Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам - 2 (Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам), страница 5
Описание файла
Файл "Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам - 2" внутри архива находится в папке "Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам". Документ из архива "Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "теория электрических цепей (тэц)" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве НГТУ. Не смотря на прямую связь этого архива с НГТУ, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам - 2"
Текст 5 страницы из документа "Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам - 2"
2. Ввести исходные данные условной линии, в качестве которых принять данные своего варианта курсовой работы:
– волновое сопротивление Rс, Ом;
– частоту f, Мгц;
– относительную длину линии l0 = l/.
В дальнейшем анализе будут приняты обозначения: c – скорость электромагнитной волны в вакууме; ky – коэффициент укорочения волны (для простоты здесь принято ky = 1); = c/f – длина волны;
= 2/ – коэффициент фазы (в радианах); – коэффициент отражения волны.
Поскольку в лабораторной работе не задается величина входного напряжения линии, в расчетных формулах произвольно принимается I2П = 0.02 А – ток прямобегущей волны в сечении нагрузки; тогда напряжение прямобегущей волны U2П = RсI2П.
3. Исследовать режим смешанных волн.
3.1. Поочередно устанавливая сопротивления нагрузки: а) Zн = Rн +
+ jXн – комплексное сопротивление (из задания на курсовую работу); б) резистивные сопротивления Zн = 2Rс и Zн = 0.5 Rс, получить на экране монитора графики распределения действующих значений напряжения U(x) и тока I(x) вдоль отрезка однородной линии без потерь при заданной нагрузке. Отсчет координаты «x » здесь и в дальнейшем ведется в метрах от конца линии к началу. Записать максимальное и минимальное значения напряжения, а также – координаты xmax и xmin ближайших к началу координат максимума и минимума напряжения.
3.2. По результатам исследования вычислить модуль и аргумент коэффициента отражения волны, а также комплексное сопротивление нагрузки. Сравнить результаты вычислений с исходными данными (вычисленные величины для отличия их от исходных данных снабдить каким-либо индексом или штрихом).
3.3. Построить графики распределения вещественной R(x) и мнимой X(x) составляющих сопротивления вдоль той же линии и при тех же сопротивлениях нагрузки.
3.4. Все материалы раздела скопировать на личную дискету.
4. Исследовать режимы стоячих волн.
Поочередно устанавливая сопротивления нагрузки Zн = , Zн = 0, Zн = j Xн, Zн = – j Xн (Xн – мнимая часть исходного Zн), повторить все наблюдения и возможные вычисления, как в предыдущем пункте, изменив, соответственно, заглавия подпунктов. Результаты скопировать на личную дискету.
5. Исследовать режим бегущих волн (режим согласованной нагрузки). Установить Zн = Rс. Построить и проанализировать графики распределения напряжения, тока и сопротивления. Сделать заключение об особенностях этого режима. Результаты скопировать на личную дискету.
Методические указания и рекомендации
Для линий с пренебрежимо малыми потерями коэффициент ослабления можно принять практически равным нулю, тогда коэффициент распространения
= j
и основные уравнения линии преобразуются к виду
где x отсчитывается от конца линии (от нагрузки).
Для случаев холостого хода (I2 = 0) и короткого замыкания (U2 = 0) эти уравнения упрощаются и для модулей действующих значений имеют вид
UХ (x) = U2 cos x, Uк (x) = Rc I2 sin x ,
IХ (x) = sin x, Iк (x) = I2 cos x.
Эти уравнения легко представить в виде графиков, где x может измеряться в метрах или в долях длины волны λ. Так же просто можно выразить входные сопротивления:
Легко видеть, что входные сопротивления в этих предельных режимах являются чисто реактивными, причем на протяжении первой четверти длины волны Zвх х носит емкостный, а Zвх к – индуктивный характер.
Для режимов произвольной нагрузки зависимости модулей напряжения и тока, а также вещественной и мнимой составляющих входного сопротивления удобно выразить через модуль коэффициента отражения волны ρ. Именно в таком виде эти зависимости и используются
в настоящей лабораторной работе:
где U2п и I2п – модули прямых волн напряжения и тока в сечении нагрузки;
Количественная оценка степени согласования нагрузки с линией осуществляется с помощью коэффициента бегущей волны:
откуда можно выразить модуль ρ:
Аргумент коэффициента отражения волны измеряется в радианах.
Kбв = 1 соответствует бегущим волнам, Kбв = 0 – стоячим волнам.
Рассматривая кривые распределения модулей напряжения и тока, а также входных сопротивлений вдоль линии без потерь (рис. 20.1, а и б), можно заметить:
– максимумы и минимумы напряжений (токов) отстоят друг от друга на четверть длины волны (на );
– при холостом ходе и резистивной нагрузке первые экстремальные значения модулей напряжения и тока приходятся на конец линии
(х = 0);
– при комплексном сопротивлении нагрузки экстремальные значения смещаются на некоторое расстояние xmax или xmin;
– мнимая часть входного сопротивления линии через каждую четверть длины волны обращается в нуль, что означает, что в линии существуют «резонансные сечения ». На эти же сечения приходятся и экстремумы кривых распределения модулей напряжения и тока.
а | б |
Рис. 20.1 |
По экспериментальным данным можно зафиксировать экстремальные значения, например, модуля напряжения и расстояния между ними, а также расстояние до ближайшего к нагрузке максимума или минимума кривой. Это позволяет использовать линию без потерь (с пренебрежимо малыми потерями) в качестве измерительной линии для измерений сопротивлений в диапазоне ультракоротких волн.
В лабораторной работе (в виртуальном эксперименте) по полученным графикам можно определить:
– длину волны (следовательно, и частоту источника);
– модуль коэффициента отражения волны
– аргумент коэффициента отражения волны:
если первым от нагрузки следует максимум напряжения, то
= 2xmax;
если первым от нагрузки следует минимум напряжения, то
= 2(xmin ) = 2xmin ;
– комплексное сопротивление нагрузки
Программа домашней подготовки
к выполнению работы
По учебным пособиям и конспекту лекций изучить тему «Линия без потерь». Приготовить дискету и принести ее на лабораторное занятие. Из методического пособия по курсовой работе выписать данные своего варианта (эти же данные имеются на стенде по курсовому проектированию).
Контрольные вопросы
1. Дайте определение цепи с распределенными параметрами.
2. Каковы особенности линии без потерь?
3. При каких условиях в длинной линии возникают стоячие волны?
4. Передается ли энергия в линии без потерь, замкнутой на реактивное сопротивление?
5. Укажите особенности первичных и вторичных параметров линии без потерь в сравнении с таковыми для линии с потерями.
6. При каких условиях в линии существуют бегущие волны?
7. В чем заключаются смысл и способы согласования нагрузки
с линией?
8. На каком расстоянии друг от друга в долях длины волны располагаются соседние максимумы напряжения или тока в режимах стоячих или смешанных волн?
9. Каково расстояние в долях длины волны между максимумом и минимумом напряжения (тока) в режиме стоячих или смешанных волн?
10. Какой характер имеют входные сопротивления при смешанных волнах в точках максимума или минимума напряжений (токов)?
11. Однородная линия имеет параметры R0 = 5 Ом/км, С0 =
= 5·103 мкФ/км, G0 = 10 –6 См/км. При какой индуктивности в линии отсутствовали бы искажения?
Ответ: L0 = 25 мГн/км.
12. Определить, на каком минимальном расстоянии l должна быть закорочена линия без потерь с волновым сопротивлением Rс, чтобы ее входное сопротивление стало равным jRс. Длина волны в линии .
Ответ: l = λ/8.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Попов В. П. Основы теории цепей: Учебник. 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1998 (или 1-е изд., 1985 г.).
2. Веселовский О. Н., Браславский Л. М. Основы электротехники и электротехнические устройства радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Высшая школа, 1977.
3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. – 8-е изд. – М.: Высшая школа, 1984 (или 9-е изд. – М.: Высшая школа, 1996 и 10-е изд. – М.: Гардарики, 1999).
4. Матханов П. Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. – 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1990.
5. Лосев А. К. Теория линейных электрических цепей. – М.: Высшая школа, 1987.
Дополнительная (по применению пакета Mathсad)
6. Бидасюк Ф. Ю. Mathsoft® Mathcad 11. Самоучитель: – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 224 с.: ил.
7. Плис А. И., Сливина Н. А. Mathcad 2000. – Математический практикум для экономистов и инженеров: Учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2000. – 656 с.
8. Херхагер М., Партоль Х. Mathcad 2000: полное руководство / Пер. с нем. – Киев: Ирина, 2000.
-
Макаров Е. М. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. – СПб.: Питер, 2003. – 448 с.: ил.
10. Дьяконов В. П. Справочник по Mathсad Plus 7 Pro. – М.: СК Пресс, 1998.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Введение 4
Лабораторная работа № 1. Изучение источников питания и основных
измерительных приборов лаборатории основ теории цепей 10