Содержание и порядок выполнения работы

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Учебное пособие

Часть III

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2008

УДК 621.3.01(075.8)

    Н535

Одобрено

учебно-методической комиссией

энергетического факультета

Рецензенты:

А.С. Знаев, А.С. Карандаев

                                                               ©  Издательство ЮУрГУ, 2008

Лабораторная работа № 17
Цепь с распределенными параметрами

Целью работы является экспериментальное исследование распределения напряжения и тока вдоль однородной линии при различных режимах работы.

Общие сведения

При передаче энергии или сигнала на расстояния, соизмеримые с длиной волны , необходимо учитывать, что электрическая емкость, индуктивность и сопротивление распределены по всей длине цепи. В связи с этим используют погонные параметры цепи: индуктивность L₀ ; емкость С₀ ; активное сопротивления R₀ ; активная проводимость утечки G₀ . Линии, в которых погонные параметры сохраняются неизменными по длине линии, называются однородными. На рис. 17.1 показан участок линии.

Задача изучения электромагнитных процессов в цепях с распределенными параметрами упрощается, если считать линию идеальной, т. е. не имеющей потерь (R0 = G0 = 0).
	Рис. 17.1

Напряжения и токи в длинной линии без потерь при установившемся синусоидальном режиме работы связаны уравнения:

+ ; + .

Здесь ,  комплексные действующие значения напряжения, тока в конце

линии;  – коэффициент фазы, рад/км,  – волновое сопротивление; ,  комплексные действующие значения напряжения, тока на расстоянии  от конца линии (рис. 17.2). Распределения действующих

Рис. 17.2

значений напряжения  в линии зависит от нагрузки линии:

· при холостом ходе ;

· при коротком замыкании ;

· при согласованной нагрузке : .

Графики  в режимах холостого хода, короткого замыкания и согласованной нагрузки показаны на рис. 17.3.

Рис. 17.3

При холостом ходе и коротком замыкании в линии возникает режим стоячих волн. Точки, в которых напряжение равно нулю, называют узлами. Точки, в которых напряжение максимально, называют пучностями.

Режим работы линии, при котором сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии, называется натуральным.

Полагая в уравнениях линии , получаем

+ , + .

Эти уравнения представляют собой уравнения симметричного четырехполюсника в А-параметрах: , , .

Разделив линию на отрезки равной длины и заменив каждый отрезок симметричным четырехполюсником, можно создать модель линии.

В лабораторной работе десятью П-образными четырехполюсниками (звеньями) моделируется коаксиальная кабельная линия длиной l =10 км. Погонные параметры кабельной линии:  0,25 ,  0,09 . Потерями в кабеле можно пренебречь R₀ = G₀ = 0.

Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Измерительные приборы расположены в блоке МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ. Модель линии представлена модулем ЦЕПЬ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.

· Собрать электрическую цепь по схеме на рис. 1П протокола измерений.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Записать заданную преподавателем частоту f в протокол измерений. Рекомендуемые значения частоты f от 12 до 16 кГц.

· Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.

· Установить регулятор Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОРв положение 0. Включить тумблер Сеть. Переключатель Форма установить в положение . Регулятором Частота установить на выходе модуля заданную частоту f.

· Подключить вольтметр PV блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ к клеммам U_вх модуля ЦЕПЬ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ. Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить напряжение = 7 В.

· Холостой ход. Поочередно подключая вольтметр PV блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ к клеммам 0 км, 1 км, … 10 км измерить распределение напряжения  вдоль модели линии в режиме холостого хода. Измеренные значения занести в табл. 1П протокола измерений. Указанный порядок применять в других режимах.

· Короткое замыкание. Закоротить клеммы Z_C. Измерить распределение напряжения  вдоль модели линии в режиме короткого замыкания и занести значения в табл. 1П. Измерить и записать в протокол входное напряжение источника .

· Натуральный режим. Подключить к клеммам Z_C волновое сопротивление линии. Для этого рекомендуется из блока МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВдва резистора по 100 Ом соединить параллельно. Измерить распределение напряжения  вдоль модели линии в режиме близком к натуральному. Измеренные значения занести в табл. 1П.

· Разомкнуть клеммы Z_C и подключить к ним вольтметр PV блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ. Установить регулятор Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОРв положение 0.

· Регулятором Частота, установить на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР частоту . Регулятором Амплитуда модуля установить на клеммах Z_C напряжение = 5…7 В.

· Подключить вольтметр PV блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ к клемме U₁ (клемма 10 км) модуля ЦЕПЬ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ. Убедиться, что напряжение @ 0.

· Измерить распределение напряжения  вдоль модели линии в режиме холостого хода четверть волновой линии. Измеренные значения занести в табл. 1П.

· Протокол измерений утвердить у преподавателя.

· Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.