第7章 电磁感应 暂态过程

定子绕组电磁暂态过程
定子绕组电磁暂态过程是指在电机启动、停止或发生故障时，定子绕组中电流和磁场的变化过程。

这个过程对电机的运行和保护都有着重要的影响。

在电机启动时，定子绕组中的电流会逐渐增加，磁场也会随之增强。

这个过程称为电机的启动暂态过程。

在这个过程中，电机的转矩和转速都会逐渐增加，直到达到额定值。

如果电机启动时负载过大，电流会急剧增加，可能会导致电机过载或烧毁。

在电机停止时，定子绕组中的电流会逐渐减小，磁场也会随之减弱。

这个过程称为电机的停止暂态过程。

在这个过程中，电机的转矩和转速都会逐渐减小，直到停止。

如果电机停止时负载过大，电流会急剧减小，可能会导致电机反电动势过高，损坏电机。

在电机发生故障时，定子绕组中的电流和磁场会发生剧烈变化，这个过程称为电机的故障暂态过程。

例如，当电机出现短路故障时，定子绕组中的电流会急剧增加，可能会导致电机过载或烧毁。

当电机出现开路故障时，定子绕组中的电流会急剧减小，可能会导致电机反电动势过高，损坏电机。

为了保护电机，我们需要对电机的暂态过程进行分析和计算。

例如，在电机启动时，我们需要计算电机的起动电流和起动时间，以确保电机能够正常启动。

在电机停止时，我们需要计算电机的制动电流
和制动时间，以确保电机能够安全停止。

在电机发生故障时，我们需要及时检测和处理故障，以避免电机受损。

定子绕组电磁暂态过程是电机运行和保护中不可忽视的重要因素。

我们需要深入研究电机的暂态过程，以确保电机能够安全、稳定地运行。

电磁感应与暂态过程要点第七章电磁感应与暂态过程一电磁感应与暂态过程教学内容1．法拉第电磁感应定律（1）电磁感应现象（2）法拉第电磁感应定律2．楞次定律（1）楞次定律的两种表述（2）考虑楞次定律后法拉第电磁感应定律的表达式3．动生电动势（1）动生电动势与洛仑兹力（2）动生电动势的计算（3）交流发电机基本原理4．感生电动势（1）感生电动势与感生电场（2）感生电场的性质（3）感生电动势的计算（4）电子感应加速器5．自感和互感（1）自感现象（2）自感系数和自感电动势（3）互感现象（4）互感系数和互感电动势（5）互感线圈的串联（6）感应圈6．涡电流（1）涡电流热效应的应用与危害（2）电磁阻力（3）趋肤效应7．磁场能量（1）自感磁能（2）互感磁能（3）磁能密度8．暂态过程（1）RL电路的暂态过程（2）RC电路的暂态过程（3）RLC电路的暂态过程说明与要求：1．本章介绍电磁感应现象、规律及应用。

2．本章重点是1、3、4、5节，难点是感生电场概念及RLC电路的暂态过程。

3．RLC电路只要求列出方程，给出结果，讲清物理意义。

电流计内容可在实验课中研究。

二、电磁感应与暂态过程教学目标三 电磁感应与暂态过程重难点分析重点：法拉第电磁感应定律和楞次定律，动生电动势和感生电动势及磁场的能量。

难点：感生电场的概念及感生电动势的计算，磁场能量的计算及暂态过程的理解。

（一）电磁感应现象采用实验归纳的方法得出：当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，线圈中就产生电流，这种现象就称为电磁感应现象。

电磁感应现象中产生的电流称为感应电流，形成感应电流的电动势称为感应电动势。

电磁感应现象产生的条件是：穿过回路的磁通量（不论什么原因）发生了变化。

在一个回路里，假若有磁通量穿过，但磁通量并没有变化，则此回路中是没有感应电动势的。

由于穿过一个回路的磁通量可表示为：⎰⎰⎰⎰=⋅=Φssds B s d B θcos ρρ式中B ρ为磁感应强度，s d ρ为回路上的有向面积元，θ为B ρ与s d ρ的夹角，所以无论B 、s 、θ中任意一个量的变化，均将引起穿过回路的磁通量的变化，从而产生感应电动势。

短路：是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

产生短路原因：电气设备载流部分的相间绝缘或向对地绝缘被损坏。

重合闸：当短路发生后断路器迅速断开，是故障部分与系统隔离，经过一定时间再将断路器合上。

电力系统的短路故障有时也称为横向故障，因为它是相对相（或相对地）的故障纵向故障：断线故障短路危害：短路电流增大，热效应，电动力冲击，电网中电压降低，造成大面积停电。

短路类型：三相短路，两相短路，单相接地短路，两相接地短路。

无限的大功率电源：是指电力系统中，电源距离短路点较远时由短路引起的电源输出功率的变化远小于电源的的容量。

无限大功率电源特点：1电源电压和频率保持恒定。

2内阻抗为零判断：若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时，则可认为供电电源为无限大功率电源。

无限大功率电源：基频交流分量不衰减，直流分量衰减。

无论是定子短路电流还是励磁回路电流，在突然短路瞬间均不突变，即三相定子电流均为0，励磁回路电流等于if|0|当短路发生在电感电路中、短路前为空载的情况下直流分量电流最大，若初始相交满足|α-φ|=90°，则一相短路电流的直流分量起始值的绝对值达到最大值，即等于稳态短路电流幅值。

短路冲击电流：短路电流在前述最恶劣短路情况下的最大瞬间值。

冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定度派克变换：是一种坐标系数的变换，是将静止的a、b、c坐标系统表示的电磁量转化成与转子一起旋转的d、q两相直角坐标系统和静止的O轴系统的电磁量，变系数微分方程转化成常系数微分方程。

（1）同步发电机在三相突然短路后，短路电流中除了基频交流分量外，还有直流分量和两倍基频交流分量。

（2）短路电流基频交流分量初始幅值很大，经过衰减而到稳定值。

基频交流分量的初始值是由次暂态电动势和次暂态电抗或暂态电动势和暂态电抗决定的。

短路电流稳态值总是由空载电动势稳态值和x d决定的（3）直流分量的衰减规律主要取决于定子电阻和定子的等值电抗。

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 jisuanelectromagnetic 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/;L0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。

第七章 电磁感应和暂态过程一、选择题1、一导体圆线在均匀磁场中运动，能使其中产生感应电流的一种情况是（）A 、线圈绕自身直径轴转动，轴与磁场方向平行。

B 、线圈绕自身直径轴转动，轴与磁场方向垂直C 、线圈平面垂直于磁场并沿垂直于磁场方向平移。

D 、线圈平面平行于磁场并沿垂直磁场方向平移。

答案：B 2、一闭合正方形线圈放在均匀场中，绕通过其中心且与一边平行的转轴OO`转动，转轴与磁场方向垂直，转动角速度为ω，如图所示，用下述哪一种办法可以使线圈中感应电流的幅值增加到原来的两倍（导线的电阻不能忽略）？（）A 、把线圈的匝数增加到原来的两倍。

B、把线圈的面积增加到原来的两倍，而形状不变C 、把线圈切割磁力线的两条边增长到原来的两倍D 、把线圈的角速度ω增大到原来的两倍 答案：D 3、两根无限长平行直导线载有大小相等方向相反的电流I,I 以dI/dt 的变化率增长,A 、线圈中无感应电流 B 、线圈中感应电流为顺时针方向C 、线圈中感应电流为逆时针方向D 、线圈感应电流方向不确定 答案：B 4、一块铜板放在磁感应强度正在增大的磁场中，铜板中出现涡流（感应电流），则涡流将（） A 、加速铜板中磁场的增加 B 、减缓铜板中磁场的增加C 、对磁场不起作用D 、使铜板中磁场反向 答案：B 5、一无限长直导体薄板宽为l ，板面与Z 轴垂直，板的长度方向沿Y 轴，板的两侧与一个伏特计相接，如图，整个系统放在磁感应强度为B 的均匀磁场中，B的方向沿Z 轴正方向，如果伏特计与导体平板均以速度v向 Y 轴正方向移动，则伏特计指示的电压值为（） A 、0 B 、vBl 21 C 、vBl D 、vBl2 答案：A6、半径为a 的圆线圈置于磁场强度为B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈电阻为R ；当把线圈转动使其法向与B的夹角60=α时，线圈中已通过的电量与线圈面积及转动的时间的关系是（）A 、与线圈面积成正比，与时间无关B 、与线圈面积成正比，与时间成正比C 、与线圈面积成反比，与时间成正比D 、与线圈面积成反比，与时间无关 答案：A 7、将形状完全相同的铜环和木环静止放置，并使通过两环面的磁通量时间的变化率相等，则（） A 、铜环中有感应电动势，木环中无感应电动势 B 、铜环中感应电动势大，木环中感应电动势小C 、铜环中感应电动势小，木环中感应电动势大D 、两环中感应电动势相等 答案：D 8、在无限大长的载流直导线附近 放置一矩形闭合线圈，开始时线圈与导线在同一平面内，且线圈中两条边与导线平行，当线圈以相同的速率作如图所示的三种不同方向的平动时，线圈中的感应电流（） A 、以情况Ⅰ中为最大 B 、以情况Ⅱ中为最大C 、以情况Ⅲ中为最大D 、在情况Ⅰ和Ⅱ中相同 答案：B9、在两个永久磁极中间放置一圆形线圈，线圈的大小和磁极大小约相等，线圈平面和磁场方向垂直，今欲使线圈中产生逆时针方向（俯视）的瞬时感应电流I （如图），可选择下列哪一个方法？（）A 、把线圈在自身平面内绕圆心旋转一个小角度B 、把线圈绕通过其直径的OO`轴转一个小角度C 、把线圈向上平移D 、把线圈向右平移 答案：C10、 一个圆形线环，它的一半放在一分布在方形区域的匀强磁场B欲使圆线环中产生逆时针方向的感应电流，应使（）A 、线环向右平移B 、线环向上平移C 、线环向左平移D 、磁场强度减弱 答案：C 11、 如图所示，一载流螺线管的旁边有一圆形线圈，欲使线圈产生图示方向的感应电流I A 、载流螺线管向线圈靠近 B 、载流螺线管离开线圈C 、载流螺线管中电流增大D 、载流螺线管中插入铁芯 答案：B12、 在一通有电流I 的无限长直导线所在平面内，有一半径为r ，电阻为R 的导线环，环中心距直导线为a ，如图所示，且a 》r,当直导线的电流被切断后，沿着导线环流过的电量约为（）A 、⎪⎭⎫ ⎝⎛+-r a a R Ir 11220πμ B 、a ra R Ir +ln 20πμ C 、aRIr 220μ D 、rRIa 220μ13、 如图所示，一矩形线圈，放在一无限长载流直导线附近，开始时线圈与导线在同一平面内，矩形的长边与导线平行，若矩形线圈以图（1）、（2）、（3）、（4）A 、以图（1）所示方式运动。

电磁暂态计算的原理和应用1. 什么是电磁暂态计算？电磁暂态计算是指通过数学模型和计算方法，对电力系统中的暂态过程进行仿真和分析的一种方法。

在电力系统中，暂态过程是指电气设备运行状态发生变化时，电压、电流和功率等参数发生瞬间变化的现象。

电磁暂态计算可以精确地预测和分析电力系统的暂态行为，从而提供指导和支持电力系统的设计和运行。

2. 电磁暂态计算的原理电磁暂态计算基于电磁场理论和电路理论，通过建立电力系统的数学模型，并利用相应的计算方法和算法，对暂态过程进行仿真和计算。

其主要原理包括以下几个方面：•电磁场理论：电磁暂态计算基于电磁场理论，通过对电力系统中电场和磁场的计算和分析，可以得到电压、电流和功率等暂态参数的变化规律。

•电路理论：电磁暂态计算也基于电路理论，将电力系统抽象为电路模型，利用电路的参数和拓扑关系，进行电磁场的传输和变化计算。

•数值计算方法：电磁暂态计算利用数值计算方法和算法，如有限元法、有限差分法和有限体积法等，对电力系统的数学模型进行离散化和求解，从而得到电磁暂态的仿真结果。

3. 电磁暂态计算的应用3.1 电力系统设计电磁暂态计算在电力系统设计中起到重要的作用。

通过对电力系统暂态过程的计算和分析，可以评估设备的运行安全性和可靠性，优化电力系统的设计方案。

例如，在配电系统的设计中，可以通过电磁暂态计算来分析电容器开关的合闸过程中是否会产生过电压，从而选择合适的开关参数和保护装置。

3.2 电力系统运行电磁暂态计算也可以用于电力系统的运行管理和故障分析。

通过对电力系统暂态行为的模拟和计算，可以提前预测设备的暂态响应，帮助运维人员及时采取措施，保障电力系统的正常运行。

例如，在变电站运行中，可以利用电磁暂态计算来评估过电流和过电压等暂态问题，指导操作人员进行相应的控制和维护。

3.3 电力系统教育培训电磁暂态计算也在电力系统教育培训中得到了广泛应用。

通过电磁暂态计算软件的使用，可以对电力系统的暂态过程进行可视化展示，并进行交互式实验。

电磁暂态过程电磁暂态过程是指在电路中出现突然的电磁信号变化时，系统的电流、电压和功率等参数发生瞬时变化的过程。

电磁暂态过程在电力系统、通信系统等各个领域都有着重要的应用和影响。

电磁暂态过程的起因可以是电源开关的操作、电力设备的故障、雷击等原因。

当这些突发事件发生时，电路中的电感、电容和电阻等元件会形成一个振荡回路，导致电流和电压发生瞬时变化。

这种变化过程可以分为自由振荡和受阻振荡两种情况。

在自由振荡的情况下，电磁暂态过程的特点是电路中的电流和电压会不断地振荡，直到能量耗散完为止。

这种情况下，电路中的电感和电容起着重要的作用。

电感会产生电流的延迟效应，而电容则会导致电压的延迟效应。

在振荡过程中，电流和电压的振幅会逐渐减小，直到最终趋于稳定。

受阻振荡是指电路中存在阻尼效应的振荡过程。

在这种情况下，电路中的电阻会耗散振荡的能量，使得电流和电压的振幅逐渐减小，最终趋于稳定。

阻尼比越大，振荡衰减的速度越快。

电磁暂态过程不仅会对电路中的元件产生影响，还会对周围的设备和系统产生干扰。

例如，在电力系统中，电磁暂态过程会对发电机、变压器和线路等设备产生冲击，甚至导致设备的损坏。

因此，对电磁暂态过程的分析和处理是电力系统设计和运行中的重要问题。

为了减小电磁暂态过程对系统的影响，可以采取一系列的措施。

例如，在电力系统中可以采用避雷器、绝缘子等设备来保护系统不受雷击的影响。

在通信系统中，可以采用屏蔽和滤波等技术来减小电磁干扰。

电磁暂态过程是电路中出现突然电磁信号变化时的反应过程。

它具有自由振荡和受阻振荡两种情况，会对电路中的元件以及周围的设备和系统产生影响。

因此，在电力系统和通信系统的设计和运行中，需要对电磁暂态过程进行分析和处理，以减小其对系统的影响。