第10章-高电压.ppt

0,第10章传输线的波过程,1,电子电路-信号电路电力电路能量集中参数电路电路分布参数电路,2,关键词：传输线波过程波阻抗分布参数集中参数,3,传输线：传送能量或信号的各种传输线的总称。电力传输线、电信传输线、天线等传输线在空间上其长度可与内部电压、电流的波长相比拟，必须考虑参数分布性的特征，是典型分布参数电路电路理论中讨论传输线时以均匀传输线作为对象。架空线、电缆、变压器、电机绕组,4,波过程:分布参数电路的电磁暂态的过程属于电磁波的传播过程，简称波过程。波过程的分析计算是过电压和绝缘配合的理论基础。暂态过程的解析解复杂。工程上复杂电路，用计算机数值计算。,数值计算方法,5,无限长传输线上各处电压比电流定义为传输线的波阻抗。,波阻抗：自由空间或波导内任何一点，电磁波的电场强度与磁场强度比值。,6,集总参数当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个R、L、C元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。,7,分布参数必须考虑电路元件参数分布性的电路，即电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同，电路中电压和电流不仅是时间的函数，还是空间坐标的函数。架空线、电缆、绕组在冲击电压下应按分布参数来分析-线路尺寸不再小于电磁波波长.,8,10.1波阻抗,忽略电路损耗，分析波过程本质和规律,过电压-产生过度过程-电磁波传播波过程理论基础,9,均匀单根无穷长无损线分析,t=0合闸,近处电容充电远处由于L存在隔一段时间充上电，并向更远处电容放电-电压波以一定速度沿X方向传播，在导线周围逐渐建立起电场的过程。电容充电，电感中也有一电流流过-也是电流波沿X方向传播在导线周围逐步建立磁场过程。电磁波沿线路的传播过程。,10,LOCO单位长度电感电容，长度X导线的电容cox充电到u=E获得电荷coxu，获得电荷的时间t,电流icoxu=it（1）同时，电感LOx，产生磁链LOxi，建立时间t导线上感应电动势（2）,波阻抗的一般表达,电压波电流波之比-波阻抗,11,架空线路波阻抗,（1）P输送能量：单导线架空线路Z=500，P=U2/Z小分裂导线Z=300，P较小电缆几到几十P大（2）传播速度架空线路中电磁波速度光速；快电缆中传播速度为光速一半；慢（3）电磁能量电压电流沿导线的传播过程即电磁能量沿导线传播过程。电场能量=磁场能量（10-8）,12,波过程3个基本方程,前行波ufif反行波ubib线路上一点u（x，t）=uf+ubi(x,t)=if+if,13,电压波电流波方向符号,电压波符号规定：决定于导线对地电容上电荷符号，而与运动方向无关。电流波符号规定：沿X正方向运动与正电荷对应的电流波为正方向ufif总是相同正负号Ubib总是异号,14,波阻抗与集中参数电阻本质不同,能量存储，不被消耗；前行波、反行波同时存在，总电压电流比值不等于波阻抗；与线路长度无关；波阻抗有正负号。,15,16,10.2波的折射、反射与衰减、变形,17,无穷长直角波到达A点前行波ufif反行波ubib线路1上总的电压及电流,波沿传输线传播，在波阻抗发生突变的节点上产生折射与反射,线路参数突变-折射、反射架空线电缆传输线-集中参数元件,18,线路2无限长只有前行波,对于节点A只能1个电压及电流,a折射系数与反射系数,19,10.2.1末端开路时的折反射,末端开路末端电压反射电压末端电流反射电流,20,反射波所到之处，导线上各点电压提高一倍，电流降为0全部能量皆由末端反射回去，反射波到达范围内，单位长度总能量为入射能量两倍。导线总电流为0，磁场能量为0全存在电场中,21,10.2.2末端短路时的折反射,末端反射电压反射电流反射波到达之处，导线上电流提高一倍电压降为0。入射波到达末端，全部能量及射回去成为磁场能量。,22,10.2.3末端接集中负载时的折反射,不同之处：Z2=R消耗能量RZ1来波在集中负载上发生折反射R=Z1线路上电压流，电流波不发生任何变化,全部能量消耗在R中,23,例：直流电源E在t=0时合闸于长度为L的空载线路，求线路末端B的电压波形。,解：设为为电磁波流过长度为L线路所需时间。0t，入射波u1f=E未到达末端，B点电压为0t2，末端开路，第一次入射波u1f=E,uB=E2t3,u1b到达线路首端3t55t7周期4，幅值2E的振荡波形，,24,10.2.4波的衰减与变形,实际：波传播过程中衰减与变形，原因：（1）导线电阻和线路对地电导-消耗能量-衰减单根有损长线单元等值电路10-8R0C0=L0G0只衰减不变形、无变形（无畸变）条件磁场能/电场能=电流波电阻热损耗/电压波电导热损耗变形：1不满足2集肤效应各种频率电阻不同-衰减,线路均匀无损无衰减、无变形,25,（2）大地电阻和地中电流等值湿度影响（3）冲击电晕的影响,26,10.3通过并联电容与串联电感的波过程,27,10.3.1彼德逊法则（等值集中参数定理）,任意波形前行波到A点，Z2长线路或集中阻抗2u1f=u2+z1i2分布A等值为B集中线路波阻抗Z1用数值相等的电阻代替入射电压波2倍作为电压源计算节点电压U2的等值电路法则波德逊法则,28,可以把分布参数电路中波过程的问题化为集中参数电路的暂态计算,29,10.3.2通过并联电容的波过程,节点A处有集中参数C，并联，侵入无穷长直角波A点电压