Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

TOEIsaev

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
2.02 Mб
Скачать
Рис. 5.9

щихся от конца линии на расстоянии y = λ k (k − целое число), напря- 2

жение имеет максимальные значения (пучности – жирные точки на рис. 5.8), а токи – нулевые значения (узлы). В точках, которые отстоят от

конца линии на расстоянии y = λ (2k + 1) , существуют узлы (полые точ- 4

ки на рис. 5.8) напряжения и пучности тока. При этом узлы и пучности тока и напряжения не перемещаются по линии. Стоячую волну можно представить как результат наложения падающей и отраженной волн с одинаковыми амплитудами.

§5.7 Входное сопротивление линии без потерь при холостом ходе

При холостом ходе ток в конце линии равен нулю I 2 = 0 . Поэтому можно записать (из 17)

Z вх х.х

=

U

=

U

2 cos(βy)

= − j

Z

в

= − j

 

L0

C0

 

= jx

 

I

U 2

sin(βy)

tgy)

tgy)

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z в

На рисунке 5.9 приведена функция – tg( y) , которая в интервале от 0 до π / 2 является положительной, следовательно, Z вх х.х имеет емкостной характер

(множитель j ) и изменяется по модулю от ∞ до0 . Далее в

интервале от

π / 2 до π функ-

ция –

tg( y)

отрицательна. В

этом

случае

Z вх х.х имеет ин-

дуктивный характер и изменяется от 0 до ∞ . И так далее, таким образом, изменяя длину отрезка линии без потерь, можно имитиро-

вать емкостное или индуктивное сопротивление любой величины. Практически это свойство используется при высокой частоте в различных радиотехнических устройствах.

171

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В точках линии, в которых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

существует узлы тока и пучно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сти напряжения, линия может

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

быть представлена резонансным

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

контуром с параллельным со-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

противлением емкости и индук-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тивности, а в точках, в которых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

имеются

узлы напряжения

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пучности тока, ту же линию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

можно

представить

резонанс-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ным

контуром с последователь-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ным

соединением

емкости

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

индуктивности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

коротком

замыкании

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.10

линии

(U2 = 0, Z2 = 0 ) из урав-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нений (17) определяем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

( y) = I

2 zвs in(βy);

.

 

(17г)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I ( y) = I 2 cos(βy).

 

 

 

 

 

 

В этом случае уравнения для мгновенных значений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u = I2m zвs in(βy) cos(ωt)

(17д)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i = I2m cos(βy)sin(ωt)

 

 

 

определяют стоячие волны. В конце линии и в точках, отстоящих от ее

конца на расстоянии y = λ k , имеются узлы напряжения и пучности

2

тока, а в точках, которые находятся на расстоянии y = λ (2k + 1) , – пуч- 4

ности напряжения и узлы тока. Входное сопротивление линии без потерь, короткозамкнутой на конце,

Z вх к.з =

 

U

 

=

I 2 zв cos(βy)

= jzвtgy) = jx

 

 

 

I

 

I 2 sin(βy)

 

 

 

 

 

Это сопротивление, так же как Z вх х.х , является чисто реактивным и в зависимости от длины участка y линии и частоты ω получается или индуктивным или емкостным (рис. 5.10).

172

 

На рисунке 5.11 показан график

 

входного сопротивления вдоль

Z(y)

короткозамкнутой линии,

из

 

которого следует, что при

 

 

0 ≤ y ≤ λ / 4; λ / 2 ≤ y ≤ 3λ / 4

и

3

т.д. линия представляет собой

 

индуктивное

сопротивление;

 

ток отстает по фазе от напря-

 

жения на четверть периода.

 

 

При

 

 

 

λ / 4 ≤ y ≤ λ / 2; 3λ / 4 ≤ y ≤ λ и т.

 

д. линия представляет собой

 

 

емкостное сопротивление; ток

 

опережает по фазе напряжение

Рис. 5.11

линии на четверть периода.

 

 

 

 

Лекция № 13

§5.8 Аналогия между уравнениями линии с распределенными параметрами и уравнениями четырехполюсника

Напряжение и ток на входе линии с распределенными параметрами

(

U

1, I1 ) связаны с напряжением и током в конце линии

(

U

2 , I 2 ) сле-

 

 

дующими уравнениями:

 

= U

 

 

 

ch) + I

 

 

 

sh);

 

 

 

 

 

U

1

2

2

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

I

1

=

 

 

 

 

 

2

sh) + I 2ch).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопоставим их с известными уравнениями четырехполюсника:

 

 

 

 

 

 

U

1

= AU

2

+ B I

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1 = CU 2 + D I 2 .

 

 

 

 

 

Из сопоставления следует, что уравнения по форме полностью ана-

логичны, а если принять обозначения, что

 

 

 

 

 

 

 

 

A = D = ch(γ), B = Zвsh(γ), C = sh(γ) Zв

 

 

(17е)

то зависимость между U1 и U 2 , и I 2 и зависимость между I1 , и U 2 и I 2 в линиях с распределенными параметрами Точно такие же, как в четы-

173

рехполюснике. Другими словами, при соблюдении условий (17е) четырехполюсник эквивалентен линии с распределенными параметрами в отношении связи между входными и выходными токами и напряжениями.

При перемене местами источника и нагрузки токи в источнике и нагрузке не изменятся. Таким же свойством обладает симметричный четырехполюсник. Поэтому однородная линия с распределенными параметрами может быть заменена симметричным четырехполюсником и. наоборот, симметричный четырехполюсник можно заменить участком однородной линии с распределенными параметрами.

 

 

 

 

 

 

Т-схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П-схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iɺ Z1

 

 

 

 

Iɺ

Z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iɺ1

 

 

Z4

 

 

 

Iɺ

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uɺ2

Uɺ1

 

 

 

Z3

 

 

 

 

 

 

Uɺ2

 

Uɺ1

 

 

 

 

 

 

 

Z5

Z6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.12

Для симметричной Т-схемы замещения четырехполюсника:

Z1 = ( A − 1) / C; Z3 = 1/ C,

или

A = D = 1 +

Z1

; B = 2Z

1

+

Z12

; C = 1/ Z

3

.

 

 

 

 

 

Z3

 

 

Z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для симметричной П - схемы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z4 = B;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z5 = B /( A −1)

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = 1 +

Z4

; B = Z

4

; C =

2

+

Z4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Z5

 

 

 

 

Z5 Z52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример: В Т-схеме четырехполюсника

 

Z1 = 100 Ом, Z3 = − j500 Ом.

Определить характеристическое (волновое) сопротивление и произведение γэквивалентной ему линии с распределенными параметрами.

174

Решение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = D = 1 +

Z1

= 1 +

100

 

 

= 1 + 0, 2 j = 1,02e j11o18';

 

 

−500 j

 

 

 

 

 

 

Z

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = 2Z

+

Z12

= 200 +

104

 

 

 

= 200 + j20 = 200e j5o 40';

 

−500 j

 

 

1

 

 

Z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C = 1/ Z

3

= 1/(− j500) = 0,002e j90o ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = Z

 

sh(lγ),

C = sh(lγ)

 

 

 

 

Z

 

=

 

= 316ej42o10'Ом;

в

Z

в

,

в

B / C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sh( yl)

 

 

 

 

 

 

A = ch(lγ), th( yl) =

=

 

 

BC

= 0, 498 + j0,369;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ch( yl)

 

 

 

A

 

 

 

 

 

yl = αl + jβl = arcth(0, 498 + j0,369) = 0, 454 + j0, 437.

175

Учебное издание

ИСАЕВ Юсуп Ниязбекович КОЛЧАНОВА Вероника Андреевна ХОХЛОВА Татьяна Евгеньевна

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Учебное пособие

Научный редактор

 

доктор ф.-м. н.,

 

профессор

Ю.Н.Исаев

Подписано к печати 10. 04 .09. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать RISO. Усл.печ.л. 9,26. Уч.-изд.л. 10,23.

Заказ . Тираж 5 экз.

Томский политехнический университет Система менеджмента качества

Томского политехнического университета сертифицирована

NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2000

. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]