暂态第四章

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第四章电路的暂态响应

第四章电路的暂态响应

uL(0+) i1(0+)
i2(0+)
Us
12V
R1 4Ω
R2 6Ω
i1(0 )R1 Us uL (0 ) 0
uL (0 ) 4.8V
2)求S闭合后的各稳态值
S闭合达到稳态时,电感相当 于短路,其等效电路图如图所 示
uL() 0V
i1()
US R1
3A
i2 ()
US R2
2A
iL() i1() i2() 5A
R2 6Ω
iL
i1
Us
12V
R1 4Ω
1)求S闭合后的各初始值 由换路定律可得: il (0 ) il (0 ) 3A
L iL
S
uL
i1
i2
Us
12V
R1 4Ω
R2 6Ω
等效一个电流源,等效电路图如下图
i1(0 )
R2 R1 R2
iL (0 )
6 4
6
3
1.8A
iL(0+)
i2 (0 ) 1.2A 由KVL,可知
+ uL – R
iC
+ R IS –
0+电路
uL(0+)= - RIS
iC ( 0
)
Is
RI S R
0
例4
S闭合前电路已处于稳态,试确定S
闭合后电压uL和电流iL、 i1 、 i2的初始值和稳态值。
【解】开关S闭合之前
il
(0
)
US R1
12V 4
3A
L iL
S
uL
i1
i2
Us
12V
R1 4Ω

第4章 电路的暂态分析-习题解答

第4章 电路的暂态分析-习题解答

4.7 在题 4.7 图所示电路中,开关 S 闭合前电路已处于稳态,试确定 S 闭合后电
4
压 uL 和电流 iL、i1、i2 的初始值和稳态值。 【解】由于 i L (0 ) i L (0 )
uS 6 3A ,则 R1 2
i1 (0 )
R2 4 iL (0 ) 3 2A 24 R1 R2
6
【解】该电容电压的初始值为 20000V,放电的起始瞬间的冲击电流达到最 大值,冲击电流的峰值大小为 流。 这种情况下不会造成触电事故是由于放电时间极短,等效电路的时间常数为
20000 V 200 A ,远远超过了人体允许的致命电 100
RC 100 50 1012 5 109 s 5ns
u c (0 ) u c (0 ) R1i1 (0 ) 6V i1 (0 )
u c (0 ) 1A R1
i2 (0 ) 0 ic (0 ) I S i1 (0 ) 3 1 2A
1

) 。
① 立即亮 ③ 由亮逐渐变为不亮
② 逐渐变亮 ④ 由不亮逐渐变亮,再逐渐变为不亮 ① )。
(7)R、C 电路在零状态条件下,时间常数的意义是( ① 响应由零值增长到稳态值的 0.632 倍时所需时间 ② 响应由零值增长到稳态值的 0.368 倍时所需时间 ③ 过渡过程所需的时间 ④ 响应由稳态值下降到零值的 0.632 倍时所需时间 (8)一阶线性电路时间常数的数值取决于( ① 电路的结构形式 ③ )。
因此该电容的初始电压将在 5 25ns 时间内释放完毕,虽然冲击电流很大,但 是作用时间极短,对人体而言最多感觉到颤抖,不会造成致命伤害。

第4章 电路的暂态分析

第4章  电路的暂态分析
换路定则公式 电感电路: L (0 ) L (0) 电容电路: uC (0 ) uC (0)
注:换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中 uC、 iL初始值。
4.1.2 换路定则
2. 初始值的确定
暂态过程期间,电路中电压、电流的变化开 始于换路后瞬间的初始值,即t=0+时刻的值,终 止于达到新稳态时的稳定值。因此分析电压、电 流的初始值是必要的。确定电路中电压、电流的 初始值,换路定则是重要依据。电路中各处的电 压和电流的初始值记为 f (0+)。
4.1 暂态过程与换路定则
电路的暂态过程一般比较短暂,但它的作用和影响却十分 重要。
一方面,我们要充分利用电路的暂态过程来实现振荡信号 的产生、信号波形的改善和变换、电子继电器的延时动作等;
另一方面,又要防止电路在暂态过程中可能产生的比稳态 时大得多的电压或电流(即所谓的过电压或过电流)现象。
过电压可能会击穿电气设备的绝缘,从而影响到设备的安 全运行;过电流可能会产生过大的机械力或引起电气设备和器 件的局部过热,从而使其遭受机械损坏或热损坏,甚至产生人 身安全事故。
开关S断开,试求换路后电路中各电量的初始值 。
(b) t= 0-时的等效电路 (a)
解:因为t=0-时电路已处于稳态,则电感元 件已储满能量,即uL(0-)= 0 V,电容元件被 开关S短接而未储能,即uC(0-)= 0 V。作出t= 0-时的等效电路如图 (b)所示。
例: 电路如图(a)所示,换路前电路已处于稳态。在t=0时
4.1 暂态过程与换路定则
前面各章讨论的线性电路中,当电源电压(激 励)为恒定值或作周期性变化时,电路中各部分电 压或电流(响应)也是恒定或按周期性规律变化, 即电路中响应与激励的变化规律完全相同,称电路 所处的这种工作状态为稳定状态,简称稳态。

电工学-第四章 电路的暂态分析

电工学-第四章 电路的暂态分析
2 u c (0 ) 10 4V 3 2 10 i L (0 ) 2A 3 2
(2)由换路定理得: uc (0 ) uc (0 ) 4V
iL (0 ) iL (0 ) 2 A
因此,在t=0+ 瞬间,电容元件相当于一个4V 的电压源,电感元件相当于一个2A的电流源。据 此画出t=0+ 时刻的等效电路,如图3-3 (C) 所示。
可见τ等于电压uc衰减到初始值36.8%的时间 从理论上讲,电路只有经过t=∞的时间,才能达到稳定; 实际上经过5 τ就认为达到稳定. 另外,RL电路的时间常数 L / R
画出uc及i的波形如图所示。
RC 电路零输入响应 电压电流波形图
在激励作用之前,电路的初始储能为零仅由激励引起 的响应叫零状态响应。
(3)在t=0+ 电路中,应用直流电阻电路的分析方 法,可求出电路中其他电流、电压的初始值,即
4 i1 (0 ) 2 A 2 4 i 2 (0 ) 1 A 4
iC(0+)=2-2-1=-1A uL(0+)=10-3×2-4=0
例2: 电路如图3-4 (a)所示,开关S闭合前电路无储能,开 关S在 t=0时闭合,试求 i1 、i2 、i3、 uc、uL的初始值。
uC uC ()(1 e

t RC
)
t≥0
2式
由2式可知,当t=0时,uc(0)=0,当 t=τ时, uc(τ) =US(1-e–1)=63.2%US,即在零状态响应中,电容电压 上升到稳态值uc=(∞)=US的63.2%所需的时间是τ。而当t=4~5τ 时,u c上升到其稳态值US的98.17%~99.3%,一般认为充电过 程即告结束。电路中其他响应分别为

第四章电路的暂态分析

第四章电路的暂态分析
设:t=0 时换路
0
− --- 换路前瞬间
则:
0 --- 换路后瞬间 + − u C (0 ) = u C (0 )
+
iL (0 ) = iL (0 )
2011-6-17 15
+

换路瞬间,电容上的电压、 换路瞬间,电容上的电压、电感中的电流不能 突变的原因解释如下: 突变的原因解释如下: 自然界物体所具有的能量不能突变, 自然界物体所具有的能量不能突变,能量的积累 或释放需要一定的时间。所以: 或释放需要一定的时间。所以:
2011-6-17
R C
i
uC
24
一阶电路过渡过程的求解方法
(一). 经典法: 用数学方法求解微分方程; 一 用数学方法求解微分方程; 微分方程

(二). 三要素法: 求 二
初始值 稳态值 时间常数
……………...
2011-6-17
25
(一) 经典法
K + _E C R

i
一阶常系数 线性微分方程
ui
τ<<T/2
T/2 T C R 2T
E t E T 2T t
ui
uo
uo uC
E
2011-6-17 34
t
作业: 作业 P49-50
2-1
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35
结束
END
2011-6-17 36
19
2011-6-17
电路的响应
♣ 零输入响应: 零输入响应:
在零输入的条件下,由非零初始态引起的响 在零输入的条件下, 为零输入响应; 此时, 应,为零输入响应; 此时, u c ( 0 + ) 或 iL (0+ ) 被视为一种输入信号。 被视为一种输入信号。

电力系统暂态分析(第四章习题答案)

电力系统暂态分析(第四章习题答案)

za + zb + zc Z2 Z1
Z1 za + zb + zc
Z2
Z2 Z1 za + zb + zc
其中: Z1 = za + a2zb + azc; Z2 = za + azb + a2zc
1) 当 za = zb = zc 时 , 非 对 角 元 素 Z1 = za 1 + a2 +
a = Z2 = 0,则三序分量可以解藕。
33 13 (6 + 6 ) − j(6 + 6 )
=
33
13
6 − 6 + j(− 6 + 6 )
1 j3
②各序分量解藕单独作用分别求解序电流
正序电流:
I1
=
E1 j2
=
(−
1 12

3 12)

3 j(12
+
3 12)
负序电流:
I2
=
E2 j2
=
(−
1 12
+
3 12)

3 j(12

3 12)
零序电压标幺值:
10
U(0) = 220/
= 0.0797 3
按等值电路可求得各側电流:
0.0787 I1 = −0.12+(−0.014)//0.244) = 0.748
0.244 I2 = I1 × ( − 0.014 + 0.244) = 0.794
I3 = I1 − I2 = −0.0455 电流有名值:
障时的正序、负序、零序等效电路; 解:正序: 负序:
零序:

电子电工技术第四章 电路的暂态过程分析

电子电工技术第四章 电路的暂态过程分析

设一阶线性电路中所求变量为 f (t) ,变量的初始值为 f (0 ) ,变量在过渡过程结束后的稳态值为 f () ,时间常
数为 ,则我们可直接写出全响应的表达式为
f (t)
f ' (t)
f "(t)
f () [ f (0 )
t
f ()]e
式中,f '(t) 和 f "(t) 分别表示全响应中对应齐次方程的解和对 应非齐次方程的特解。
uC
t
E(1 e
)
3(1
t
e 2106
)
3(1
e5105 t
)
三、RC电路的全响应
由电容元件的初始储能和外接激励共同作用所产生的电路
响应,称为RC电路的全响应。
在图示电路中,电容元件
已具有初始储能 uC (0 ) U0 <U S
当开关S在 t 0 时刻合向电路 ,根据KVL,列出t ≥ 0 的电路
0
从理论上讲电容二端的电压经过无限长时间才能衰减至零
,但在工程上一般认为换路后,经过4 ~ 5 时间过渡过程即结
束。如图所示曲线分别为 uC 、i 、uR 随时间变化的曲线。
uC,uR
i
U
uC
t
t
uR
-U
US R
例 4-3 在图中,开关S长期合在位置1上,当t 0 时把它
合在位置2上,求换路后电容元件上电压uC和放电电流 i 。
第一节 储能元件和换路定则
由于电路结构(例如电路的接通、断开、短路等)或参
数的变化而引起电路从一种状态转变到另一种状态称之为换路

当初始时刻无储能,电容、电感中储存的能量与任一时刻
电压与电流的关系为

第四章暂态基础与暂态技术

第四章暂态基础与暂态技术

根据电化学极化方程式
正,所以dη=-dφ
( ( ) ( )) ρ σ
i = i −i = i0
exp COs
αnFη
CO0
RT
− exp CRs
−βnFη
CR0
RT
( ) di
=
ρ di −
σ di =
dCOs COs
ρ i−
dC
s R
CRs
σ i+
nF RT
ρσ αi + βi dη
( ) R = = − = dηa r di
1、液相传质的三种方式:
• ③、电迁移 • 带电微粒在电场作用下的定向运动: Πx,电= ±ExuoC • (1)淌度uo:单位电场强度作用下带电微
粒的运动速度 • (2)电场强度Ex:
4.2 暂态扩散过程
• 2、浓差极化: –①、浓差极化的含义: –②、研究浓差极化的意义:
•(1)寻求克服浓差极化的方法: •(2)了解浓差极化的作用: •(3)研究电极过程的机理。
4、 暂态研究方法的特点:
• n 研究方法的多样性: • o 结果解析的复杂性: • p 获得信息的全面性: • q 实验时间的短暂性:有利于:
– c 降低甚至消除浓差极化; – d 研究快速进行的电极过程; – e 研究性质相对较不稳定,易于变化的体系; – f 消除干扰效应,
• r 实验结果的重现性: • s 仪器设备的高要求:
c dt
dt
( ) = Cd
+ d (η −iRl ) dt
η
− iRl
dCd dt
d.暂态电化学极化物理模型的数学表示
在使用微扰技术即激励信号的幅度不太大
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0 0

IIaa((12))
Ua(0) 0
0 zs 2zm Ia(0) 0 0 z(0) Ia(0)
三相对称系统对称分量变换为三个互不耦合的 正、负、零序系统。
式中z(1)、z(2)、z(0)分别称为线路的正序、负序、零序阻抗。 对于静止元件,如线路、变压器等,正序和负序阻抗是相等 的。对于旋转的电机,正序和负序阻抗不相等。
a2I&fa(1) aI&fa(1) a2I&fa(2) aI&fa(2) a2 a I&fa(1) a2 a I&fa(2)
I&fa(1) I&fa(2)
1
aI&fa(1) a2I&fa(2) I&fa(0) 0 a a2 I&fa(1) I&fa(0) 0
根据施加电压、注入电流及不同的短路情况,可有
x(2)
1 2
(
xd
xq )
x(2)
2xd xq xd xq
x(2) xd xq
计及远离机端的短路,因与外部电抗串联,以上三式的结果接近。
实用计算中,取
x(2)
1 2
(
xd
xq )
19
同步发电机的零序电抗
零序电流只产生漏磁通,由于迭绕线圈,零序漏 磁通 小于正序漏磁通。
0
X ms
rms
X mN
rmN
rms rmN
rs jX s jX r rr s
X ms X mN
s 2- N
s
1
2
异步电动机等值电抗、电阻与转差率关系曲线
异步电动机的负序参数可以按转差率为2—s来确定
当转差率增加到一定值,特别在转差率为1~2之间时,曲线变化很缓慢。
因此,异步电动机的负序参数可用s=1,即转子制动情况下的参数来代替,
jxI
jx II
U(0)
jxm(0)
负 载
25
其他接线形式下对应的等值电路
零序励磁电抗xm(0)
对于由三个单相变压器组成的三相变压器组,每相的零序主磁通与
正序主磁通一样,都有独立的铁芯磁路,因此,零序励磁电抗与正
序的相等。对于三相四柱式(或五柱式)变压器,零序主磁通也能在
铁芯中形成回路,磁阻很小,即零序励磁电抗的数值很大(也即励
对称 系统
思想: 把不对称的三相系统分解为相序分别为正 、负、零的三个独立的对称系统的叠加
4
• 三个不对称相量可以分解为三组对称相量
FFaa((12)) Fa(0)
1 3
1 1 1
a a2
1
a2 a

FFba
1
Fc
FS T 1 • FP
若F为电流I,则:
&I = 1
3 a(0)
I&fa(1) I&fa(0)
2
序分量关系: I&fa(1) I&fa(2) I&fa(0)
12
序电压方程和边界条件联立求解
Ufa(1) Ea Ifa(1) z(1)
Ufa(2) Ifa(2) z(2)
Ufa(0) Ifa(0) z(0)
Ufa(1) Ufa(2) Ufa(0) 0
15
§4-3 同步发电机的负序和零序电抗
同步发电机对称运行
只有正序电流存在,电机的参数为正序参数,稳态时同步电抗为
等是正序电抗 ;暂态过程 xd xd xq 都属于正序电抗。
x
d
xq
一.同步发电机不对称短路时的高次谐波(负序电流的影响)
短路电流 iabc 中包含周期分量和非周期分量,因不对称短路, Iω不对称。
序电压方程 边界条件
Ifa (1)
z (1)
Ufa 0 z(2)
z(0)
14
求解不对称故障中短路电压和电流的计算步骤
1.针对短路情况,列出边界条件 2.根据边界条件,推导出序分量关系 3.结合序分量关系和三序电压方程,画出复合序网图 4.结合复合序网图,求解电流和电压的序分量值 5.根据求出的电压、电流序分量值,带入P87公式4-4 中求解短路点处对应的电压和电流值(边界条件值除 外)

I4
f
f
脉动磁场


If
f
_ f 2
f 3
f 3
If 3
f 3
这些高次谐波分量与定子直流分量一样衰减,最后衰减为零。
①不对称短路时,输电线路中出现强大的高次谐波干扰; ②施加负序电流(压),机端不仅仅出现负序电压(流)。
18
同步发电机的负序电抗
定义:
x(2)
U(2) I (2)
磁电流很小)。以上两种变压器,在短路计算中都可以当作xm0=∞,
即忽略励磁电流,认为励磁支路断开。
I0
I0
I0
I0
I0
I0
30
3I0
三个单相变压器组成的三相变压器组
3I0
三相四柱式变压器
27
对于三相三柱式变压器,由于三相零序磁通大小相等,相位相同,
主磁通不能在铁芯中构成回路,而必须经过气隙由油箱壁中返回,
z(0)
Ifa(0) Ufa ( 0)
正序序网图
负序序网图
零序序网图
9
z (1)
Ifa(1)
Ea
Ufa (1)
正序序网图
z(2)
Ifa(2)
Ufa ( 2)
负序序网图
z(0)
Ifa(0) Ufa ( 0)
零序序网图
故障点的序电压方程
Ufa(1) Ea Ifa(1) z(1) Ufa(2) Ifa(2) z(2) Ufa(0) Ifa(0) z(0)
I5
2 f
2 f
3
3
4 f 4 f
脉动磁场
转 子
If 2
f 2
If 4
f 4
这些高次谐波均由定子电流基频负序分量所派生,而后者又与基频 正序分量密切相关。所以,在暂态过程中,这些高次谐波分量和基频正 序分量一样衰减,至稳态时仍存在。
17
定子直流分量iα引起的高次谐波

I
I2 I2 (1) I2 (2)
即 x2 x
21
§4-5 变压器的零序电抗和等值电路
变压器的正序电抗为两个绕组漏抗之和(双绕组变压器),即稳态运 行时的电抗(电力系统稳态分析中),负序电抗和正序相同。
对于零序电抗,当在变压器端点施加零序电压时,其绕组中有无零序 电流,以及零序电流的大小与变压器三相绕组的接线方式和变压器的结 构密切相关。
Ia Ib Ic
由上式可得,三相系统为三角形接法和没有中性线 的星型接法时,三相电流之和为0,零序电流不存在 ;只有在有中性线的星型接法中才存在零序电流
5
§4-2 对称分量法在不对称故障分析中的应用
一. 三相阻抗的对称分量
对于三相对称元件,各序分量是独立的。
正序电流
三序分量
负序电流
零序电流
三相静止对称元件:
要遇到很大的磁阻,这时的励磁电抗比正、负序等值电路中的励
磁电抗小得多,在短路计算中,应视为有限值,其值一般由实验
方法确定,大致取xm0=0.3~1.0。
I(0) I(0) I(0)
(0) (0) (0)
三相三柱式变压器
28
二、三绕组变压器
三绕组变压器中,总有一个绕组结成三角形, 可不计零序励磁电抗。(YNdyn, YNdy , YNdd)
正序压降 负序压降 零序压降
zab zbc zac zm
zaa
zaa zbb zcc zs
zab zbb
zac
zcc
zbc
6
U a
zaa
z ab
z
ac
I a
zs
z m
z
m
I a
Ub
z ba
z bb
z bc
Ib
z m
z s
z
m
Ib
Uc
z ca
z cb
z cc
Ic
是表征了网络结构和故障前 运行方式的序电压方程
10
单相短路接地分析计算
单相接地短路故障的相分量边界条件: Ufa 0 Ifb Ifc 0
用序分量表示为:Ufa Ufa(1) Ufa(2) Ufa(0) 0
? I&fb a2I&fa(1) aI&fa(2) I&fa(0) 0 I&fc aI&fa(1) a2I&fa(2) I&fa(0) 0
序分量关系: Ifa(1) Ifa(2) Ifa(0)
11
用序分量表示为:Ufa Ufa(1) Ufa(2) Ufa(0) 0
I&fb a2I&fa(1) aI&fa(2) I&fa(0) 0 I&fc aI&fa(1) a2I&fa(2) I&fa(0) 0
a2 I&fa(1) aI&fa(2) I&fa(0) aI&fa(1) a2I&fa(2) I&fa(0) 1 aI&fa(1) a2I&fa(2) I&II
U(0)
jx II
jxI
jxIII
U(0)
jx II
Ndyn
YNdy
分析方法与双绕组变压器相同
29
§4-6 输电线路的零序阻抗和电纳
一、双绕组变压器
零序电压施加在Y、d侧
U(0)
因在三相绕组端并联施加零序电压,端点
等电位,故I(0) 0 , 用阻抗表示为:x(0) 即开路。
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