第1讲-电磁暂态波传导理论_精品文档.pdf
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第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU600kVHVDC600kVHVDC电磁暂态分析电磁暂态分析ElectromagneticTransientAnalysisElectromagneticTransientAnalysis何金良何金良?
清华大学电机工程与应用电子技术系高电压与绝缘技术研究所清华大学电机工程与应用电子技术系高电压与绝缘技术研究所?
+62775585,13601024327?
第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU第1讲电磁暂态波传导理论第1讲电磁暂态波传导理论第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU0.1电力系统电磁暂态0.1电力系统电磁暂态以电感的磁场和电容的电场之间的交互作用为主,称为电磁暂态以储存在旋转电机中的机械能和储存在电网络中的电能之间的交互作用为主,称为机电暂态中间部分为机电暂态和电磁暂态的共同作用区域电力系统次同步谐振电力系统次同步谐振汽轮机发电机组轴系振荡和发电机电气系统的电气振荡之间,通过发电机转子气隙中电气转矩的相互耦合作用而形成的整个机网系统的共振行为第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU0.2传导电磁暂态的主要研究方向0.2传导电磁暂态的主要研究方向研究电力系统操作、雷击等过电压,确定电气设备的绝缘强度和避雷器配置及参数选择考虑控制特性后的电网络暂态特性电力系统次同步谐振和铁磁谐振低压及电子系统的传导电磁干扰分析微电子系统的传导电磁干扰分析研究电力系统操作、雷击等过电压,确定电气设备的绝缘强度和避雷器配置及参数选择考虑控制特性后的电网络暂态特性电力系统次同步谐振和铁磁谐振低压及电子系统的传导电磁干扰分析微电子系统的传导电磁干扰分析第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU0.3电磁暂态研究的发展0.3电磁暂态研究的发展1900s-简化计算简化计算经验科学:
经验数据,经验方法,经验公式经验科学:
经验数据,经验方法,经验公式1939-TNA模拟模拟Transientnetworkanalyzer用搭建按比例缩小的系统模型,能考虑控制系统,费用高用搭建按比例缩小的系统模型,能考虑控制系统,费用高1969-加拿大加拿大UBC的的Dommel教授提出电磁暂态数值计算技术教授提出电磁暂态数值计算技术H.W.Dommel.Digitalcomputersolutionofelectromagnetictransientsinsingle-andmulti-phasenetworks.IEEETrans.onPAS,1969,88
(2):
734-771EMTPATP(欧洲)欧洲)1990s-PSCAD/EMTDC(Unix版版)PowerSystemComputerAidedDesign(ManitobaHVDCResearchCentre)1998-PSCAD/EMTDC(Windows)PSCAD/RTDS与实际控制系统相联与实际控制系统相联Matlab之之PowerSystemBlockset模块模块商业版商业版免费版免费版嵌入式模型嵌入式模型AlternativeTransientProgram考虑控制特性后的电网络暂态特性考虑控制特性后的电网络暂态特性第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU0.4电磁暂态分析内容体系0.4电磁暂态分析内容体系EMTP软件包软件包专业基础知识理论基础提高知识专业知识第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU0.5成绩构成0.5成绩构成?
基本要求认真听课基本要求认真听课?
作业作业20?
课程训练课程训练20?
研讨性课题研讨性课题60由专职老师辅导的研究专题由专职老师辅导的研究专题第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU0.7讲义0.7讲义?
何金良。
电磁暂态分析何金良。
电磁暂态分析.2008年清华大学电机系讲义年清华大学电机系讲义?
N.Watson,J.Arrillaga.PowerSystemsElectromagneticTransientsSimulation.IEE,UK,2003?
FrederickM.Tesche,MichalV.Ianoz,TorbjrnKarlsson.EMCanalysismethodsandcomputationalmodels.NewYork;JohnWileyandSons,1997.?
BruceArchambeault,ColinBrench,OmarM.Ramahi.EMI/EMCcomputationalmodelinghandbook.Boston:
KluwerAcademicPublishers,2001第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.0电磁暂态分析的理论基础1.0电磁暂态分析的理论基础?
波传导和电磁辐射是电磁干扰传播的两种最基本的形式波传导和电磁辐射是电磁干扰传播的两种最基本的形式?
任何形式的干扰都可归纳到这两种机理任何形式的干扰都可归纳到这两种机理?
理论理论?
电磁暂态波传播的波过程电磁暂态波传播的波过程?
动态电磁场基本理论动态电磁场基本理论?
电磁辐射理论电磁辐射理论第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.1波过程的物理概念1.1波过程的物理概念?
电磁暂态传播的波过程理论是传导电磁暂态分析基础电磁暂态传播的波过程理论是传导电磁暂态分析基础?
传输线的概念传输线的概念名称纵切面图横截面图单导体传输线多导体传输线同轴电缆微带传输线波导管光纤第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.1波过程的物理概念1.1波过程的物理概念?
传输线产生电磁干扰传输线产生电磁干扰?
连接变电站,将雷电流引入变电站连接变电站,将雷电流引入变电站?
与复杂系统相连,导致沿线路的电磁干扰传输进入系统内部与复杂系统相连,导致沿线路的电磁干扰传输进入系统内部?
与复杂系统相连,在系统内部产生电磁辐射与复杂系统相连,在系统内部产生电磁辐射?
电磁波耦合进入传输线,沿线路进入屏蔽很好的电子设备内部电磁波耦合进入传输线,沿线路进入屏蔽很好的电子设备内部?
传输线间的耦合,特别是电路板上的耦合,能引起传输线间的耦合,特别是电路板上的耦合,能引起EMC问题问题第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.1波过程的物理概念1.1波过程的物理概念?
电源向电容充电,在导线周围建立起电场,靠近电源的电容立即充电,并向相邻的电容放电电源向电容充电,在导线周围建立起电场,靠近电源的电容立即充电,并向相邻的电容放电?
由于电感作用,较远处电容要间隔一段时间才能充上一定的电荷,电压波以某速度沿线路传播由于电感作用,较远处电容要间隔一段时间才能充上一定的电荷,电压波以某速度沿线路传播?
随着线路电容的充放电,将有电流流过导线的电感,在导线周围建立起磁场。
电流波以同样速度沿随着线路电容的充放电,将有电流流过导线的电感,在导线周围建立起磁场。
电流波以同样速度沿x方向流动方向流动第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.1波过程的物理概念1.1波过程的物理概念?
电压波和电流波沿线路的流动,实际上就是电磁波沿线路的传播过程电压波和电流波沿线路的流动,实际上就是电磁波沿线路的传播过程?
电压波和电流波的关系:
电压波和电流波的关系:
?
假设合闸后时刻,电压波假设合闸后时刻,电压波u到达,电容的充电量为到达,电容的充电量为?
导线上的电流导线上的电流i在导线周围建立起磁链,导线上的感应电势为在导线周围建立起磁链,导线上的感应电势为tt=xx=tixuCQ=0?
电荷是由电流输送来的xiL0txiLu=/0ZCLiu=00Z为波阻抗为波阻抗第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.1波过程的物理概念1.1波过程的物理概念?
波阻抗波阻抗?
单导线架空线:
单导线架空线:
Z=500?
分裂导线线路分裂导线线路:
Z=300?
电缆:
磁通主要分布在芯线与护层之间,电缆:
磁通主要分布在芯线与护层之间,L0小,小,4,C0大,则大,则Z小,小,Z=2030rhL2ln200=rhC2ln200=rhrhZ2ln602ln2100=(空气中)空气导磁系数:
空气介电常数:
空气导磁系数:
空气介电常数:
mH/10470=mF/1085.8)36/(101290=r第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.1波过程的物理概念1.1波过程的物理概念?
波速度波速度001CLtx=架空线:
架空线:
v=3108m/s光速电缆:
光速电缆:
v=1.5108m/s?
电流波和电压波沿导线的传播过程实际上就是电磁能量传播的过程电流波和电压波沿导线的传播过程实际上就是电磁能量传播的过程?
电压波和电流波的关系电压波和电流波的关系ZCLiu=00()()20202121uvCivL=单位时间传播的距离为单位时间传播的距离为v第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.2波动方程1.2波动方程?
单根无损线单根无损线=tuCxitiLxu00=22222002222222002211tivtiCLxituvtuCLxu+=+=dxxiitudxCidxxuutidxLu00第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.2波动方程1.2波动方程采用运算微积求解:
拉氏变换采用运算微积求解:
拉氏变换),(),(),(),(pxItxipxUtxu=),(),(),(),(2002220022pxIpCLdxpxIdpxUpCLdxpxUd+=+=xpbxpfxpbxpfepIepIpxIepUepUpxU)()(),()()(),(第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU1.2波动方程1.2波动方程根据拉氏变换的延迟定理根据拉氏变换的延迟定理+=+=)()(),()()(),(xtixtitxixtuxtutxubfbf+=+=)()(),()()(),(txitxitxitxutxutxubfbf)()(pFtf)()(tfepFp变量置换变量置换第第1讲电磁暂态波过程理论讲电磁暂态波过程理论CopyrightbyProf.He,JinliangofTHU前行波和反行波前行波和反行波1111)(vtxvtttvxvtx=+=电压波的分量以速度电压波的分量以速度v向向x方向运
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