Анализ цепей синусоидального тока Метод законов Кирхгофа Векторные диаграммы Резонанс в электрических цепях Топологические методы расчета Расчет сложных трехфазных цепей Теория нелинейных цепей Уравнения Максвелла

Электротехника. Расчет электрических цепей в задачах курсового расчетах

Линия с распределенными параметрами в различных режимах

Расчет токов и напряжений в линии с распределенными параметрами при произвольной нагрузке  на основе совместного решения полученных ранее комплексных уравнений. Уравнения режима линии дополняются уравнениями закона Ома для начала и конца линии:

   

 

  Схемы замещения пассивного четырехполюсника Ранее было установлено, что любой пассивный четырехполюсник однозначно характеризуется тремя независимыми коэффициентами.

где Z1 - входное сопротивление линии при заданной нагрузке:

Выбор алгоритма расчета определяется конкретными условиями задачи. Рассмотрим характерные режимы линии, представляющие теоретический интерес.

1.Режим холостого хода .

В режиме холостого хода ; , следовательно уравнения линии получат укороченный вид:

Входное сопротивление линии в режиме холостого хода:

.

2.Режим короткого замыкания .

В режиме короткого замыкания ,, следовательно уравнения линии получат указанный вид:

Входное сопротивление линии в режиме короткого замыкания:

.

Совместно выполненные опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют экспериментально определить сначала вторичные параметры линии (и), а затем и первичные (R0, L0, G0, C0).

Входные сопротивления линии и экспериментально измеряются по схеме трех приборов (амперметра, вольтметра и фазометра), как .

Вторичные параметры линии (ZC и g) находятся из совместного решения уравнений для и:

  ; 

Первичные параметры линии (R0, L0, G0, C0) определяются из совместного решения уравнений для и:

  ,

Решая совместно эти уравнения, получим:

  , .

3.Режим согласованной нагрузки .

В режиме согласованной нагрузки входное сопротивление линии равно:

.

Исследуем волновые процессы в линии:

В режиме согласованной нагрузки в линии отсутствуют отраженные волны напряжения и тока. Вся энергия, доставляемая падающей волной в конец линии полностью потребляется нагрузкой, при этом передаваемая приемнику активная мощность имеет максимальное значение:

.

Мощность источника энергии: .

Коэффициент полезного действия: .

Если сопротивление нагрузки несогласованно с волновым сопротивлением линии , то часть энергии, доставляемой падающей волной, отражается и возвращается генератору в виде отраженных волн напряжения и тока.

В линиях связи отраженные волны ухудшают качество основного сигнала (снижается разборчивость речи, четкость изображения и др.). Все линии связи работают в режиме, близком к согласованному. При различии сопротивлений нагрузки и линии принимаются специальные технические меры для их согласования.

В линиях электропередачи согласование режима не требуется, так как в них основным критерием является передача энергии с наименьшими потерями.

6. Линия с распределенными параметрами без искажений

Сигналы, передаваемые по линиям связи, являются несинусоидальными функциями времени и состоят из суммы гармоник различных частот. Если в линии созданы неодинаковые условия для различных гармоник, то в конце линии гармонический состав сигнала будет отличаться от гармонического состава этого же сигнала в начале линии, т.е. сигнал будет искажен. Для линий связи очень важным условием является создание такого режима работы, при котором отсутствовало бы искажение сигнала.

Различают два вида искажений сигнала амплитудные и фазовые. Амплитудные искажения имеют место в том случае, когда коэффициент затухания α зависит от частоты, при этом амплитуды отдельных гармоник затухают с неодинаковой скоростью, что приводит к искажению формы сигнала. Фазовые искажения возникают в том случае, когда фазовая скорость υ зависит от частоты, при этом происходит сдвиг отдельных гармоник по фазе, что приводит к искажению формы сигнала. Итак, искажение сигнала будет отсутствовать при постоянстве двух параметров: α = const, υ = const.

Вторичные параметры линии  и  зависят от частоты, что в общем случае создает в линии неодинаковые условия для прохождения волн напряжения и тока различных частот и такая линия является искажающей.

Отсутствие искажений в линии наблюдается только при определенном соотношении между ее первичными параметрами.

  или 

При соблюдении этого условия получим:

- волновое сопротивление линии является чисто активным и не зависит от частоты;

где - коэффициент затухания не зависит от частоты,  - коэффициент  фазы, - фазовая скорость не зависит от частоты.

В реальных кабельных линиях связи соотношение между первичными параметрами , так как вследствие совершенства изоляции активная проводимость G0 очень мала. Режим без искажений может быть получен искусственно путем включения в рассечку линии через определенные интервалы дополнительных катушек индуктивности Lд из условия . Однако с увеличением эквивалентной индуктивности   снижается фазовая скорость υ, в результате чего увеличивается общее время прохождения сигнала Т, которое по техническим нормам не должно превышать определенную величину.

Реальные линии связи в своем большинстве являются искажающими, а искажения сигналов на приемных концах линии устраняются с помощью специальных корректирующих устройств.


Методы расчета электрических полей постоянного тока