стороны волн одинаковой амплитуды образуются стоячие волны. Расстояние между соседними пучностями тока (напряжения) составляют половину длины волны, а пучности тока сдвинуты относи-

тельно пучностей напряжения на 4 (иными словами, совпадают с уз-

лами напряжения и наоборот).

В частности, в режиме короткого замыкания U2=0 и ток I(x) I2к cos x , т.е. в конце линии существует пучность тока и узел на-

пряжения. В режиме холостого хода, наоборот, в конце линии существует узел тока (I2=0) и пучность напряжения; при этом

121

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

расстоянии 4 от конца линии. При чисто реактивной нагрузке с сопротивлением 0 x2 пучности тока и напряжения смещаются от конца линии, причем смещение определяется отношением x2 ZВ .

Если нагрузка на конце линии имеет активную составляющую, то узловые точки на линии отсутствуют, однако результирующие напряжения и токи по-прежнему распределяются волнообразно вдоль всей линии, образуя бегущие волны.

Т.к. волновое сопротивление является чисто активным, то при согласованной нагрузке (ZН=ZВ) изменяются только фазы тока и напряжения вдоль линии, а амплитуды остаются неизменными.

Схема электрической цепи

Соберите исследуемую схему линии без потерь (рис. 20.3), выбрав необходимый блок длинной линии согласно варианту (рис. 20.2).

Рис. 20.2

Частоту источника ЭДС установить равной f = 106 Гц. На вход подается напряжение синусоидальной формы U1 = 220 В. Рассчитать вторичный параметр ZB по уравнению (20.3), приняв значение первичных параметров согласно табл. 20.1.

122

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Рис. 20.3

Таблица 20.1

Подготовка к работе

Проработав теоретический материал, ответить на вопросы.

1.Какие параметры линии с распределенными параметрами являются первичными, а какие – вторичными?

2.Что представляет собой линия без искажений? Что представляет собой линия без потерь?

3.Зависит ли волновое сопротивление линии от ее длины?

4.В каком случае в линии возникают отражения?

5.Записать уравнения линии без потерь для режимов холостого хода, короткого замыкания, и согласованной нагрузки.

6.Поясните физический смысл коэффициентов распространения,

j .

7.Как подсчитывается волновое сопротивление линии без потерь? Почему оно называется волновым?

8.В каких случаях в линии без потерь наблюдаются стоячие волны? И какой вид для этих случаев имеют графики распределения действующих значений токов вдоль линии? Изобразить.

9.Какие волны существуют в режиме согласованной нагрузки? Какой вид для этого случая имеет график распределения действующих значений тока вдоль линии без потерь?

123

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Программа работы

1.Открыть файл «Длинные линии». В появившемся окне выбрать

«Use».

2.Переключатели [1] установить в исходное состояние согласно схеме рис. 20.3. Величину сопротивления нагрузки линии принять равной значению волнового сопротивления (20.3).

3.Определить по формуле (20.5) фазовую скорость (скорость рас-

пространения волны), а затем рассчитать время задержки сигнала tзад по формуле (20.6).

4.Убедиться по осциллограммам входного и выходного напряжений линии при согласованной нагрузке, что фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями при длине линии, кратной длине волны, отсутствует. Для этого необходимо использовать меню диалогового окна команды Transient Analysis (рис. 11.5) по пути Analysis <

Transient. Время начала расчёта TSTART установить равным нулю,

авремя окончания TSTOP рассчитать по формуле 3tЗад.

5.По формуле (20.2) рассчитать коэффициент фазы β, а затем по формуле (20.4) определить длину волны λ. Напряжение на выходе линии появиться с запозданием на некоторое время. Измерить время задержки и сравнить, его с расчетным значением. Для этого необходимо переместить первый визир курсором мыши, установив курсор на верхний треугольник визира и протянув его при нажатой левой кнопке мыши. Параметр x1 и будет соответствовать времени задержки (рис. 20.4).

6.Исследовать режим холостого хода. Снять осциллограмму напряжений вначале и в конце линии, установив параметр TSTOP равным

7tЗад.7. Исследовать режим бегущей волны. Для этого в схеме рис. 20.3 изменить блок dl на dl_beg под номером заданного варианта (рис. 20.5). Значения первичных параметров соответствуют данным табл. 20.1. Длина линии l=100 м. Снять осциллограмму входного и выходного напряжений. При этом установить параметр TSTOP равным 3tЗад. Аналогично п. 5 определить tЗад, соответствующее новой длине линии.

124

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Рис. 20.4

Рис. 20.5

125