6. ВИРТУАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАБЕЛЬНОЙ ЦЕПИ МЕТОДОМ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ»
ель работы
Ознакомление с методами определения первичных и вторичных параметров линии методом холостого хода и короткого замыкания. Определение зависимостей этих параметров от частоты для различных марок кабелей.
6.2. Домашнее задание
1. Ознакомьтесь с методом холостого хода и короткого замыкания для кабельной линии.
2. Ознакомьтесь с порядком проведения работы, обработкой полученных результатов и правилами оформления отчета о выполненной работе.
3. С помощью данных из литературы или расчетным путем получите значения первичных и вторичных параметров линии для заданной марки кабеля при различных частотах.
бщие положения
Вторичные и первичные параметры однородной линии можно определить по измеренным значениям сопротивлений холостого хода и короткого замыкания. Зная сопротивление холостого хода Zхх и короткого замыкания Zкз, можно определить волновое сопротивление линии
 .
| (1) |
 .
| (2) |
Перемножив уравнения (1) и (2), получим
 .
| |
 .
| (3) |
Из выражения (3) следует, что волновое сопротивление можно определить как среднее геометрическое из сопротивлений холостого хода и короткого замыкания.
Для определения коэффициентов затухания α и фазы β выполним некоторые преобразования. Введем обозначение 
и выразим гиперболический тангенс через показательные функции
 .
| (4) |
 .
| |
 .
|
Из уравнения (4), выполнив несложные преобразования, получим
 .
| (5) |
Для определения коэффициента затухания α и фазы β удобно пользоваться следующими формулами, получаемыми из вышеприведенного выражения (5)
 .
| |
 .
|
Отсюда получим
 .
| |
 .
| |
 .
|
Из этих формул видно, что при вычислении коэффициента фазы получается многозначное решение, обусловленное наличием слагаемого kπ. Следовательно, необходимо выбирать соответствующее значение коэффициента k в формуле.
Для определения k нужно знать приближенное значение β
Допустим, что β=β'
Для определения приближенного значения β' необходимо одно из измерений провести при такой длине линии, которой заведомо соответствует k=0.
Тогда, зная β' можно определить k.
 .
| |
 .
|
Определив таким образом вторичные параметры линии Zв, γ, α и β, нетрудно рассчитать и ее первичные параметры R, L, C, G.
 .
| |
 .
|
Необходимо отметить, что при значительном коэффициенте затухания измеряемой линии ее входные сопротивления при холостом ходе и коротком замыкании мало отличаются друг от друга. Это ведет к уменьшению точности, с которой могут быть определены вторичные и первичные параметры линии. Практически метод холостого хода и короткого замыкания рекомендуется применять для определения параметров линий, затухание которых не превышает 8 – 10 дБ.
писание лабораторной установки
Лабораторная установка представляет собой виртуальный стенд, включающий в себя измеритель сопротивления, генератор частоты и непосредственно кабельную линию (рис.6.1).
Рис. 6.1. Устройство стенда
Измеритель сопротивления представляет собой мост полных проводимостей, который позволяет измерять комплексные сопротивления с отрицательным и положительным углом.
Генератор частоты питается от сети переменного тока 220В и позволяет проводить измерения при 5 различных частотах.
Кабельная линия представляет собой модель реальной кабельной цепи. Измерения можно проводить при 2 различных длинах: на начальной длине, когда коэффициент фазы не переходит через 2π, а также при длине линии, равной длине волны кабеля при заданной частоте, когда коэффициент фазы переходит через 2π.
6.5. Рабочее задание и порядок проведения работы
Лабораторная работа проводится по следующей схеме:
1. Войти в УКК ЭТМ, перейти к странице аутентификации, ввести на ней свое пользовательское имя, пароль и группу. Нажать кнопку Передать. Только после этого Вы получите задание для выполнения виртуальной лабораторной работы. Свое пользовательское имя и пароль необходимо получить у преподавателя либо лично, либо по электронной почте. Если не пройти аутентификацию, то Вы получите демонстрационное задание, выполнение которого не будет засчитано преподавателем!
2. Ознакомиться с заданием. Данный пункт подразумевает, что обучаемый должен перейти к вкладке «Задание» на виртуальном лабораторном стенде и ознакомиться с выданным для выполнения заданием.
Рис. 6.2. Задание на виртуальную лабораторную работу
В задании (рис.6.2) указан тип кабеля, а при переходе по указанной в задании ссылке откроется вкладка с подробным описанием кабеля, его конструкцией и параметрами.
Чтобы приступить к выполнению работы, необходимо щелкнуть мышью на закладке с наименованием исследуемого кабеля.
Рис. 6.3. Виртуальный стенд лабораторной работы
3. Прежде всего необходимо собрать схему, перетаскивая соответствующие клеммы на виртуальном стенде. Следует помнить, что до тех пор, пока схема эксперимента не будет правильно собрана, кнопка включения стенда будет заблокирована и Вы не сможете приступить к измерениям. После сборки схемы необходимо нажать кнопку Завершить,включить генератор и измеритель сопротивления, нажав соответствующие кнопки Включить.
Рис. 6.4. Виртуальный стенд в собранном состоянии
4. Задать на стенде необходимые для измерения параметры в соответствии с вариантом задания. На генераторе частоты необходимо задать частоту, а на кабельной линии выбрать режим и задать необходимую длину кабельной линии.
5. Снять значения входного сопротивления линии в зависимости от частоты в режимах холостого хода и короткого замыкания при двух длинах. Результаты занести в таблицу
| f,кГц | ||||||||||
| l,м | ||||||||||
| Zхх, Ом | ||||||||||
| φхх,° | ||||||||||
| Zкз, Ом | ||||||||||
| φкз,° |
Примечание: Одно из измерений необходимо произвести при начальной длине линии l [м], для определения приблизительного значения β (см раздел Общие положения).
6. Рассчитать и построить графики зависимости первичных и вторичных параметров от частоты и сравнить их со справочными данными для соответствующей марки кабеля.
7.Сделать письменные выводы по проделанной работе. Подготовить отчет по проделанной работе в соответствии с установленными требованиями. Отчет должен включать в себя:
· титульный лист с наименованием лабораторной работы, названием кафедры, Ф.И.О. студента и преподавателя;
· конкретное задание;
· основные формулы и соотношения, по которым проводился расчет;
· таблицы (протоколы) с результатами экспериментов;
· графики, выполненные в соответствии с требованиями преподавателя;
· краткие письменные выводы, объясняющие соответствие (или несоответствие) полученных зависимостей теоретическим.
6.6. Контрольные вопросы
1.В чем состоит метод измерения на основе холостого хода и короткого замыкания?
2. Что характеризуют первичные и вторичные параметры кабельной цепи?
3. Объяснить ход частотных зависимостей первичных параметров кабельной цепи.
4. Объяснить ход частотных зависимостей вторичных параметров кабельной цепи.
5. Почему метод холостого хода и короткого замыкания неприменим для кабельных линий с затуханием более 10дБ?
