PSK1-15 Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Autor: Ing. Marek Nožka Primární a sekundární parametry metalického Anotace: vedení Vzdělávací oblast: Informační a komunikační technologie Název školy:
Předmět: Tematická oblast: Výsledky vzdělávání: Klíčová slova: Druh učebního materiálu: Typ vzdělávání: Ověřeno: Zdroj:
Počítačové sítě a komunikační technika (PSK) Principy přenosu informací Žák ukazuje rozložení elmag. vlny na vedení metalické vedení, primární a sekundární parametry Online vzdělávací materiál, animace, program Střední vzdělávání, 3. ročník, technické lyceum VOŠ a SPŠE Olomouc; Třída: 3L Vlastní poznámky
Metalické vedení
Na obrázku je Koaxiální kabel.
Úvod Dá se říct, že metalické vedení je elektromagnetické vlny totéž jako optické vlákno pro světlo. To znamená, že vedení vytváří prostředí, kterým se elmag. vlna šíří a do kterého je uzavřena do té míry, že se ohýbá spolu s vedením. Důležité je pochopit, že vedením se šíří elektromagnetické vlnění. A projevují se zde všechny vlastnosti vln, stejně jako například u
1
zvuku. Každá vlna má svou vlnovou délku, která je dána frekvenci a rychlostí šíření vlny daným prostředím.
λ=
v [m; m ⋅ s−1 , Hz] f
Vlnění má jednu velice důležitou vlastnost: Vlnění dokáže přenášet energii.
vlna.mp4 Podstatou vlnění je kmitání jednotlivých bodů prostředí. Z pohledu popisu vedení je podstatné v jakém poměru jsou rozměry vedení a vlnová délka vlny. Při nízkých frekvencích je vlnová délka většinou mnohem větší než jsou rozměry obvodu. V takových případech předpokládáme, že v celém obvodu je v jednom časovém okamžiku stejné napětí a stejný proud
Nenechme se ale zmást pojmem nízká frekvence. Například elektrorozvodná síť používá kmitočet 50 Hz. Tomu odpovídá vlnová délka 6000 km. To je opravdu poměrně dlouhá vlna a proto při řešení běžných střídavých obvodů nemusíme o vlnění nic vědět. Pokud ale budeme řešit přenos energie z elektrárny do domácnosti, kde se délky vedení pohybují řádově ve stovkách km (To je srovnatelné s délkou vlny), budeme muset počítat s tím, že ve stejném časovém okamžiku je v elektrárně jiné napětí než ve spotřebiči a k celému problému musíme přistupovat zcela jinak -jako k elektro(magnetickému) vedení. Pokud je totiž vlnová délka srovnatelná s rozměry obvodu, je v jednom časovém okamžiku v různých částech obvodu různé napětí a různý proud -- tak jak se na dráty natáhne elmag. vlna.
Primární parametry vedení Vedení je tvořeno soustavou dvou vodičů, které ideálně mají po celé
2
délce stejné vlastnosti a konstantní geometrické uspořádání. Také vlastnosti dielektrika, které je v prostoru mezi vodiči se po celé délce nemění.
Pro popis vlastností vedení používáme náhradní schema pro jeden elementární (velmi krátký) úsek vedení.
Cele vedení je potom složeno z těchto elementárních úseků, které jsou zapojeny za sebou.
R0 [Ω ⋅ m −1 ] odpor vodičů vedení na jednotku délky L0 [H ⋅ m −1 ] indukčnost vodičů vedení na jednotku délky G0 [S ⋅ m −1 ] vodivost mezi oběma vodiči na jednotku délky C0 [F ⋅ m −1 ] kapacita mezi oběma vodiči na jednotku délky
Sekundární parametry vedení Primární parametry popisují vedení, ale jsou nevhodné pro praktické výpočty. Proto se zavádí vlnová impedance a konstanta šíření.
Vlnová impedance Představuje (podle Ohmova zákona) poměr mezi napětí a proudem v každém místě vedení. (Tento pohled je hodně zjednodušený později jej upřesníme.)
−−−−−−−−− R + jωL0 ZV = √ 0 [Ω; Ω, H, S, F] G0 + jωC0
Konstanta šíření Konstanta šíření popisuje ztráty v prostředí.
−−−−−−−−−−−−−−−−−−− γ = √(R0 + jωL0 )(G0 + jωC0 ) [m −1 ; Ω, H, S, F] β
3
Reálná část konstanty šíření se nazývá měrný útlum β. Imaginární část se nazývá měrný posuv (fázová konstanta) α.
γ = β + jα Měrný útlum β popisuje pokles amplitudy vlny v závislosti na vzdálenosti od zdroje.
U = Um e−βx
[V, V, m −1 , m]
4
Zdrojové soubory obrázků/videí: vlna.py vlna.mp4 vlna_utlum.py vlna_utlum.mp4 utlum.py
5
