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.