новая папка / (2) Петросян, Кантерина Лаб 2
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ЭТПТ
отчет
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Силовая импульсная техника»
Тема: Электромагнитные процессы в формирующем двухполюснике 1-го рода
Студент гр. 5401 |
|
Петросян П.Е. |
Преподаватель |
|
Вавилов А.В. |
Санкт-Петербург
2019
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ЭТПТ
отчет
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Силовая импульсная техника»
Тема: Электромагнитные процессы в формирующем двухполюснике 1-го рода
Студентка гр. 5402 |
|
Кантерина Н.А. |
Преподаватель |
|
Вавилов А.В. |
Санкт-Петербург
2019
Задание к лабораторной работе
1. Постройте принципиальную схему 5-звенного формирующего двухполюсника (далее ФД) 1-го рода в окне редактора схем.
2. ФД нагружен на линейную активную нагрузку R1 = 1 Ом. Амплитуда импульса тока в нагрузке I = 500 А, длительность импульса 1 мс. Рассчитайте значения емкостей и индуктивностей ФД, определите напряжение источника питания.
3. Введите номинальные значения элементов схемы ФД согласно рассчитанным значениям. Постройте временные зависимости:
- токов в индуктивностях ФД (на одном графике);
- напряжений на конденсаторах (на одном графике);
- тока в нагрузке.
4. Постройте в окне редактора схем еще два ФД 1-го рода с тремя и четырьмя звеньями на основе уже существующей схемы. Постройте на одном графике временные диаграммы тока в нагрузке каждого ФД.
5. Внесите активное сопротивление ячейки Rя = 0,5 Ом. Постройте временные диаграммы тока в нагрузке для ФД с потерями и без потерь (на одном графике).
6. Отключите нагрузку и замкните зажимы ФД накоротко. Постройте временные зависимости:
- токов в индуктивностях ФД;
- напряжений на конденсаторах ФД.
7. В ФД без потерь постройте временные зависимости энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = , R = 0,5, R = 0,75, R = 1,25 и R = 1,5. Постройте график влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке.
8. Объясните полученные зависимости.
Выполнение работы
1. Построение принципиальной схемы пятизвенного ФД 1-го рода в окне редактора схем, с помощью программного обеспечения Micro-Cap 9. Принципиальная схема показана на рисунке 1, где R1 – активная нагрузка, V1 – источник питания 1000 В, L1...5 – индуктивности, C1...5 – конденсаторы.
Рисунок 1 – Схема пятизвенного ФД 1-го рода
2. ФД нагружен на активную нагрузку R1 = 1 Ом. Амплитуда импульса тока в нагрузке I = 500 А, длительность импульса 1 мс.
Расчет значений емкостей и индуктивностей ФД проводится по формуле (1) и (2) соответственно:
, (1)
где Lk – индуктивность k - ой ячейки;
ρ – волновое сопротивление цепи;
τ – длительность импульса.
, (2)
где Ck – емкость k - ой ячейки;
τ – длительность импульса;
k – номер ячейки;
ρ – волновое сопротивление цепи.
Результаты расчета:
Lk = 0,25 мГн;
С1 = 0,41 мФ;
С2 = 0,045 мФ;
С3 = 0,0162 мФ;
С4 = 0,0083 мФ;
С5 = 0,005 мФ.
Расчет напряжения источника питания проводится по формуле (3):
, (3)
где U – напряжение источника;
I – ток нагрузки;
R – сопротивление нагрузки;
ρ – волновое сопротивление цепи.
Результаты расчета:
U = 1000 В.
3. Построение временных зависимостей:
- токов в индуктивностях ФД (рисунок 2);
- напряжений на конденсаторах (рисунок 3);
- тока в нагрузке (рисунок 4).
Рисунок 2 – Временные зависимости токов в индуктивностях ФД
Рисунок 3 – Временные зависимости напряжений на конденсаторах ФД
Рисунок 4 – Временная зависимость тока нагрузки
4. Построение в окне редактора схем ФД 1-го рода с тремя и четырьмя звеньями (рисунки 5, а и 5, б), где
- R3 и R2 – активные нагрузки;
- V7 и V6 – источники питания;
- L6...12 – индуктивности;
- C6...12 – конденсаторы.
На рисунке 6 представлены временные диаграммы тока в нагрузке каждого ФД.
Рисунок 5, а – Схема ФД с тремя звеньями
Рисунок 5, б – Схема ФД с четырьмя звеньями
Рисунок 6 – Временные диаграммы токов нагрузки каждого ФД
5. Внесение активного сопротивления ячейки Rя = 0,05 Ом. На рисунке 7, а 7, б представлены схемы ФД с учетом активного сопротивления ячейки и без.
Рисунок 7, а – Схема ФД 1-ого рода без учета активного сопротивления ячейки
Рисунок 7, б – Схема ФД 1-ого рода с учетом активного сопротивления ячейки
На рисунке 8 представлены временные диаграммы тока в нагрузке с потерями и без потерь.
Рисунок 8 – Временные диаграммы тока в нагрузке с учетом и без учета потерь
6. Временные зависимости при замкнутых накоротко зажимах ФД (рисунок 9):
- токов в индуктивностях ФД (рисунок 10);
- напряжений на конденсаторах ФД (рисунок 11).
Рисунок 9 – Схема ФД 1-ого рода при замкнутых накоротко зажимах
Рисунок 10 – Временные зависимости токов в индуктивностях при замкнутых накоротко зажимах ФД
Рисунок 11 – Временные зависимости напряжения на конденсаторах при замкнутых накоротко зажимах ФД
7. Построение временных зависимостей энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = , R = 0,5, R = 0,75, R = 1,25 и R = 1,5. Поскольку = 1 Ом, то R1 = 1 Ом, R16 = 0,5 Ом, R17 = 0,75 Ом, R18 = 1,25 Ом, R19 = 1,5 Ом . Зависимости представлены на рисунке 11
Рисунок 11 – График зависимостей энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса
Построение графика влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке, производится по зависимости (4):
, (4)
где Wн – энергия, выделяемая в нагрузке;
Wнс – энергия, выделяемая в согласованной нагрузке; R – сопротивление нагрузки;
ρ – волновое сопротивление цепи.
Значения для построения графика занесены в таблицу 1, сам график представлен на рисунке 12.
Таблица 1 – Значения для построения графика рассогласования
R/ρ |
0,00 |
0,25 |
0,50 |
0,75 |
1,00 |
1,50 |
2,00 |
2,50 |
3,00 |
Wн/Wнс |
0,00 |
0,64 |
0,89 |
0,98 |
1,00 |
0,96 |
0,89 |
0,82 |
0,75 |
Рисунок 12 – График влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке
Выводы
Увеличение числа контуров у ФД 1-го рода мало влияет на длительность импульса, но несколько улучшает его форму. При этом уменьшаются длительности фронта и среза импульса.
При внесении активных сопротивлений в ячейки уменьшается площадь сигнала, а это значит, что и энергия, выделяемая в нагрузке, также уменьшается. Кроме того, при внесении активного сопротивления в ячейки увеличивается время среза.
При замыкании зажимов ФД накоротко токи в индуктивностях и напряжения на конденсаторах приобретают характер незатухающего синусоидального процесса (это есть идеальный случай, т.к. не учитываются сопротивление линий и элементов)
При Rн = ρ в нагрузку передаются максимальная импульсная мощность и энергия. При разряде на рассогласованную нагрузку энергия основного импульса уменьшается, и остальная энергия выделяется в нагрузке при прохождении последующей серии отраженных импульсов. При уменьшении Rн длительности фронта и среза импульса увеличиваются, а длительность самого импульса уменьшается. Также с уменьшением Rн увеличивается амплитуда осцилляций.