1. Cel i zakres ćwiczenia:



Celem ćwiczenia było zapoznanie się z modelem linii długiej i zjawiskami w niej
zachodzących oraz wyznaczenie współczynników przejścia i odbicia metodą
doświadczalną dla sygnałów przepięciowych przy zmiennych parametrach linii długiej.

2. Opis sposobu wykonywania ćwiczenia:



Połączyliśmy układ według Rys. 2.



Kanał A oscyloskopu mierzy wartość amplitudy fali dochodzącej do linii długiej,
natomiast kanał B oscyloskopu mierzy wartość amplitudy fali: w pierwszym przypadku w
punkcie B, w drugim przypadku w punkcie C, linii długiej.



Zmieniając wartości elementów nastawnych (Z

1

, Z

2

, L, C) odczytywaliśmy wartość

amplitudy fali z oscyloskopu.

3. Schematy układów pomiarowych:

Rys.1. Model linii długiej

POLITECHNIKA

WROCŁAWSKA

Instytut

Podstaw Elektrotechniki i

Elektrotechnologii

Skład grupy:

Paweł Małyszka
Szymon Ostrysz

Przemysław Miszczyk

Jakub Misterkiewicz

Damian Młynarczyk

Wydział Elektryczny

Rok: 2014

Grupa: 22

Rok Akadem.: 2013/2011

LABORATORIUM WYSOKICH NAPIĘĆ

Data ćwiczenia:

17.03.2014

Temat:

Badania przebiegów falowych w układach

modelowych

Ocena:

Nr ćwiczenia: 2

POPRAWIONE

Z

o

=70Ω

Z

1

Z

2

L

C

Gen

Oscyloskop

Rys. 2 Schemat układu pomiarowego

4. Spis urządzeń i przyrządów pomiarowych:

Urządzenie

Nr inwent.

Oscyloskop Tektronix TPS 2024

019/I-7/664-1/T/1176

Model linii długiej

019/I-7/664-1/T/859

Układ modelowy stacji elektroenergetycznej 019/I-7/664-1/T/860

5. Tabele pomiarowe:

Tabela 1. Pomiar amplitudy fali udarowej, czas opóźnienia fali. Długość linii Z

0

.

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 70 Ω
L=0H
C=0F



V=272mV



t=108 ns

l=16,2m

Przykładowe obliczenia:
∆t = t = 108ns = 0,108µs
v = 1,5∙10

8 𝑚

𝑠

l=

1

2

c∙t=1,5∙10

8𝑚

𝑠

∙108∙10

-9

s=16,2m

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 100 Ω
L=0H
C=0F



V= 306 mV

Teoretyczna:

Obliczona:

02



= 1,17

02



=1,26

02



= 0,18

02



=-0,26

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

u

2

`=283,1mV

u

2

`=306mV



Wartość teoretyczna:

2

1

2

02

2

Z

Z

Z







1

100

70

100

2

02

















,17

18

,

0

0

2

0

2

02









Z

Z

Z

Z



u

2

`=

02



∙ u

1

`= 1,17 ∙ 242 = 283,13 mV

u

1

``=

02



∙ u

1

`= 0,18 ∙ 242 = 43,56 mV



Wartość wyznaczona doświadczalnie (obliczona):

u

2

`=306 mV

26

,

1

242

306

'

'

1

2

02







mV

mV

u

u





+β=1 => β= -0,26

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 490 Ω
L=0H
C=0F



V= 464mV

Teoretyczna:

Obliczona:

02



= 1,75

02



=1,45

02



= 0,75

02



=-0,45

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

u

2

`=560mV

u

2

`=464mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

75

,

0

75

,

1

2

2

0

0

2

02

2

0

2

02















Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z





u

2

`=

02



∙ u

1

`= 560 mV

u

1

``=

02



∙ u

1

`= 240 mV

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 40 Ω
L=0H
C=0F



V= 192 mV

Teoretyczna:

Obliczona:

02



= 0,73

02



=0,92

02



= -0,27

02



=0,08

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

u

2

`=151,8mV

u

2

`=192 mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

27

,

0

73

,

0

2

2

0

0

2

02

2

0

2

02

















Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z





u

2

`=

02



∙ u

1

`= 151,8mV

u

1

``=

02



∙ u

1

`= -56,16mV

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 20 Ω
L=0H
C=0F



V= 118 mV

Teoretyczna:

Obliczona:

02



= 0,44

02



=0,57

02



= -0,56

02



=0,43

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

u

2

`=91,52 mV

u

2

`=118 mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

56

,

0

44

,

0

2

2

0

0

2

02

2

0

2

02

















Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z





u

2

`=

02



∙ u

1

`= 91,52 mV

u

1

``=

02



∙ u

1

`= -116,48 mV

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 70 Ω
L=0H
C=0F



V= 256mV

Teoretyczna:

Obliczona:

02



= 0,99

02



=1,23

02



= 0,01

02



=-0,23

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

u

2

`=205,9 mV

u

2

`= 256 mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

01

,

0

99

,

0

2

2

0

0

2

02

2

0

2

02















Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z





u

2

`=

02



∙ u

1

`= 205,9mV

u

1

``=

02



∙ u

1

`= 2,08mV

Parametry modelu

Szukane wartości

Z1= 70Ω
Z2= 70 Ω
L=20µH
C=0F



V= 268mV

Teoretyczna:

Obliczona:

02



= 1

02



=1,29

02



= 0

02



=-0,29

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

u

2

`=208 mV

u

2

`= 268 mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

0

1

2

2

0

0

2

02

2

0

2

02















Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z





u

2

`=

02



∙ u

1

`= 208mV

u

1

``=

02



∙ u

1

`= 0mV

Parametry modelu

Porównanie wartości obliczonej z
wartością odczytaną z oscyloskopu

Z1= 500Ω
Z0=70 Ω
Z2= 2000 Ω
L= 0H
C= 0F

u

2i odczyt

= 124mV

u

2i obl

=

104,22mV

u

2ii odczyt

= 216mV

u

2ii obl

=

177,02mV

u

2iii odczyt

= 280mV

u

2iii obl

=

227,82mV

u

2∞odczyt

= 428 mV

u

2∞obl

=

345,6mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

93

,

0

75

,

0

93

,

1

2

25

,

0

2

2

0

0

2

02

0

1

0

1

01

2

0

2

02

0

1

0

10





























Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z









mV

u

u

mV

u

u

mV

u

u

i

i

i

i

i

22

,

50

22

,

104

54

'

0

02

''

0

'

0

02

'

2

'

1

10

'

0

























mV

u

u

mV

u

u

m

u

u

ii

ii

ii

ii

i

ii

1

,

35

8

,

72

V

37,7

'

0

02

''

0

'

0

02

'

2

''

0

01

'

0

























mV

u

u

mV

u

u

mV

u

u

iii

iii

iii

iii

ii

iii

5

,

24

8

,

50

3

,

26

'

0

02

''

0

'

0

02

''

2

''

0

01

''

0

























mV

u

u

6

,

345

10

216

2000

500

2000

2

3

'

1

12

2























Parametry modelu

Porównanie wartości obliczonych z
wartościami odczytanymi z oscyloskopu

Z1= 10Ω
Z0=70 Ω
Z2= 2000 Ω
L= 0H
C= 0F

u

2i odczyt

= 840 mV

u

2i obl

=

729,54mV

u

2ii odczyt

= 376mV

u

2ii obl

=

220,8 mV

u

2iii odczyt

= 624mV

u

2iiiobl

=

575.9 mV

u

2∞ odczyt

= 536mV

u

2∞obl

=

429,8 mV



Obliczenie współczynników przejścia i odbicia:

Wartość teoretyczna

93

,

0

75

,

0

93

,

1

2

75

,

1

2

2

0

0

2

02

0

1

0

1

01

2

0

2

02

0

1

0

10































Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z









mV

u

u

mV

u

u

i

i

i

54

,

729

378

'

0

02

'

2

'

1

10

'

0

















mV

u

u

i

i

5

,

351

'

0

02

''

0









mV

u

u

mV

u

u

m

u

u

ii

ii

ii

ii

i

ii

2

,

245

7

,

508

V

263,6

'

0

02

''

0

'

0

02

'

2

''

0

01

'

0































mV

u

u

mV

u

u

mV

u

u

iii

iii

iii

iii

ii

iii

1

,

171

1

,

355

184

'

0

02

''

0

'

0

02

'

2

''

0

01

'

0

























mV

u

u

8

,

429

10

216

2000

10

2000

2

3

'

1

12

2























6. Wnioski:

6.1Po wykonaniu pomiaru amplitudy oraz opóźnienia czasowego sygnału określiliśmy długość linii
jako 16,2 m przy zadanych parametrach układu tj. Z

1

= Z

0

= Z

2

= 70



.

6.2Fala postępująca przy przejściu z linii o impedancji Z

1

=70



do linii Z

2

=70



zachowuje się tak,

jakby nie była odbita od węzła. I nie jest tłumiona. Gdy fala przechodzi z linii o niższej impedancji
(kablowa) do linii o wyższej impedancji (napowietrzna) wówczas występuje niekorzystny skok
napięcia, co może spowodować przebicie izolacji transformatora dlatego należy stosować
ograniczniki przepięć.

6.3Po natrafieniu fali na cewkę odnotowaliśmy dużą wartość napięcia czoła fali odbitej, które wraz z
upływem czasu maleje.Biorąc pod uwagę wpływ indukcyjności i pojemności skupionych włączonych
do linii długiej możemy wywnioskować, iż cewka włączona szeregowo pełni role dławika, czyli
łagodzi wartość czoła fali przepięciowej tak jak i włączony równolegle kondensator z tą tylko różnica
ze dla cewki fala odbita ma wartość dodatnia, a dla kondensatora ujemna, co wynika z własności
fizycznych obu elementów.

6.4 Moc fali napięciowej zależy od kwadratu napięcia, zatem przy skoku napięcia moc gwałtownie
rośnie. Natomiast energia fali napięciowej jest mała co jest związane z tym, iż czas trwania
przepięcia jest bardzo krótki, rzędu 100µs.