Носов Г.В., Макенова Н.А., Канев Ф.Ю. Компьютерное исследование длинных линий и электромагнитного поля

Подождите немного. Документ загружается.

В результате эксперимента вы должны получить изображение, по-

добное приведенному на рис. А1.3, где помещено распределение тока в

линии без потерь. Далее необходимо выбрать следующий параметр

(снова обращение к меню

View) и повторить операции, необходимы для

получения его распределения. Полученные результаты могут быть со-

хранены в файле. Необходимо перечертить график или списать значе-

ния тока, напряжения и мощности для различных координат x.

Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретический материал по цепям с распределенными пара-

метрами в установившемся режиме, ответить на контрольные вопро-

сы, ознакомиться с программой расчета и анализа линий на ЭВМ.

Для исследования установившегося режима в длинной линии вы-

звать соответствующую программу расчета (используя основное ме-

ню или обратившись непосредственно к исполняемому файлу

line2.exe).

По согласованию с преподавателем ввести параметры линии и запи-

сать значения

00 0 0 2 2

,, ,,,, , ,





LGCl U Z I в табл. А1.1 (для линии

без потерь

0, 0



RG).

Перемещая блок приборов вдоль линии от 0 до l в табл. А1.1 запи-

сать значения x, U, I и P в установившемся режиме (х отсчитывается

от нагрузки, снимается около 20 точек).

Таблица А1.1

00 0 0

Ом 1

Гн Ф

... ; ... ; ... ; ... ; ... Ом

км км

км Ом км

   



RL G С Z

0

















50,

2



U I P U I P U I P U I P U I P U I P U I P

км В А Вт В А Вт В А Вт В А Вт В А Вт В А Вт В А Вт

5. По результатам п.4 в отчете построить совмещенными графики U(x),

I(x), P(x).

Рассчитать

, V,



и для одного из значений x вычислить IU



, и Р,

которые сравнить с полученными на ЭВМ значениями.

Проанализировать полученные результаты сформулировать выводы

по работе.

РАБОТА №А2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

В ПЕРЕХОДНОМ РЕЖИМЕ

[1:20.121.9; 2:11.112.15]

Цель работы

Исследовать по специальной программе на ЭВМ переходный ре-

жим однородной двухпроводной линии при различных параметрах ли-

нии и нагрузки.

Подготовка к работе

Необходимо проработать теоретический материал и знать следую-

щие понятия: скорость распространения волны, отраженная и падаю-

щая волны, частотный метод расчета, коэффициент отражения по

току, коэффициент отражения по напряжению, запаздывание волн,

режим холостого хода, режим короткого замыкания.

Контрольные вопросы

1. Укажите вопрос, на который можно дать положительный ответ.

1.1.

Можно ли сказать, что в режиме холостого хода отсутствуют

отраженные волны?

1.2.

Можно ли сказать, что в режиме короткого замыкания отсут-

ствуют падающие волны?

1.3.

Можно ли сказать, что в режиме согласованной нагрузки от-

сутствуют отраженные волны?

Укажите вопрос, на который можно дать отрицательный ответ.

2.1.

Можно ли сказать, что при стоячих волнах энергия не переда-

ется вдоль линии?

2.2.

Можно ли сказать, что у стоячей волны напряжения узлы сов-

падают с узлами стоячей волны тока?

2.3.

Является ли стоячая волна результатом наложения падающих

и отраженных волн одинаковой амплитуды?

Укажите вопрос, на который можно дать положительный ответ.

3.1.

Можно ли сказать, что отраженные волны напряжения и тока

распространяются с фазовой скоростью от начала линии к кон-

цу?

3.2.

Можно ли сказать, что падающие волны напряжения и тока

распространяются с фазовой скоростью от начала линии к

концу, отраженные с той же скоростью – от конца к началу?

3.3.

Можно ли сказать, что падающие волны напряжения и тока

распространяются от конца линии к ее началу?

4. Укажите вопрос, на который можно дать отрицательный ответ.

4.1.

Можно ли сказать, что в режиме холостого хода в конце линии

коэффициент отражения для напряжения равен единице?

4.2.

Можно ли сказать, что в режиме согласованной нагрузки в

конце линии коэффициент отражения для напряжения равен

единице?

4.3.

Можно ли сказать, что в режиме короткого замыкания в конце

линии коэффициент отражения для тока равен единице?

Программа расчета и анализа переходного режима

Настоящая лабораторная работа выполняется с использованием

компьютерной программы, предназначенной для расчета переходного

режима длинной линии (исполняемый файл

trans2.exe). Программа на-

писана на языке Visual C++ и построена как однодокументное прило-

жения на основе приведенных выше математических моделей.

Как и в предыдущей работе после вызова программы на дисплей

выводится основное окно интерфейса данной лабораторной работы

(рис. А2.1). Здесь приводятся параметры генератора и нагрузки, а так же

импульсы напряжения и тока, вычисленные

в начале линии. Вычисле-

ния выполняются с заданными «по умолчанию» параметрами (t

–время

пробега волн от начала линии до точки x).

Подготовка к работе

Параметры можно изменить, для этого используется специальный

диалог, приводимый на рис. А2.2. Вызов диалога выполняется через ме-

ню

Parameters, команда Initial Parameters.

Пользователю предоставляется возможность задать параметры им-

пульса, распространяющегося в линии (амплитуду напряжения

U и

число полуволн напряжения, составляющих импульс). Амплитуда вво-

дится в соответствующее окно диалога, для задания числа полуволн ис-

пользуется движок, расположенный под рисунком, показывающим

форму импульса. В диалоге также задаются параметры линии (сопро-

тивление, проводимость, емкость и индуктивность на единицу длины),

ее длина и параметры нагрузки.

Рис. А2.1. Главное окно интерфейса программы расчета переходных процес-

сов в линии

Рис. А2.2. Диалог задания начальных параметров

Координата x, в которой вычисляются токи и напряжения задаются

в верхней части основного окна программы (найдите обозначение «x =»

и пользуйтесь расположенной рядом кнопкой со стрелками). Задав ко-

ординату, нажмите кнопку

PULSE, на экран будет выведено распреде-

ление напряжения (верхняя половина экрана) и тока (нижняя половина)

в линии. Обычно при выполнении работы данная операция (вычисление

формы импульса) повторяется несколько раз. На рис. А2.3 приведены

примеры импульсов напряжения в различных точках линии.

Параметры линии:

Параметры генератора и нагрузки:

Рис. А2.3. Последовательность импульсов в линии

Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретический материал по цепям с распределенными пара-

метрами в переходном режиме, познакомиться с программой расчета

и анализа линий на ЭВМ.

Для исследования переходного режима в длинной линии вызвать со-

ответствующую программу расчета (файл

trans2.exe) и ответить на

контрольные вопросы.

По согласованию с преподавателем ввести параметры линии, нагруз-

ки и импульса и записать их.

Варьируя координату x получить последовательность импульсов на-

пряжения и тока в линии, зарисовать их изображения в тетрадь. У

Вас должны получиться рисунки, подобные рис. А2.3.

Увеличить потери в линии, получить последовательность импульсов.

Уменьшить потери в линии, получить последовательность импуль-

сов.

Получить последовательность импульсов в линии без потерь.

Во всех выполненных численных экспериментах оценить пример-

ную скорость распространения волн



Проанализировать полученные результаты, обратив внимание на

форму импульсов, амплитуды напряжения и тока, скорость распро-

странения. Сравнить особенности переходных процессов в линии с

потерями и без потерь. Сформулировать выводы по работе.

Приложение В.

РАБОТА № В1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

МНОГОПРОВОДНОЙ ЛИНИИ

[3: 19.119.49; 4: 26.127.12; 5: 6.16.15, 7.17.7]

Цель работы

П остроить на экране компьютера картину плоскопараллельного

электростатического поля многопроводной линии, рассчитать потенци-

альные коэффициенты, коэффициенты электростатической индукции

(емкостные коэффициенты) и частичные емкости параллельных цилин-

дрических проводов с учетом влияния проводящей поверхности (зем-

ли).

Подготовка к работе

Необходимо проработать теоретический материал и знать сле-

дующие понятия: электростатическое поле, напряженность поля, по-

тенциал поля, силовая линия, линия равного потенциала, граничные ус-

ловия, нормальные и касательные составляющие векторов на границе

раздела сред, потенциальные коэффициенты, емкостные коэффициен-

ты, частичные емкости.

Контрольные вопросы

1. Укажите вопрос, на который можно дать отрицательный ответ.

1.1.

Можно ли сказать, что напряженность – это векторная величи-

на, являющаяся силовой характеристикой электростатического

поля?

1.2.

Является ли линия напряженности линией электростатического

поля, в каждой точке которой напряженность постоянна?

1.3.

Является ли потенциал скалярной характеристикой поля, опре-

деляемой с точностью до постоянной?

1.4.

Можно ли сказать, что линия равного потенциала – это линия

поля, в каждой точке которой потенциал постоянен?

Укажите вопрос, на который можно дать положительный ответ.

2.1.

Замкнуты ли линии напряженности электростатического поля?

2.2.

Можно ли сказать, что линии равного потенциала начинаются

на положительных зарядах и заканчиваются на отрицатель-

ных?

2.3.

Являются ли линии равного потенциала перпендикулярными

относительно проводящей поверхности?

2.4.

Можно ли сказать, что линии напряженности и равного потен-

циала перпендикулярны между собой?

Укажите вопрос, на который можно дать отрицательный ответ.

3.1.

Можно ли сказать, что на границе двух диэлектриков равны

касательные составляющие векторов напряженности?

3.2.

Является ли безвихревым электростатическое поле?

3.3.

Является ли в проводнике потенциал постоянным, а напряжен-

ность равной нулю?

3.4.

Можно ли сказать, что на границе двух диэлектриков равны

касательные составляющие векторов электрической индукции?

Укажите вопрос, на который можно дать положительный ответ.

4.1. Можно ли сказать, что вектор электрической индукции равен

поверхностной плотности заряда и параллелен границе разде-

ла?

4.2.

Всегда ли положительны потенциальные коэффициенты?

4.3.

Всегда ли отрицательны емкостные коэффициенты?

4.4.

Можно ли сказать, что собственные частичные емкости равны

емкостным коэффициентам с обратным знаком?

Программа расчета и анализа электростатиче-

ского поля многопроводной линии

Для исследования электростатического поля многопроводной ли-

нии используется специальная компьютерная модель, обращение к ко-

торой осуществляется через исполняемый файл

field.exe.

Программа позволяет рассчитать по заданным геометрическим

размерам и потенциалам проводов линейные плотности зарядов прово-

дов, потенциальные и емкостные коэффициенты, частичные емкости, а

также потенциалы в различных точках поля для одно-, двух– или трех-

проводной линии с учетом влияния проводящей плоскости (земли).

При начальном обращении к исполняемому файлу на экран выво

дится заставка, активизация самой программы осуществляется при на-

жатии кнопки

Начать работу на панели инструментов. При этом на

дисплее появляется основное окно интерфейса, в котором видны прово-

да линии с заданными по умолчанию координатами.

Вызов диалога для ввода параметров линии осуществляется через

кнопку меню

Трехпроводная линия командой Параметры ли-

нии

. Обращение к меню показано на рис. В1.1.

Рис. В1.1. Вызов диалога, предназначенного для задания параметров линии

Задание параметров линии, соответствующих выбранному варианту

осуществляется в опции диалоговом окне, показанном на рис. В1.2.

Рис. В1.2. Задание размера и положения провода

В первом столбце (

Первый провод) таблицы, включенной в диалог,

вводятся

координаты X и Y первого провода, его потенциал Pt. Во

втором и третьем столбцах

– параметры второго (Второй провод)

и третьего (Третий провод) проводов. Ниже в отдельном текстовом

окне

Радиус проводов печатается радиус, являющийся одинаковым

для всех трех

проводов. Последняя строка в диалоге это Коорди-

наты заданной точки

N, в которой на экран выводится потенциал по-

ля

. Клавиша Отмена отменяет заданные в диалоге параметры, возвра-

щая линию к исходному варианту, нажатием на

OK данные вводятся в

модель.

Электростатическое поле линии обычно изучается в плоскости

1010 метров, но заданные по умолчанию размеры области можно из-

менить с использованием диалога, показанного на рис. В1.3, в котором

задается минимальная и максимальная координата поля зрения. Вызов

его осуществляется через меню

Вид, командой Размер рабочего окна.

Рис.В1.3. Диалог для задания поля зрения

Для каждой конфигурации линии и потенциалов проводов в моде-

ли вычисляются потенциальные и емкостные коэффициенты, линейные

плотности зарядов, собственные и взаимные емкости проводов, а также

проводимости и токи утечки, энергия, мощность и потенциал заданной

точки. Вызов диалоговых окон для расчета вышеперечисленных пара-

метров осуществляется командой

Коэффициенты и параметры поля

(рис. В1.4).

Рис.В1.4. Вызов диалога для расчета коэффициентов поля

В зависимости от выбранной опции можно получить рассчитан-

ную таблицу с коэффициентами командой меню

Таблица коэффици-

ентов (рис. В1.5) или рассчитанные параметры поля и линии командой

меню

Параметры поля и линии (рис. В1.6).

Рис. В1.5. Вычисление параметров, необходимых для решения задачи