новая папка / (2) Петросян, Кантерина Лаб 2

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

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 R_я = 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 L_k – индуктивность k - ой ячейки;

ρ – волновое сопротивление цепи;

τ – длительность импульса.

, (2)

где C_k – емкость k - ой ячейки;

τ – длительность импульса;

k – номер ячейки;

ρ – волновое сопротивление цепи.

Результаты расчета:

L_k = 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 R_я = 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 W_н – энергия, выделяемая в нагрузке;

W_нс – 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 R_н = 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 R_н длительности фронта и среза импульса увеличиваются, а длительность самого импульса уменьшается. Также с уменьшением R_н увеличивается амплитуда осцилляций.