ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДЛИННЫХ ЛИНИЯХ

Аннотация

В. А. Мамонтов, М. В. Гранкина, А. С. Петров. Исследование процессов в длинных линиях. В данной работе рассматриваются процессы в длинных линиях, их моделирование в программной среде ПО MatLab Simulink и расчет длинной линии электропередач. Изучена зависимость формы выходного сигнала от параметров цепи и формы входного сигнала.

Интерактивная среда MatLab Simulink, позволяет использовать уже готовые библиотеки блоков для моделирования электросиловых, механических и гидравлических систем, а также применять развитый модельно-ориентированный подход при разработке систем управления, средств цифровой связи и устройств реального времени. Достоинством программного обеспечения является возможность наблюдения динамических свойств системы в ходе выполнения симуляции, то есть результаты видны , как только симуляция началась. В данной работе С помощью ПО MatLab Simulink было проведено моделирование длинные электрические линии, с целью определить искажение проходящего сигнала [1].

Длинная линия – модель линии передачи, продольный размер (длина) которой превышает длину волны, распространяющейся в ней (либо сравнима с длиной волны), а поперечные размеры (например, расстояние между проводниками, образующими линию) значительно меньше длины волны. С точки зрения теории электрических цепей длинная линия относится к четырёхполюсникам. Из электродинамики известно, что линия передачи может быть охарактеризована её погонными параметрами:

R₁ – погонное сопротивление, Ом / м;

G₁ – погонная проводимость, 1 / Ом · м;

L₁ – погонная индуктивность Гн / м;

C₁ – погонная ёмкость Ф / м;

Всё разнообразие колебательных и волновых процессов, происходящих в длинной линии, определяется соотношениями амплитуд и фаз падающей и отраженной волн [2].

В некотором смысле электрический сигнал, представляет собой изменение напряжения или тока в лини с течением времени. На рисунке 1 приводятся виды электрических сигналов [1].

Рисунок 1 – Виды электрических сигналов

В силу частотно-зависимых свойств цепи, различные их составляющие подвергаются различному воздействию со стороны цепи. В результате этого соотношения между составляющими сигнала, которые существовали в нем до поступления в цепь, будут нарушены, т.е. появятся искажения передаваемого сигнала [1].

Как было установлено ранее, затухание цепи возрастает пропорционально корню из частоты во всем спектре частот, используемых в проводной связи. Следовательно, высокочастотные составляющие сигнала будут претерпевать большее затухание, чем низкочастотные. При этом, нарушатся соотношения между их амплитудами и возникнут так называемые амплитудные искажения, которые оцениваются, обычно, или разностью между наибольшим и наименьшим значениями ("перекосом") затухания в основ- ной полосе частот сигналов или отклонением затухания от его среднего значения в этой полос [2].

Для выполнения расчетов была разработана блок-схема, представляющая модель длинной линии, показана на рисунке 2.

а)

б)

Рисунок 2 – Модель длинной линии для различных сигналов а) – синусоидальный, б) – импульсный

Таблица 1 – Параметры модели для синусоидальных и импульсных сигналов

	1 синусоидальный	2	3	4 импульсный	5
Частота	50	50	50	50	50
Погонное сопротивление	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001	0,00001
Длина провода	500	500	500	500	500
Погонная индуктивность	1,6e-3	1,6e-3	1,6e-3	1,6e-3	1,6e-3
Погонная ёмкость	1e-8	1e-8	1e-8	1e-8	1e-8
N	3	4	10	3	4
Резистор 1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Резистор 2	400	400	400	400	400

1) Синусоидальный сигнал на входе. N = 3.

2) Синусоидальный сигнал на входе. N = 4.

3) Синусоидальный сигнал на входе. N = 10.

Импульсный сигнал на входе. N = 3.

4) Импульсныйсигнал на входе. N = 4.

5) Импульсныйсигнал на входе. N = 10.

В электрических и электронных системах реактивное сопротивление (также реактанс) – это сопротивление элемента схемы, вызванное изменением тока или напряжения из-за индуктивности или емкости этого элемента. Понятие реактивного сопротивления аналогично электрическому сопротивлению, но оно несколько отличается в деталях [3,  4].

В результате проделанной работы был произведено моделирование и расчет длинной линии электропередач. Изучена зависимость формы выходного сигнала от параметров цепи и формы входного сигнала.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Электронный журнал "electronics-tutorials" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.electronics-tutorials.ws/...
2. Электронный курс: "Основы построения и автоматизации систем связи ВМФ" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://saukpgp.ru/sauk/...
3. Решение задач по ТОЭ, ОТЦ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://toehelp.ru/...
4. Электронный журнал "RadioUniverse Ваш верный помощник в мире радио" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.radiouniverse.ru/...