Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

лабораторные ТЛЭЦ / ТЛЭЦ линии

.doc
Скачиваний:
40
Добавлен:
18.03.2016
Размер:
123.9 Кб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(УрГУПС)

Прямая соединительная линия 1

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

М.С. Мухамедзянов

И.В. Хрипунова

Методическое пособие

по лабораторной работе №5

по курсу «Теория электрических цепей»

«Определение волновых и первичных параметров однородной линии»

Екатеринбург

2012

Лабораторная работа №5

Определение волновых и первичных параметров однородной линии

Цель работы

Исследование первичных и вторичных параметров однородной линии.

Содержание работы

  1. Определение первичных параметров однородной линии по результатам измерений сопротивлений холостого хода и короткого замыкания;

  2. Расчет вторичных параметров и собственного затухания линии;

  3. Экспериментальная проверка собственного затухания линии;

  4. Измерение входного сопротивления линии.

Краткие сведения из теории

Электрические свойства линий, предназначенных для передачи сигналов, характеризуются первичными параметрами. Первичные параметры определяются физическими свойствами цепи; они зависят от материалов и конструктивных размеров линии, а также от частоты передаваемых сигналов и имеют следующие обозначения:

R – активное сопротивление проводов одного километра линии, Ом/км;

L – индуктивность одного километра длины линии, Гн/км;

C – емкость между проводами на один километр длины линии, Ф/км;

G – проводимость изоляции между проводами цепи одного километра длины линии, См/км.

Если материалы и диаметр проводов цепи, а также расстояние между проводами и тип изоляции на всем протяжении цепи не изменяются, то первичные параметры цепи остаются постоянными для данной частоты и такая цепь называется однородной.

Для электрических цепей с распределенными параметрами характерным является волновой процесс распространения электромагнитной энергии вдоль цепи. Волновые свойства цепи характеризуются ее вторичными или волновыми параметрами: волновым сопротивлением Zв и коэффициентом распространения волны:

, (1)

где - километрический коэффициент затухания, Нп/км;

- километрический коэффициент фазы, рад/км.

Коэффициент распространения волны является величиной комплексной.

Между первичными и волновыми параметрами однородной линии существует следующая связь:

, Ом (2)

, 1/км (3)

Волновые и первичные параметры однородной линии удобно определять по величинам входных сопротивлений холостого хода и короткого замыкания . Значения входных сопротивлений холостого хода и короткого замыкания определяют экспериментально. Соотношения между напряжениями и токами в начале и в конце линии определяются основными уравнениями:

, (4)

, (5)

Входное сопротивление в общем случае при произвольной нагрузке равно:

, (6)

где - длина однородной линии.

Так при холостом ходе:

, (7)

а при коротком замыкании:

, (8)

То волновое сопротивление можно вычислить как:

, (9)

Из соотношений (7) и (8) можно получить формулу:

, (10)

Параметр можно определить, выполнив следующие операции:

, (11)

Приравняв правые части выражений (10) и (11) получим:

, (12)

Решив уравнение (11) относительно определяем величину коэффициента распространения волны:

, (13)

, (14)

, (15)

Пользуясь формулой (13) определяем:

, Нп/км (16)

, рад/км (17)

Если линия нагружена на сопротивление, равное волновому , то ее собственное затухание пропорционально длине линии и равно:

, дБ (18)

где (дБ/км).

А входное сопротивление равно волновому сопротивлению линии (Ом).

Первичные параметры линии вычисляются после определения волновых параметров, пользуясь соотношениями:

, (19)

, (20)

Следовательно, из (19) получаем:

, (21)

, (22)

Аналогично, из (20) получаем:

, (23)

, (24)

Порядок выполнения работы

  1. Подключить приборы (генератор, вольтметр) к соответствующим клеммам блока измерений.

  2. Задать выбранный режим на выходе искусственной линии (холостой ход или короткое замыкание).

  3. Включить питание приборов. Установить на выходе генератора частоту 500 ÷ 3000 Гц, выходное сопротивление генератора 600 Ом, напряжение 1 ÷ 5 В.

  4. Подключить искусственную линию к мостовой схеме измерений (гнезда ), а магазин сопротивлений на гнездо блока измерений.

  5. Измерить входное сопротивление искусственной линии методом сравнения, изложенным в приложении 1.

  6. Вычислить величины волнового сопротивления и гиперболический тангенс распространения волны . Определить значения километрических коэффициентов затухания ,фазы и коэффициент распространения волны по соотношениям (10 ÷ 13).

  7. Вычислить первичные параметры линии R,L,C,G, пользуясь выражениями (21 ÷ 24).

  8. Для тех же значений частоты измерить модуль входного сопротивления линии и собственное затухание линии при согласованной нагрузке.

  9. Определить входное сопротивление линии при несогласованной нагрузке для одной из заданных частот.

  10. Экспериментально проверить расчет входного сопротивления для заданной нагрузки.

  11. Построить графики зависимостей затухания и волнового сопротивления линии от частоты.

  12. Результаты измерений свести в таблицы 2.1 ÷ 2.5.

Таблица 2.1- Измерение входных сопротивлений линии в режимах холостого хода и короткого замыкания

f, Гц

, Ом

, Ом

Таблица 2.2 – Результаты расчета волновых параметров линии.

f, Гц

, Нп/км

, рад/км

, 1/км

, Ом

Таблица 2.3 – Расчет первичных параметров линии.

f, Гц

R, Ом/км

L, Гн/км

G, См/км

C, Ф/км

Таблица 2.4 – Измерение входного сопротивления линии при: 1) ; 2) .

f, Гц

, Ом

f, Гц

, Ом

Таблица 2.5 – Измерение собственного затухания линии в режиме ,

,дБ

f, Гц

, дБ

, дБ

, дБ

Содержание отчета

  1. Схема измерений и .

  2. Расчет волновых параметров линии.

  3. Расчет первичных параметров линии.

  4. Схема измерения волнового сопротивления линии.

  5. Схема измерения собственного затухания линии.

  6. Расчет входного сопротивления линии при несогласованной нагрузке.

  7. Результаты измерений и расчетов свести в таблицы.

  8. Графики зависимости затухания и волнового сопротивления линии от частоты (по расчетам и измерениям).

Контрольные вопросы

  1. Каков физический смысл коэффициентов и ?

  2. Что такое волновое сопротивление однородной линии?

  3. От каких факторов зависят первичные параметры однородной линии?

  4. Связь между волновыми и первичными параметрами линии?

  5. При каких условиях входное сопротивление линии равно ее волновому сопротивлению?

  6. Как изменяется входное сопротивление линии в зависимости от нагрузки?