Politechnika Świętokrzyska
Laboratorium Elektrotechniki
Ćwiczenie numer: 8
Data wykonania ćwiczenia: 18.05.2015

• Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskami falowymi zachodzącymi w linii długiej przy różnych obciążeniach i różnych częstotliwościach napięcia zasilania.

• Wstęp teoretyczny:

Układ 2 równoległych, izolowanych od siebie przewodów elektrycznych, tworzących linię przesyłową symetryczną lub koncentryczną (współosiową),
o długości porównywalnej z długością fali elektromagnetycznej, rozchodzącej się wzdłuż linii (wzbudzonej przez źródło napięcia przemiennego zasilającego tę linię), lub większej od niej, i o znacznie mniejszych pozostałych wymiarach.

Ze względu na skończoną prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej, dociera ona do końca linii dopiero po pewnym czasie, zw. czasem opóźnienia t_l = l/v; (l — długość linii, v; — prędkość fali); natężenie prądu w przewodach i napięcie między przewodami linii długiej są zatem funkcjami czasu i odległości x (mierzonej od początku linii), a linia długa traktuje się zwykle jako obwód elektryczny o parametrach równomiernie rozłożonych, dostatecznie mały odcinek o długości Δx, „wycięty”
w dowolnym miejscu tej linii, reprezentuje czwórnik elektryczny zbudowany
z elementów skupionych (tj. elementów o rozmiarach znacznie mniejszych od długości fali elektromagnetycznej rozchodzącej się wzdłuż linii): RΔx, LΔx, GΔx, CΔx, gdzie R, L, G, C są odpowiednio wartościami rezystancji, indukcyjności, konduktancji
i pojemności na jednostkę długości linii długiej w punkcie odległym o x od początku linii długiej ważnym parametrem jest opór falowy. Zależnie od długości linii długiej rozróżnia się tzw. linię ćwierćfalową (l = λ/4; λ — długość fali elektromagnetycznej)
i linię półfalową (l = λ/2), wykorzystywane w budowie różnych urządzeń wielkiej częstotliwości. Linie długie znajdują zastosowanie głównie przy przesyłaniu energii
i sygnałów elektrycznych o dużej częstotliwości, między innymi w liniach telekomunikacyjnych, liniach opóźniających, antenach.

• Schemat pomiarowy i spis przyrządów

• generator funkcyjny GFG-8216A,

• model elektryczny linii długiej ze stratami,

• 2 woltomierze cyfrowe,

• przewody łączeniowe.

• Tabela pomiarowa U_we = 0,5 V f₁ = 2 kHz

x [km]	U [V]
	stan jałowy
10	0,46
20	0,416
30	0,355
40	0,29
50	0,245
60	0,247
70	0,252
80	0,246
90	0,221
100	0,172
110	0,117
120	0,077
130	0,096
140	0,146
150	0,18

• Tabela pomiarowa U_we = 0,5 V f₂ = 6 kHz

x [km]	U [V]
	stan jałowy
10	0,463
20	0,402
30	0,358
40	0,313
50	0,264
60	0,255
70	0,173
80	0,164
90	0,202
100	0,093
110	0,146
120	0,049
130	0,105
140	0,069
150	0,076

• Charakterystyki

Charakterystyka stanu jałowego

Charakterystyka stanu zwarcia

Charakterystyka stanu obciążenia L

Charakterystyka stanu obciążenia ZC

Charakterystyka stanu obciążenia C

• Tabela pomiarowa stan jałowy U_we = 0,5 V x = 70 km

f [kHz]	U [V]
0,01	0,303
0,02	0,303
0,05	0,497
0,1	0,48
0,2	0,422
0,3	0,355
0,4	0,299
0,5	0,254
0,6	0,224
0,7	0,206
0,8	0,2
0,9	0,2
1	0,212
1,5	0,277
2	0,255
2,5	0,211
3	0,215
3,5	0,24
4	0,191
4,5	0,185
5	0,204
5,5	0,157
6	0,174
6,5	0,211
7	0,204
7,5	0,165
8	0,12
8,5	0,084
9	0,05
9,5	0,027
10	0,01

Charakterystyka częstotliwości

• Wnioski:

Przeprowadzone ćwiczenie pozwoliło nam na zapoznanie się ze zjawiskami falowymi zachodzącymi w modelu linii długiej, przy różnych obciążeniach. Linię należy rozpatrywać jako obwód o parametrach rozłożonych, jeśli długość linii jest porównywalna z długością fali.

Badaliśmy napięcie linii długiej dla częstotliwości 2kHz i 6kHz. Dla każdego
z pięciu stanów: stanu jałowego, zwarcia, dopasowania fazowego, obciążenia pojemnościowego i obciążenia indukcyjnego. Wyrysowane charakterystyki pokazują, jak wraz z odległością maleje napięcie. W sposobie jego zmniejszania widać wyraźnie gwałtowne spadki i wzrosty wraz z zwiększającą się odległością, jednak w każdym przypadku najmniejsze napięcie jest na ostatnim (najdalszym) punkcie pomiarowym jest mniejsze niż na pierwszym. Być może spadek nie jest równomierny z powodu niedokładności lub błędu w pomiarach. Jest możliwość, że wynika to ze zużycia aparatury zastosowanej w ćwiczeniu.