новая папка / (2) Петросян, Кантерина Лаб 4

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра электротехнологической и преобразовательной техники

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Силовая импульсная техника»

Тема: Исследование процессов в однородной искусственной линии

Студент гр. 5401		Петросян П.Е.
Студентка гр. 5402		Кантерина Н.А.
Преподаватель		Вавилов А.В.

Санкт-Петербург

2019

Задание к лабораторной работе

1. Постройте схему однородной искусственной линии (далее ОИЛ) в окне редактора схем.

2. ОИЛ нагружена на активное сопротивление R_н = 1 Ом. Необходимо получить импульс тока амплитудой I_н = 500 А, длительностью τ = 1 мс и длительностью фронта не более чем τ_фр = 100 мкс.

Следует определить индуктивность и емкость одной ячейки L_я и С_я соответственно, зарядное напряжение линии U₀, а также требуемое число ячеек n.

3. Введите номинальные значения элементов схемы ОИЛ согласно рассчитанным значениям (для случая R_я = 0). Постройте временные диаграммы:

- токов индуктивностей (на одном графике);

- напряжений на конденсаторах (на одном графике);

- тока нагрузки.

4. Постройте временные диаграммы тока для ОИЛ с количеством ячеек, равным: n; n - 2; n + 2 (на одном графике).

5. Внесите активное сопротивление ячейки R_н = 0,05 Ом. Постройте временные диаграммы тока в нагрузке для ОИЛ с потерями и без потерь (на одном графике).

6. Отключите нагрузку и замкните выходные зажимы ОИЛ накоротко.

Постройте временные зависимости:

- токов в индуктивностях ОИЛ с потерями и без потерь.

- напряжений на конденсаторах ОИЛ с потерями и без потерь.

7. В ФД без потерь постройте временные зависимости энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = ρ, R = 0,5ρ, R = 0,75ρ, R = 1,5ρ, R = 1,25ρ. Постройте график влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке (W_н/W_нс – по оси y, R_н/ρ – по оси x).

8. Объясните полученные зависимости.

Выполнение работы

ОИЛ нагружена на активное сопротивление R_н = 1 Ом. Необходимо получить импульс тока амплитудой I_н = 500 А, длительностью τ = 1 мс и длительностью фронта не более чем τ_фр = 100 мкс.

Определение суммарных значений индуктивности и емкости производится по формулам (1) и (2) соответственно:

; (1)

, (2)

где L₀ и С₀ – суммарное значение индуктивности и емкости соответственно;

R_н – сопротивление нагрузки;

τ – длительность импульса.

Согласно расчётам, суммарная индуктивность емкость соответственно равны:

L₀ = 0,45 мГн;

С₀ = 0,45 мФ.

По зависимости (3) определяется требуемое число ячеек n:

, (3)

где τ_фр – длительность фронта импульса;

L_я – индуктивность ячеек;

С_я – емкость ячеек.

Результаты расчетов:

- при n = 1:

L_я = L_о = 0,45 мГн,

С_я = С_о = 0,45 мФ,

τ_фр = 280 мкс;

- при n = 2:

L_я = L₀/2 = 0,22 мГн,

С_я = С₀/2 = 0,22 мФ,

τ_фр = 135 мкс;

- при n = 3:

L_я= L₀/3 = 0,15 мГн,

С_я = С₀/3 = 0,15 мФ,

τ_фр = 91,5 мкс;

Требуемому условию τ_фр < 100 мкс удовлетворяет схема с числом ячеек n = 3.

Определение зарядного напряжения линии U₀ производится по формуле (4):

U₀ = I_н∙(R+ρ), (4)

где I_н – ток нагрузки;

R – активное сопротивление нагрузки;

ρ – реактивное сопротивление ОИЛ.

Согласно расчетам, зарядное напряжение равно:

U₀ = 1000 В.

Схема ОИЛ с тремя ячейками представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема ОИЛ с тремя ячейками

Построение временных диаграмм:

- токов индуктивностей (рисунок 2);

- напряжений на конденсаторах (рисунок 3);

- тока нагрузки (рисунок 4).

Рисунок 2 – Временные диаграммы токов индуктивностей

Рисунок 3 – Временные диаграммы напряжений на конденсаторах

Рисунок 4 – Временная диаграмма тока нагрузки

Временные диаграммы тока для ОИЛ с количеством ячеек, равным: n, n - 2, n + 2 (рисунок 1 и рисунки 5, а, 5, б) представлены на рисунке 5, в.

Рисунок 5, а – Схема ОИЛ с одной ячейкой

Рисунок 5, б – Схема ОИЛ с пятью ячейками

Рисунок 5, в – Временные диаграммы токов нагрузки для ОИЛ с разным количеством ячеек

Временные диаграммы тока в нагрузке для ОИЛ без потерь (рисунок 1) и с потерями (R_я = 0,05 Ом) (рисунок 6, а) представлены на рисунке 6, б.

Рисунок 6, а – ОИЛ с потерями

Рисунок 6, б – Временные диаграммы токов нагрузки с потерями и без потерь

Построение временных диаграмм при отключении нагрузки и замыкании выходных зажимов ОИЛ накоротко (рисунок 7, а):

- токов в индуктивностях ОИЛ с потерями и без потерь (рисунок 7, б);

- напряжений на конденсаторах ОИЛ с потерями и без потерь (рисунок 7, в).

Рисунок 7, а – ОИЛ без нагрузки с потерями и без потерь

Рисунок 7, б – Временные зависимости токов в индуктивностях ОИЛ с потерями и без потерь

Рисунок 7, в – Временные зависимости напряжений на конденсаторах ОИЛ с потерями и без потерь

Построение временных зависимостей энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев (рисунок 1, рисунок 8) при R = , R = 0,5, R = 0,75, R = 1,25 и R = 1,5. Поскольку  = 1Ом, то , R₁ = 1Ом, R₁₉ = 0,5Ом, R₂₂ = 0,75Ом, R₂₅ = 1,25Ом, R₂₈ = 1,5Ом . Зависимости представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 – Временные зависимости энергии, выделяемой в нагрузке

Построение графика влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке, производится по зависимости (5).

, (5)

где W_н – энергия, выделяемая в нагрузке;

W_нс – энергия, выделяемая в согласованной нагрузке.

Значения для построения графика занесены в таблицу 1, график представлен на рисунке 9.

Таблица 1 - Значения для построения графика рассогласования нагрузки

R/ρ	0	0,25	0,5	0,75	1	1,5	2	2,5	3
Wн/Wнс	0	0,64	0,89	0,98	1	0,96	0,89	0,82	0,75

Рисунок 9 – График влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке

Вывод

В данной лабораторной работе мы рассмотрели принцип работы формирующего двухполюсника второго рода и вывели для себя следующие заключения:

C увеличением числа звеньев увеличивается длительность импульса. При уменьшении числа звеньев, длительность уменьшается. При увеличении и уменьшении числа звеньев, мы не меняли значение параметров C_я и L_я. Практически полученное время импульса совпадает с теоретическим.

При внесении активных сопротивлений в ячейки, можно заметить что, длительность импульса уменьшается, увеличивается длительность среза, площади сигнала так же уменьшается. Так же увеличился спад вершины импульса.

При замыкании зажимов ОИЛ накоротко, в схеме без потерь, токи в индуктивностях и напряжения на конденсаторах приобретают характер незатухающего процесса (это есть идеальный случай, т.к. не учитываются сопротивление линий и элементов). В случае с потерями, энергия рассеивается на внесенных в ячейки сопротивлениях. Процесс имеет затухающий вид.

При рассогласовании нагрузки, получили что при уменьшении R_н энергия, выделяемая в нагрузке больше уходит от прямоугольного вида Длительность фронта и среза увеличивается, а длительность импульса уменьшается. Импульс затухает дольше, чем при согласованной нагрузке. При увеличении R_н амплитуда импульса немного падает, площадь сигнала уменьшается и уменьшается частота осцилляции.