习题和思考题 3-1.什么叫短路？短路的类型有哪些？造成短路故障的原因有哪些？短路有哪些危害？短路电流计算的目的是什么？ 答：所谓短路，就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接等。其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著的变化。 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。三相短路称为对称短路，其余均称为不对称短路。在供电系统实际运行中，发生单相接地短路的几率最大，发生三相对称短路的几率最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。 供电系统发生短路的原因有： （1）电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。 （2）运行人员不遵守操作规程发生的误操作。如带负荷拉、合隔离开关（部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置），检修后忘拆除地线合闸等； （3）自然灾害。如雷电过电压击穿设备绝缘，大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。 发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大减小，短路电流与正常工作电流相比增加很大（通常是正常工作电流的十几倍到几十倍）。同时，系统电压降低，离短路点越近电压降低越大，三相短路时，短路点的电压可能降低到零。因此，短路将会造成严重危害。 （1）短路产生很大的热量，造成导体温度升高，将绝缘损坏； （2）短路产生巨大的电动力，使电气设备受到变形或机械损坏； （3）短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏,例如,异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热而烧坏； （4）短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便； （5）严重的短路影响电力系统运行稳定性，使并列的同步发电机失步，造成系统解列，甚至崩溃； （6）单相对地短路时，电流产生较强的不平衡磁场，对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰，影响其正常工作。 计算短路电流的目的是: （1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
凸极同步发电机电磁计算程序 额定数据和主要尺寸 1．额定电压 U N V 600= 2．额定转速 n N 1500/m in r = 3．额定频率 ?HZ 50= 4．额定功率因数 cos ?=0.8 5．额定电流 80N I A = 6．相数 m=3 7．确定功率: 600800.8 1.173.16P k w = ???= 8．根据功率取对应T2X-250L 电机，额定功率75N P k w = 9．效率 91.4% η = 10．极数 2p 120120504 1500 N f n ?== = 11．计算功率： ' 1.0875 101.25c o s 0.8 E N K P P k w ? ?= = = 式中 1.08 E K =（对于同步发电机取值） 12．极弧系数：极弧长度(0.630.72)p b τ =～
取'p α= 0.67 p b τ = 13．气隙磁密 (0.7 1.07B T δ=～ 取0.8B T δ = 14．取线负荷 280/280/ A K A m A c m == 15．电机的计算体积 3 ' 2 '16.110 il p B d p N P D le f K K A B n δ α ? ???= ? ?? 3 3 3 3 6.110101.2510 0.67 1.110.92280000.81500 27.110 m -???= ?????=? 16．主要尺寸比：0.6 2.5 λ =～ 17．定子铁心内径取值范围 il D = 0.23990.3860m = =～ 18．定子铁心铁外径： ()111.42 1.420.23990.3407i D D m ===～0.3860～0.5481 按标准选取1 430D m m = 则定子内径： 11430302.823001.42 1.42 i D D c m m m = =≈≈ 19．定子铁心有效长度： 2 3 122 1 27.110 0.30113000.3 i i D lef l lef m m m D -??≈= = ≈≈ 20．定子铁心净长度： ()3000.92276F et F et k k F et l K l n b K l m m =-= ?=?= 式中F e t K =0.92(对0.5mm 厚硅钢片) 在对发电机的计算中,k k n b 不计入F e t l 中
C程序中可使用不同类型的变量来进行延时设计。经实验测试，使用unsigned char类型具有比unsigned int更优化的代码，在使用时 应该使用unsigned char作为延时变量。以某晶振为12MHz的单片 机为例，晶振为12M H z即一个机器周期为1u s。一. 500ms延时子程序 程序: void delay500ms(void) { unsigned char i,j,k; for(i=15;i>0;i--) for(j=202;j>0;j--) for(k=81;k>0;k--); } 计算分析: 程序共有三层循环 一层循环n:R5*2 = 81*2 = 162us DJNZ 2us 二层循环m:R6*(n+3) = 202*165 = 33330us DJNZ 2us + R5赋值 1us = 3us 三层循环: R7*(m+3) = 15*33333 = 499995us DJNZ 2us + R6赋值 1us = 3us
循环外: 5us 子程序调用 2us + 子程序返回2us + R7赋值 1us = 5us 延时总时间 = 三层循环 + 循环外 = 499995+5 = 500000us =500ms 计算公式:延时时间=[(2*R5+3)*R6+3]*R7+5 二. 200ms延时子程序 程序: void delay200ms(void) { unsigned char i,j,k; for(i=5;i>0;i--) for(j=132;j>0;j--) for(k=150;k>0;k--); } 三. 10ms延时子程序 程序: void delay10ms(void) { unsigned char i,j,k; for(i=5;i>0;i--) for(j=4;j>0;j--) for(k=248;k>0;k--);
C++运行时间的代码 如何获取代码运行时间在调试中，经常需要计算某一段代码的执行时间，下面给出两种常用的方式： 第一种：使用GetTickCount函数 #include 第1章电力系统电磁暂态概述 1.1 电力系统电磁暂态现象.................................................................................... 1.2 电力系统电磁暂态分析的目的........................................................................ 1.3 电力系统电磁暂态研究的方法........................................................................ 1.4 电力系统电磁暂态仿真的特点........................................................................ 1.5 电力系统数字仿真............................................................................................ 思考与练习题 1.1 电力系统电磁暂态现象 (2) 1.2 电力系统电磁暂态分析的目的 (4) 1.3 电力系统电磁暂态研究的方法 (5) 1.4 电力系统电磁暂态的特点 (7) 1.4.1 频率范围广 (7) 1.4.2 元件模型因计算目的而异 (8) 1.4.3 行波现象和分布参数 (10) 1.4.4 非线性元件和开关操作 (16) 1.4.5 元件参数的频率特性 (17) 1.4.6 时间跨度的要求 (18) 1.5 电力系统数字仿真 (18) 1.5.1 电力系统数字仿真的分类 (18) 1.5.2 电力系统数字仿真的优点 (20) 1.5.3 电力系统数字仿真软件 (21) Matlab中计算程序运行时间的三种方法 经常我们需要计算我们程序到底运行多长时间，这样可以比较程序的执行效率。当然这个对于只有几秒钟的小程序没有什么意义，但是对于大程序就有很重要的意义了。 下面我们就说说Matlab中计算程序运行时间的三种常用方法吧！ 注意：三种方法由于使用原理不一样，得到结果可能有一定的差距！ 1、tic和toc组合(使用最多的) 计算tic和toc之间那段程序之间的运行时间，它的经典格式为 1. tic 2. 。。。。。。。。。。 3. toc 复制代码 换句话说程序，程序遇到tic时Matlab自动开始计时，运行到toc时自动计算此时与最近一次tic之间的时间。这个有点拗口，下面我们举个例子说明 1. % by dynamic of Matlab技术论坛 2. % see also https://www.doczj.com/doc/0d2096119.html, 3. % contact me matlabsky@https://www.doczj.com/doc/0d2096119.html, 4. % 2009-08-18 12:08:47 5. clc 6. tic;%tic1 7. t1=clock; 8. for i=1:3 9. tic ;%tic2 10. t2=clock; 11. pause(3*rand) 12. %计算到上一次遇到tic的时间，换句话说就是每次循环的时间 13. disp(['toc计算第',num2str(i),'次循环运行时间：',num2str(toc)]); 14. %计算每次循环的时间 15. disp(['etime计算第',num2str(i),'次循环运行时间：',num2str(etime(clock,t2))]); 16. %计算程序总共的运行时间 17. disp(['etime计算程序从开始到现在运行的时间:',num2str(etime(clock,t1))]); 18. disp('======================================') 19. end 20. %计算此时到tic2的时间，由于最后一次遇到tic是在for循环的i=3时，所以计算 的是最后一次循环的时间 21. disp(['toc计算最后一次循环运行时间',num2str(toc)]) 22. disp(['etime程序总运行时间：',num2str(etime(clock,t1))]); 复制代码 运行结果如下，大家可以自己分析下 1. toc计算第1次循环运行时间： 2.5628 2. etime计算第1次循环运行时间：2.562 内容： Q:如何获取时间？精度如何？ A: 1 使用time_t time( time_t * timer ) 精确到秒 计算时间差使用double difftime( time_t timer1, time_t timer0 ) 2 使用clock_t clock() 得到的是CPU时间精确到1/CLOCKS_PER_SEC秒 3 使用DWORD GetTickCount() 得到的是系统运行的时间精确到毫秒 4 如果使用MFC的CTime类，可以用CTime::GetCurrentTime() 精确到秒 5 要获取高精度时间，可以使用 BOOL QueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER *lpFrequency)获取系统的计数器的频率 BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER *lpPerformanceCount)获取计数器的值 然后用两次计数器的差除以Frequency就得到时间。 6 还有David的文章中提到的方法： Multimedia Timer Functions The following functions are used with multimedia timers. timeBeginPeriod/timeEndPeriod/timeGetDevCaps/timeGetSystemTime timeGetTime/timeKillEvent/TimeProc/timeSetEvent 精度很高 Q:GetTickCount()函数，说是毫秒记数，是真的吗，还是精确到55毫秒？ A: GetTickCount()和GetCurrentTime()都只精确到55ms(1个tick就是55ms)。如果要精确到毫秒，应该使用timeGetTime函数或QueryPerformanceCounter函数。具体例子可以参考QA001022 "VC++中使用高精度定时器"、QA001813 "如何在Windows实现准确的定时"和QA004842 "timeGetTime函数延时不准"。 Q:vc++怎样获取系统时间，返回值是什么类型的变量呢？ GetSystemTime返回的是格林威志标准时间 GetLocalTime，和上面用法一样，返回的是你所在地区的时间，中国返回的是北京时间VOID GetSystemTime( LPSYSTEMTIME lpSystemTime // address of system time structure ); 函数就可以获得了，其中LPSYSTEMTIME 是个结构体 含：年，月，日，周几，小时，分，秒，毫秒。 以下是Time的MSDN文档: Compatibility in the Introduction. Libraries LIBC.LIBSingle thread static library, retail versionLIBCMT.LIBMultithread static library, retail versionMSVCRT.LIBImport library for MSVCRT.DLL, retail version Return Value time returns the time in elapsed seconds. There is no error return. Parameter timer Storage location for time Remarks 各种计算电磁学方法比较和仿真软件 各种计算电磁学方法比较和仿真软件微波EDA 仿真软件与电磁场的数值算法密切相关，在介绍微波EDA 软件之前先简要的介绍一下微波电磁场理论的数值算法。所有的数值算法都是建立在Maxwell 方程组之上的，了解Maxwell 方程是学习电磁场数值算法的基础。计算电磁学中有众多不同的算法，如时域有限差分法（FDTD ）、时域有限积分法（FITD ）、有限元法（FE）、矩量法（MoM ）、边界元法（BEM ）、谱域法（SM）、传输线法（TLM ）、模式匹配法（MM ）、横向谐振法（TRM ）、线方法（ML ）和解析法等等。在频域，数值算法有：有限元法（ FEM -- Finite Element Method）、矩量法（MoM -- Method of Moments ），差分法（ FDM -- Finite Difference Methods ），边界元法（ BEM --Boundary Element Method ），和传输线法 （ TLM -Transmission-Line-matrix Method ）。在时域，数值算法有：时域有限差分法（ FDTD - Finite Difference Time Domain ），和有限积分法（ FIT - Finite Integration Technology ）。这些方法中有解析法、半解析法和数值方法。数值方法中又分零阶、一阶、二阶和高阶方法。依照解析程度由低到高排列，依次是：时域有限差分法（FDTD ）、传输线法（TLM ）、时域有限积分法（FITD ）、有限元法（FEM ）、矩量法（MoM ）、线方法（ML ）、边界元法（BEM ）、谱域法（SM ）、模式匹配法 Qt系统运行时间差计算 在网上查了很多资料，发觉网上很多用Qt写的系统运行时间差的例子写的都不是很全，今天自己研究了一下，可以成功得显示日时分秒，觉得不错，就与大家分享了 #include 第一章作业参考答案 一、简答题 1、电力系统的干扰指什么？什么情况下的干扰最大？ 答：电力系统的干扰指任何可以引起系统参数变化的事件。例如短路故障、电力元件的投入和退出等。其中短路造成的干扰最大。 2、为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？ 答：由于实际电力系统的参数时时刻刻都在变化，所以电力系统总是处在暂态过程之中，如果系统参数在某组数值附近作微小的持续变化，则描述电力系统运行状态的运行参量持续在某一平均值附近做微小的变化，我们就认为其运行参量保持平均值不变，即系统处于稳定工作状态。由此可见系统的稳定运行状态实际是一种相对稳定的工作状态。 3、为简化计算，在电力系统电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析中都采用了那些基本假设？ 答：电磁暂态分析过程中假设系统频率不变，即认为系统机电暂态过程还没有开始；机电暂态过程中假设发电机内部的机电暂态过程已经结束。 4、简述电力系统的故障类型 答：电力系统的故障主要包括短路故障和断线故障。短路故障（又称横向故障）指相与相或相与地之间的不正常连接，短路故障又分为三相短路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地，各种短路又有金属性短路和经过渡阻抗短路两种形式。三相短路又称为对称短路，其他三种短路称为不对称短路；在继电保护中又把三相短路、两相短路称为相间短路，单相接地短路和两相短路接地称为接地短路。断线故障（又称纵向故障）指三相中一相断开（一相断线）或两相断开（两相断线）的运行状态。 5、简述电力系统短路故障的危害 答：短路的主要危害主要体现在以下方面： 1）短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害； 2）短路时电压大幅度下降引起的危害； 3）不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。 6、简述断线的特点及危害 答：断线的特点是不会出现大的电流和低电压，但由于三相不对称，将在系统中产生负序和零序电流，所以断线的主要危害是负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。 7、电力系统故障分析中电压基准值、变压器变比通常如何选择？这样选择的目的是什么？ 答：电力系统故障分析中电压基准值通常选择基本级的平均额定电压作为电压基准值，变压器的变比 11KW 变频起动永磁同步电动机电磁设计程序 及电磁仿真 1永磁同步电动机电磁设计程序 1.1额定数据和技术要求 除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位，尺寸以cm(厘米)、面积以cm 2(平方厘米)、电压以V （伏）、电流以A （安）、功率和损耗以（瓦）、电阻和电抗以Ω（欧姆）、磁通以Wb(韦伯)、磁密以T(特斯拉)、磁场强度以A/cm(安培/厘米)、转矩以N （牛顿）为单位。 1额定功率kw P n 11= 2相数 31=m 3额定线电压V U N 3801= 额定相电压Y 接法V U U N N 39.2193/1== 4额定频率50f HZ = 5电动机的极对数P =2 6额定效率87.0, =N η 7额定功率因数78.0cos , =N ? 8失步转矩倍数2.2* =poN T 9起动转矩倍数2.2* =stN T 10起动电流倍数2.2* =stN I 11额定相电流62.2478.087.039.21931011cos 105 , ,15=????=?=A U m P I N N N N N ?η 12额定转速1000=N n r/min 13额定转矩m N n P T N N N .039.1051000 11 55.91055.93=?=?= 14绝缘等级:B 级 15绕组形式:双层叠绕Y 接法 1.2主要尺寸 16铁心材料DW540-50硅钢片 17转子磁路结构形式:表贴式 18气隙长度cm 07.0=δ 19定子外径cm D 261= 20定子内径cm D i 181= 21转子外径86.17)07.0218(212=?-=-=cm D D i δ 22转子内径cm D i 62= 23定,转子铁心长度cm l l 1521== 24铁心计算长度cm l l a 152== 铁心有效长度cm cm l l a ef 14.15)07.0215(2=?+=+=δ 25定子槽数136Q = 26定子每极每相槽数332/362/11??==p m Q q =2 27极距cm P D i p 728.932/1814.32/1=??==πτ 28定子槽形:梨形槽 定子槽尺寸 cm h cm r cm b cm b cm h 72.153.078.038.008.002110101===== 29定子齿距cm Q D t i 5708.136 181 1 1== = π π 中国电力百科全书·电力系统卷 > D > 电磁暂态过程计算 电磁暂态过程计算dianci zantai guocheng jisuan electromagnetic transient calculation 用数值计算方法对电力系统中从微秒至数秒之间的电磁暂态和准稳态过程所进行的计算。它包括：①由系统外部引起的暂态过程如雷电过电压等;②由故障及操作引起的暂态，如操作过电压、工频过电压等;③谐振暂态，如次同步谐振、铁磁谐振等;④控制暂态，如一次与二次系统的相互作用等;⑤电力电子装置及灵活交流输电系统(flexibleAC transmission system，FACTS)、高压直流输电(highvoltage direct current，HVDC)中的快速暂态和非正弦的准稳态过程等各种电磁暂态过程的数字仿真。它为电力系统的安全运行，设备的绝缘设计，保护装置的配置及参数选择，谐波分析及治理，电力电子装置、FACTS、HVDC系统主电路设计和设备自身的控制策略设计等提供重要的手段。 电磁暂态过程计算的数学模型 电力系统的电磁暂态过程受输电线路分布参数特性和参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件(避雷器、变压器、电抗器等)非线性特性的影响。借助于计算机程序，用数值计算方法求解电磁暂态过程，必须建立这些元件和系统的代数或微分、偏微分方程，即计算所用的数学模型。 输电线路模型 单根无损线的波动方程为式(1)和式(2) 式中a为波速，a=1/;L 0和C 为单位长度导线的电感和电容;x为任一点与始端间的距离。这 一方程式的解为式(3)和式(4) F和f是根据边界条件和初值条件决定的任意函数，波阻抗Z=。F(x-at)为前行波，f(x+at)为反行波。由式(3)和式(4)可以得到前行特征方程(5)和反行特征方程(6) 对于前行波来说，如果(x-at)不变，u+Zi就不变。设想一观察者沿x方向以波速a与行波一起前进，由于(x-at)是常数，他所看到沿线任一点的u+Zi也是常数。这样，行波在(t-τ)时刻从线路k端出发时看到的uk(t-τ) +Z ik (t - τ)等于τ时刻以后到达线路m端时看到的um(t) +Z [-i mk(t)]。τ为行波从k到m的传播时间。由此得到 电磁仿真软件心得标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] ——简单有效，如果问题的外部轮廓较为复杂 或者椭球2 轴差距太大，以采用相似形边界或圆柱边界，对于辐射问题，如果估计问题的增 益较低（比如2db），那么边界宜采用球形，此时为了得到结果准确也只好牺牲时间了；另 在hfss 8 中提供了一种新的吸收边界——pml 边界条件，对于这种边界，笔者并不是很满意， 尽管其有效距离为八分之一个中心波长——是老边界的一半，可以减少计算量，然而这种边 界由程序自己生成，为一个立方体的复杂结构，对于一些特殊的复杂问题，这种边界内部有 很多的空间是无用的，此时还不如使用老边界灵活。 2.5、关于开孔 有些问题需要在壁上开孔，此时可以采用2 种办法，其一是老老实实的在模型上挖空；其二是采用hnatrue 边界条件，通常，如果是在面上开孔，将会采用后者，简单，便于修改。 2.6、关于网格划分 当模型建立好了之后，进入计算模块，第一步是给问题划分网格。对于一般问题，让软件自动划分比较省心，但对大型问题和复杂问题，让软件自己划分可能需要很好的耐性来等 待。根据实际经验，在大型模型的结构密集区域或场敏感区域使用人工划分可以得到很好的 效果，有些问题的计算结果开始表现为收敛，但进一步提高精度，却又反弹，问题就在于开 始时场敏感区域的网格划分不够仔细，导致计算结果的偏差。 2.7、关于所需要的精度 计算问题时，一般需要给定一个收敛精度和计算次数以避免程序“陷入计算而无法自拔”，当对模型熟悉后，可以单单给定次数。在问题之初，建议的计算精度不要太高，实际 中曾见到有操作者将问题的s 参数精度设定为0.00001，其实这是完全没有必要的，一般s 参数的精度设定为0.02 左右就已经可以满足绝大部分问题的需要（此时应该注意有无收敛 反弹的情况）。如果是计算次数，对于密闭问题，建议是设定为8～12 次，对于辐射问题， 11KW变频起动永磁同步电动机电磁设计程序 及电磁仿真 1永磁同步电动机电磁设计程序 1.1额定数据和技术要求 除特殊注明外，电磁计算程序中的单位均按目前电机行业电磁计算时习惯使用的单位，尺寸以cm（厘米）、面积以cm2（平方厘米）、电压以V （伏）、电流以A （安八功率和损耗以（瓦）、电阻和电抗以门（欧姆）、磁通以Wb（韦伯）、磁密以T（特斯拉）、磁场强度以A/cm（安培/厘米）、转矩以N （牛顿）为单位。 1额定功率P n =11kW 2相数叶=3 3额定线电压U N1 =380V 额定相电压丫接法U N =U N1 / 3 = 219.39V 4额定频率f =50HZ 5电动机的极对数P=2 6额定效率N =0.87 7额定功率因数cos N =0.78 8失步转矩倍数T；°N =22 9起动转矩倍数T；N =22 10起动电流倍数I；N =2.2 12 额定转速n N =1000r/min 13额定转矩T N二9.55P N 103二 9.55 11 二105.039N.m n N 11额定相电流I N P N X105 0U N N COS N 11 105 3 219.39 0.87 0.78 A-24.62 14绝缘等级:B级 15绕组形式：双层叠绕Y接法 1.2主要尺寸 16铁心材料DW540-50硅钢片 17转子磁路结构形式：表贴式 18气隙长度：=0.07cm 19定子外径D1 =26cm 20定子内径D i1 =18cm 21 转子外径D2二D H—2、=(18 -2 0.07)cm =17.86 22转子内径D i2 =6cm 23定,转子铁心长度h日2 =15cm 24铁心计算长度l a J =15cm 铁心有效长度l ef =la 2、=(15 2 0.07)cm = 15.14cm 25定子槽数Q1 = 36 26定子每极每相槽数q =Q1 /2gp =36/2 3 3=2 27极距巨p =蔥D i1/2P =3.14 18/2 9.728cm 28定子槽形:梨形槽定子槽尺寸 h01= 0.08cm b01= 0.38cm bi = 0.78cm r1 二 0.53cm h o2 = 1.72cm 巧“18^ 29定子齿距t1卩 1.5708cm Q136 South China Normal University 课程设计实验报告 课程名称：计算电磁学 指导老师： 专业班级： 2014级电路与系统姓名： 学号： FDTD算法的MATLAB语言实现 摘要：时域有限差分(FDTD)算法是K.S.Yee于1966年提出的直接对麦克斯韦方 程作差分处理,用来解决电磁脉冲在电磁介质中传播和反射问题的算法。其基本思想是:FDTD计算域空间节点采用Yee元胞的方法,同时电场和磁场节点空间与时间上都采用交错抽样；把整个计算域划分成包括散射体的总场区以及只有反射波的散射场区,这两个区域是以连接边界相连接,最外边是采用特殊的吸收边界,同时在这两个边界之间有个输出边界,用于近、远场转换;在连接边界上采用连接边界条件加入入射波,从而使得入射波限制在总场区域；在吸收边界上采用吸收边界条件,尽量消除反射波在吸收边界上的非物理性反射波。 本文主要结合FDTD算法边界条件特点,在特定的参数设置下，用MATLAB语言进行编程，在二维自由空间TEz网格中，实现脉冲平面波。 关键词：FDTD；MATLAB；算法 1 绪论 1.1 课程设计背景与意义 20世纪60年代以来，随着计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法逐步发展起来，并得到广泛应用，其中主要有：属于频域技术的有限元法（FEM）、矩量法(MM)和单矩法等；属于时域技术方面的时域有限差分法(FDTD)、传输线矩阵法(TLM)和时域积分方程法等。其中FDTD是一种已经获得广泛应用并且有很大发展前景的时域数值计算方法。时域有限差分（FDTD）方法于1966年由K.S.Yee提出并迅速发展，且获得广泛应用。K.S.Yee用后来被称作Yee氏网格的空间离散方式，把含时间变量的Maxwell旋度方程转化为差分方程，并成功地模拟了电磁脉冲与理想导体作用的时域响应。但是由于当时理论的不成熟和计算机软硬件条件的限制，该方法并未得到相应的发展。20世纪80年代中期以后，随着上述两个条件限制的逐步解除，FDTD便凭借其特有的优势得以迅速发展。它能方便、精确地预测实际工程中的大量复杂电磁问题，应用范围几乎涉及所有电磁领域，成为电磁工程界和理论界研究的一个热点。目前，FDTD日趋成熟，并成为分析大部分实际电磁问题的首选方法。 计算程序运行时间time t clock t 计算程序运行时间(time_t,clock_t) 转载我们有时需要得到程序的运行时间，但我们也要知道，根本不可能精 确测量某一个程序运行的确切时间，文献中说的很明白，现摘录如下。 我们平时常用的测量运行时间的方法并不是那么精确的，换句话说，想精 确获取程序运行时间并不是那么容易的。也许你会想，程序不就是一条条指令么，每一条指令序列都有固定执行时间，为什么不好算?真实情况下，我们的计算机并不是只运行一个程序的，进程的切换，各种中断，共享的多用户，网络 流量，高速缓存的访问，转移预测等，都会对计时产生影响。 文献中还提到：对于进程调度来讲，花费的时间分为两部分，第一是计时 器中断处理的时间，也就是当且仅当这个时间间隔的时候，操作系统会选择， 是继续当前进程的执行还是切换到另外一个进程中去。第二是进程切换时间， 当系统要从进程A切换到进程B时，它必须先进入内核模式将进程A的状态保存，然后恢复进程B的状态。因此，这个切换过程是有内核活动来消耗时间的。具体到进程的执行时间，这个时间也包括内核模式和用户模式两部分，模式之 间的切换也是需要消耗时间，不过都算在进程执行时间中了。 那么有哪些方法能统计程序的运行时间呢?通过查找一些资料并结合自己的实践体会，摘录和总结了下面几种方法。 一、Linux的time命令 Linux系统下统计程序运行实践最简单直接的方法就是使用time命令，文 献[1,2]中详细介绍了time命令的用法。此命令的用途在于测量特定指令执行 时所需消耗的时间及系统资源等资讯，在统计的时间结果中包含以下数据： 实际时间(real time)：从命令行执行到运行终止的消逝时间； 用户CPU时间(user CPU time)：命令执行完成花费的系统CPU时间，即命令在用户态中执行时间的总和； 电磁暂态过程数字仿真是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态过程仿真必须考虑输电线路分布参数特性和参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件(避雷器、变压器、电抗器等)的非线性特性。因此，电磁暂态仿真的数学模型必须建立这些元件和系统的代数或微分、偏微分方程。一般采用的数值积分方法为隐式积分法。由于电磁暂态仿真不仅要求对电力系统的动态元件采用详细的非线性模型，还要计及网络的暂态过程，也需采用微分方程描述，使得电磁暂态仿真程序的仿真规模受到了限制。一般进行电磁暂态仿真时，都要对电力系统进行等值化简。电磁暂态仿真程序目前普遍采用的是电磁暂态程序(electromagnetic transients program，简称为EMTP)，1987年以来，EMTP的版本更新工作在多国合作的基础上继续发展，中国电力科学研究院(简称电科院)在EMTP的基础上开发了EMTPE。具有与EMTP相似功能的程序还有加拿大Manitoba直流研究中心的EMTDC／PSCAD、加拿大哥伦比亚大学的MicroTran、德国西门子的NETOMAC等。 机电暂态过程的仿真，主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。电力系统机电暂态仿真的算法是联立求解电力系统微分方程组和代数方程组，以获得物理量的时域解。微分方程组的求解方法主要有隐式梯形积分法、改进尤拉法、龙格-库塔法等，其中隐式梯形积分法由于数值稳定性好而得到越来越多的应用。代数方程组的求解方法主要采用适于求解非线性代数方程组的牛顿法。按照微分方程和代数方程的求解顺序可分为交替解法和联立解法。目前，国内常用的机电暂态仿真程序是电力系统综合程序(PSASP)和中国版BPA电力系统分析程序。国际上常用的有美国PTI 公司的PSS／E，美国EPRI的ETMSP，以及国际电气产业公司开发的程序如：ABB的SIMPOW程序、德国西门子的NETOMAC也有机电暂态仿真功能。 中小型三相感应电动机（单笼转子）电磁计算程序 一． 额定数据及主要尺寸 1． 输出功率P N 2． 外施相电压U N ф，Y 接法3 N N U U = φ，Δ接法N N U U =φ 3． 功电流 φ N N KW U m P I 1= 4． 效率 η’ 按照设计任务书的规定 5． 功率因数cos φ’ 按照设计任务书的规定 6． 极对数p 7． 定转子槽数 Z 1、Z 2 8． 定转子每极槽数 p Z Z p 21 1= 9． p Z Z p 22 2= 10． 定转子冲片尺寸（见图1） 11． 极距 p D i 21 πτ= 12． 定转子齿距 1 1 1Z D t i π= 2 2 2Z D t π= 13． 节距 y —— 以槽数计 14． 转子斜槽宽 b sk （一般取一个定子齿距t 1，也可按需要设计） 15． 每槽导体数 双层线圈 N s1 =2×每线圈匝数 单层线圈 N s1 =每线圈匝数 16． 每相串联导体数 111 11a m Z N N s = φ 17． 绕组线规（估算）1 11 11''''J a I A N c t = I ’1（定子电流初步值）= ' cos '?ηKW I 18． 槽满率 ⑴槽面积 2 )'(222 21 1121r h h b r A s s π+-+= ⑵槽绝缘占面积 双层绕组 )22(112121' b r r h A s t t +++?=π 单层绕组 )2(21'r h A s t t π+?= ⑶槽有效面积 t s ef A A A -= ⑷槽满率 %100211?=ef s t f A d N N S 19． 铁心长l t 铁心有效长 无径向通风道 δ2+=t ef l l 定转子径向通风道不交错 ' 11v v t sf b n l l -= 定转子径向通风道交错 )('22'11v v v v t sf b n b n l l +-= 'v b 由图9查出 净铁长 无径向通风道 t Fe Fe l k l = 有径向通风道 )(v v t Fe Fe b n l k l -= 20． 绕组系数 111p d dp K K K = ⑴分布系数 2sin 2sin 111 αα q q K d = ⑵短距系数 βπ2sin 1 =p K 21． 每相有效串联导体数 11dp K N φ 二． 磁路计算 22． 每极磁通 1 11 11122.24dp dp Nm K fN E fN K K E φφ≈ = 其中φεN L U E )1(' 1-= （假设'1'L E K ε-=） 23． 每极齿部截面积 定子 111p t t Fe t Z b l K A = 转子 222p t t Fe t Z b l K A = 对于非平行齿，则b t 取离最窄齿三分之一齿高处的齿 电力系统电磁暂态概 述 第1章电力系统电磁暂态概述 1.1 电力系统电磁暂态现象..................................................................................... 1.2 电力系统电磁暂态分析的目的......................................................................... 1.3 电力系统电磁暂态研究的方法......................................................................... 1.4 电力系统电磁暂态仿真的特点......................................................................... 1.5 电力系统数字仿真............................................................................................. 思考与练习题 1.1 电力系统电磁暂态现象 (3) 1.2 电力系统电磁暂态分析的目的 (6) 1.3 电力系统电磁暂态研究的方法 (7) 1.4 电力系统电磁暂态的特点 (9) 1.4.1 频率范围广 (9) 1.4.2 元件模型因计算目的而异 (11) 1.4.3 行波现象和分布参数 (13) 1.4.4 非线性元件和开关操作 (20) 1.4.5 元件参数的频率特性 (21) 1.4.6 时间跨度的要求 (22) 1.5 电力系统数字仿真 (22) 1.5.1 电力系统数字仿真的分类 (22) 1.5.2 电力系统数字仿真的优点 (24) 1.5.3 电力系统数字仿真软件 (25)第1章-电力系统电磁暂态概述
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