POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA |
||
LABORATORIUM WYSOKONAPIĘCIOWE |
||
Numer ćwiczenia:
9 |
Temat ćwiczenia:
Przebiegi falowe w liniach długich.
|
Zespół 3:
1. Synal Ilona 2. Staciwa Krzysztof 3. Przeździk Łukasz 4. Tarach Adam 5. Topór Grzegorz. |
Data wykonania: 14.03.2006 |
Data oddania: 21.03.2006 |
Ocena:
|
1. Przejście fali na inną impedancję falową
W ćwiczeniu wykonujemy pomiary wykorzystując model linii długiej złożonej z elementów L i C. Model ten stanowi linię długą o impedancji Z1. Parametry badanego modelu, określane zresztą w czasie ćwiczeń, odpowiadają hipotetycznej linii długiej nie mającej odzwierciedlenia w rzeczywistym układzie linii przesyłowej. Dla linii bez strat (o parametrach jednostkowych L i C) impedancja falowa jest liczbą rzeczywistą i może być zastąpiona przez rezystancję. W ćwiczeniu wykorzystano ten fakt zastępując linię Z2 rezystorem o regulowanej wartości rezystancji.
1.1. Przebieg pomiarów:
Wysokość fali padającej dobieramy tak, aby na ekranie oscyloskopu można
było zmieścić falę padającą i odbitą w przypadku otwartego krańca linii (Z2 = ∞).
Pomiary rozpoczynamy dla linii zwartej (Z2 = 0), a następnie kolejno zwiększamy
wartość Z2, aż do nieskończoności (kraniec rozwarty). Przy ustawieniu Z1 = Z2 występuje tzw. dopasowanie, które oznacza brak fali odbitej od krańca linii Z1. Wówczas na ekranie oscyloskopu Os2 będzie widoczna na ekranie fala przepuszczona równa padającej. Pomiar Z2 (R2) pozwala na wyznaczenie nieznanej impedancji Z1. Należy zwrócić uwagę, że początek fali odbitej jest przesunięty względem początku fali padającej o czas przebiegu fali po linii tam i z powrotem - rejestruje to oscyloskop Os1.
1.2. Schemat pomiarowy:
Rys. 11. Schemat układu do badania przebiegów falowych: G - generator impulsów prostokątnych, R - rezystor dopasowujący, Z1- impedancja falowa modelu linii LC, Z2 = R2 - impedancja (rezystor reprezentujący impedancję falową linii Z2), Os1, Os2 - oscyloskopy.
Odczytujemy z oscyloskopu (w mm) amplitudę fali padającej, odbitej i przepuszczonej wiedząc, że suma fal padającej i odbitej daje falę przepuszczoną
u1'+ u1'' =u2'
Obliczamy współczynniki odbicia i przepuszczania fali dla różnych wartości impedancji falowych linii Z2 według wzorów:
α=
β=
1.3. Tabela pomiarowa.
Lp. |
Z2 |
Fala padająca u1' |
Fala odbita u1'' |
Fala przepuszczona u2' |
Współczynnik |
|
|
[Ω] |
[mm] |
[mm] |
[mm] |
β |
α |
1 |
0 |
20 |
-20 |
0 |
-1 |
0 |
2 |
2 |
20 |
-10 |
10 |
-0,4 |
0,5 |
3 |
4 |
20 |
-4 |
16 |
-0,2 |
0,8 |
4 |
6 |
20 |
0 |
20 |
0 |
1 |
5 |
8 |
20 |
4 |
24 |
0,2 |
1,2 |
6 |
10 |
20 |
6 |
26 |
0,3 |
1,3 |
7 |
∞ |
20 |
20 |
40 |
1 |
2 |
2. Trafienie fali na kondensator równoległy
2.1. Schemat układu
Rys. 12. Schemat układu do badania wpływu pojemności równoległej na zjawiska falowe:
C2 - kondensator dekadowy, G - generator impulsów prostokątnych, R - rezystor dopasowujący, Z1- impedancja
falowa modelu linii LC, Z2 = R2 - impedancja (rezystor reprezentujący impedancję falową linii Z2), Os1, Os2 - oscyloskopy
Pomiary wykonujemy przy dopasowaniu impedancji falowych linii, tzn. dla przypadku Z1=Z2. Do punktu węzłowego dwóch linii przyłączamy kondensator dekadowy C2. Dla różnych wartości pojemności obserwujemy przebiegi napięcia na oscyloskopach Os1 i Os2.
W ćwiczeniu należy, dla kilku wybranych pojemności, zmierzyć stałą czasową ładowania kondensatora bezpośrednio na ekranie oscyloskopu. Dla przypomnienia - stałą czasową wyznacza czas potrzebny do naładowania kondensatora do wartości 0,63*Umax.
Dla tych samych pojemności liczymy stałą czasową korzystając z zależności:
τ = C2*
τ = 
C2* 
dla 
2.2. Tabela Pomiarowa:
Lp. |
C2 |
Stała czasowa τ |
|
|
[µF] |
Zmierzona [µs] |
Obliczona [µs] |
1 |
0,02 |
50 |
60 |
2 |
0,04 |
110 |
120 |
3 |
0,06 |
160 |
180 |
4 |
0.08 |
240 |
240 |
3. Trafienie fali na indukcyjność szeregową
3.1. Schemat układu
Rys. 13. Schemat układu do badania wpływu indukcyjności szeregowej na zjawiska
falowe: L2 - indukcyjność dekadowa (pozostałe oznaczenia jak na rysunku 11)
3.2. Przebieg pomiarów
Indukcyjność dekadową L2 włączamy pomiędzy dwie linie Z1 i Z2, przy czym
ustawiamy Z2 = Z1 (stan dopasowania).
W ćwiczeniu należy przeprowadzić obserwację wpływu indukcyjności na stromość fali przepuszczonej (oscyloskop Os2). Podobnie jak w punkcie poprzednim należy pomierzyć i obliczyć stałą czasową dla kilku wybranych indukcyjności.
Obliczenia przeprowadzić korzystając z wzoru
τ = 
, τ = 
, dla 
3.3. Tabela pomiarowa:
Lp. |
L2 |
Stała czasowa τ |
|
|
[H] |
Zmierzona [µs] |
Obliczona [µs] |
1 |
0.1 |
4 |
8,3 |
2 |
0.3 |
20 |
25 |
3 |
0.5 |
40 |
41,7 |
4 |
0.8 |
60 |
66,7 |
4. Opracowanie wyników pomiaru, obliczenia:
Przejście fali na inną impedancję falową:
Impedancja falowa linii Z1 wynosi: Z1=6 kΩ
Czas przebiegu fali przez linie Z1 w jedna stronę wynosi t=25µs
Długość linii Z1 obliczamy ze wzoru:
l= 
v- prędkość fali, przyjmujemy prędkość światła v= 300m/µs f- częstotliwość fali
f=
=
=40000 Hz=40 kHz l=
7.5 km
Parametry jednostkowe: Co i Lo wynoszą:
Co=
=
5,5 nF Lo=
=
Trafienie fali na kondensator równoległy
Obliczanie stałe czasowej τ ładowania kondensatora:
τ = C2*
τ = 
C2* 
dla 
np. dla pomiaru 1 C2=0,02 µF, 
=6kΩ
τ = 
* 0,02 µF*6kΩ= 60µs
Trafienie fali na indukcyjność szeregową
Obliczanie stałe czasowej τ dla indukcyjności:
τ = 
, τ = 
, dla 
np. dla pomiaru 1 L =0,1 H, 
=6kΩ
τ = 
=
Wnioski
Fale o czole prostokątnym są najbardziej niekorzystne z punktu widzenia zagrożeń dla izolacji, lecz są one wykorzystywane w analizie zjawisk falowych ze względu na nieograniczoną stromość. Fala taka określona jest przez amplitudę (u1'= U1') i ma stałą wartość. Fale padające o innych kształtach można przedstawić przy pomocy sumy fal prostokątnych przesuniętych w fazie korzystając z zasady superpozycji. W przypadku fal prostokątnych o skończonym czasie trwania (tzw. fal samotnych) można rozpatrywać dwie fale o przeciwnych biegunowościach i przesunięte w fazie względem siebie, czas trwania takiej fali wynosi Δt i związany jest z jej długością Δx i prędkością v przez zależność: Δx= v * Δt. Przebieg czasowy fali przepuszczonej ma taką samą postać dla kondensatora (pojemności) jak i cewki (indukcyjności). Dla linii z indukcyjnością pomiędzy punktami, w które jest włączona indukcyjność występuje napięcie, które maleje w czasie do zera. Podczas przejścia fali o czole prostokątnym na inną impedancję falową możemy wyróżnić następujące fale: fale padające, biegnące w przód, fale odbite od punktu nieciągłości biegnące wstecz oraz fale przechodzące na inną impedancję -fale przepuszczone.
Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że pojemność równoległa jak również indukcyjność szeregowa łagodzi stromość czoła fali wędrownej. Dla indukcyjności funkcję tą spełniają dławiki przeciwprzepięciowe. Przy falach o krótkim czasie trwania możliwe jest również zmniejszenie ich wartości szczytowej.
Stałe czasowe obliczone przez nas różnią się nieznacznie od stałych zmierzonych. Błąd ten spowodowany jest niedokładnym odczytem z oscyloskopu.
Wyszukiwarka