Линия без потерь. Уравнения линии. Возникновение стоячих волн. Распределение напряжения и тока вдоль линии в режимах холостого хода и короткого замыкания

Независимо от того, соблюдается ли условие (для неискаженной передачи требуется, чтобы коэффициент ослабления не зависел от частоты, а коэффициент был прямо пропорционален частоте; в последнем случае фазовая скорость получается не зависящей от частоты, такое положение имеет место при условии, что .) или нет, во всех случаях желательно, чтобы активное сопротивление r и проводимость изоляции g были по возможности малы (для уменьшения потерь энергии).

В воздушных линиях обычно индуктивное сопротивление превышает активное сопротивление r, а емкостная проводимость превышает активную проводимость g. С ростом частоты разница между этими величинами становится более значительной.

В ряде случаев оказывается полезным в первом приближении рассматривать линию, не имеющую потерь, т.е. пренебрегать активным сопротивлением и проводимостью по сравнению с соответствующими реактивными составляющими. Такая идеализация допускается для приближенной качественной и количественной оценки исследуемых явлений. При этом весьма упрощаются расчетные выражения и гиперболические уравнения линии переходят в тригонометрические.

Итак, основным исходным предложением, которое делают при рассмотрении линии без потерь, является приближенное условие, что и , в этом случае вторичные параметры линии примут весьма простой вид, а именно: ; ; ;

Следовательно в линии без потерь ослабление отсутствует. Ввиду постоянства фазовой скорости отсутствуют также фазовые искажения.

Выражения для коэффициента фазы, фазовой скорости и волнового сопротивления линии без потерь совпадают с выражениями, полученными для линии без искажений (вопрос 57). Следовательно, все что сказано о линии без искажений, относится к линии без потерь.

Уравнения линии в показательной форме:

Уравнения линии в гиперболической форме -à:

Положив в этих уравнениях, что , получим уравнения линии в гиперболической форме, выражающие напряжения и ток в начале через напряжения и ток в конце:

Ввиду того что гиперболические функции с мнимым аргументом преобразуются в тригонометрические функции, гиперболические уравнения линии принимают тригонометрическую форму:

Последние уравнения используются для рассмотрения стоячих волн.

Пользуясь уравнениями линии в комплексной и гиперболической формах рассмотрим систему, где мнимый коэффициент распространения примем равным ,получим для любой точки линии на расстоянии x’ от конца:

Входящий в эти уравнения коэффициент отражения

представляет в общем случае комплексную величину. Эти уравнения показывают, что в любой точке x’ слагается из падающей и отраженной волн напряжения, амплитуды которых находятся в отношении 1:|n₂|; в свою очередь комплексный ток равен разности падающей и отраженной волн тока с тем же соотношением амплитуд. Точкам , соответствует максимально действующее значение U, так как при этом фазы падающей и отраженной волн напряжения совпадают. На расстоянии от этих точек падающая и отраженная волны оказываются в противофазе и действующее напряжение имеет минимум.

Координаты максимумов и минимумов U, являющиеся функциями от и не зависят от времени, т.е. с течением времени остаются на одном месте.

При ,т.е. при равенстве амплитуд прямой и обратной волны, в лини устанавливаются стоячие волны напряжения и тока. Кривые действующих U и I вдоль линии представляют в этом случае “выпрямленные” синусоиды. На линии образуются узлы – точки где U и I равны нулю, и пучности – где U и I максимальны.

Условие выполняется в трех случаях: при (холостой ход), (короткое замыкание), и при (реактивная нагрузка). Это для линий без потерь.

Стоячие волны легко исследуются с помощью уравнений для линии без потерь:

При холостом ходе

Узлы напряжения находятся в очках, для которых , откуда .

Пучности напряжения находятся в точках, для которых , откуда

Разомкнутый конец линии совпадает с узлом тока и пучностью напряжения.

При коротком замыкании :

На замкнутом конце линии x’=0 и в точках, удаленных от него на целое число полуволн , находятся узлы напряжения и пучности тока, а в точках, удаленных от конца на нечетное число четвертей волн , находятся пучности напряжения и узлы тока.