暂态分析-机电暂态过程分析

电路的暂态分析(总18页)

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--内页可以根据需求调整合适字体及大小-- 第8章 电路的暂态分析

含有动态元件L和C的线性电路，当电路发生换路时，由于动态元件上的能量不能发生跃变，电路从原来的一种相对稳态过渡到另一种相对稳态需要一定的时间，在这段时间内电路中所发生的物理过程称为暂态，揭示暂态过程中响应的规律称为暂态分析。

本章的学习重点：

暂态、稳态、换路等基本概念；

换路定律及其一阶电路响应初始值的求解；

零输入响应、零状态响应及全响应的分析过程；

一阶电路的三要素法；

阶跃响应。

换路定律

1、学习指导

（1）基本概念

从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态需要一定的时间，在这一定的时间内所发生的物理过程称为暂态；在含有动态元件的电路中，当电路参数发生变化或开关动作等能引起的电路响应发生变化的现象称为换路；代表物体所处状态的可变化量称为状态变量，如iL和uC就是状态变量，状态变量的大小显示了储能元件上能量储存的状态。

（2）基本定律

换路定律是暂态分析中的一条重要基本规律，其内容为：在电路发生换路后的一瞬间，电感元件上通过的电流iL和电容元件的极间电压uC，都应保持换路前一瞬间的原有值不变。此规律揭示了能量不能跃变的事实。

（3）换路定律及其响应初始值的求解

一阶电路响应初始值的求解步骤一般如下。

① 根据换路前一瞬间的电路及换路定律求出动态元件上响应的初始值。

② 根据动态元件初始值的情况画出t=0＋时刻的等效电路图：当iL(0＋)=0时，电感元件在图中相当于开路；若iL(0＋)≠0时，电感元件在图中相当于数值等于iL(0＋)的恒流源；当

uC(0＋)=0时，电容元件在图中相当于短路；若uC(0＋)≠0，则电容元件在图中相当于数值等于uC(0＋)的恒压源。

根据t= 0＋时的等效电路图，求出各待求响应的初始值。

2、学习检验结果解析

第２５卷第１０期　２００８年１０月　机　电　工　程　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ＆ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．１０　０ｃｔ．２００８　

合环潮流的暂态过程分析　

刘　磊，禹化然，金　鑫　

（浙江大学电气工程学院，浙江杭州３１００２７）　

摘　要：在进行合环潮流分析时，一般只考虑合环后的稳态量是否引起系统中线路或设备过载，而忽略　

了合环操作的暂态过程。为了解决这一问题，在对合环潮流中环流分量的暂态过程进行时域分析的基　

础上，推导了合环网络中环流的数学表达式，并对各环流分量进行了详细讨论，得出了合环潮流大小的　

主要影响因素。最后用ＰＳＳ／Ｅ对合环过程进行了暂态仿真，暂态仿真实验验证了分析结果的正确性。　

关键词：合环潮流；暂态分析；环流分量；初相位；暂态仿真　

中图分类号：ＴＭ７２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４５５１（２００８）１０—００７４—０３　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｌｏｏｐ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗ’Ｓ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ＬＩＵ　Ｌｅｉ。ＹＵ　Ｈｕａ－ｒａｎ．ＪＩＮ　Ｘｉｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｚ＾ｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１　００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｌｏｏｐ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗ，ｔｈｅ　ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｏｒ　ｔｈａｔ　ｗｏｕｌｄ　ｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｏｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｏｖｅｒｌｏａｄｅｄ　ｉｓ￣ｃｕｓｅｄ　ｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｉｇｎｏｒｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ，ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｏｐ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｔｈａｔ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｌｏｏｐ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗ　ｗｅｒｅ　ｆ０ｕｎｄ．Ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｏｐ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｏｒ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｏｐ　ｐｏｗｅｒ　ｆｌｏｗ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｌｏｏｐ　ｆｌｏｗ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｉｎｉｔｉａｌ　ｐｈａｓｅ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

电力系统电磁暂态分析

Ch1

1.电力系统暂态指电力系统受突然的扰动后，运行参数发生较大的变化即引起电磁暂态、机电暂态过程。电磁暂态是电压电流等电气运行参数的快速变化过程。机电暂态是角速度等机械运行参数的慢速变化。电力系统电磁暂态分析是研究交流电力系统发生短路（断线）后电压电流的变化。

2.元件参数指发电机、变压器、线路的属性参数，运行参数指反映电力系统运行状态的电气、机械参数。

3.故障类型：短路（三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地）、断线（一相断线、两相断线）。对称故障（三相短路）、不对称故障（不对称短路、断线故障）。短路故障（横向故障）、断线故障（纵向故障、非全相运行）。简单故障：指电力系统中仅有一处发生短路或断线故障，复杂故障：指电力系统中有多处同时发生不对称故障。

4.短路危害：短路电流大使设备过热并产生一定的电动力、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。短路计算目的:电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施、电气接线方式的选择。短路解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器。

5. 无限大功率电源指短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率的电源。

6.无限大功率电源的三相突然短路电流：1.短路电流含有二种分量：基频稳态分量、直流暂态分量。2.基频稳态分量比短路前电流大，其大小受短路后回路的阻抗值决定。3.直流暂态分量其大小由短路前电流和短路后电流的交流稳态值决定，并按短路后回路的时间常数Ta衰减为0（出现原因：短路前后电感电流不能突变）。

7.最大短路电流条件：短路前线路空载、短路后回路阻抗角90°、电压初始角为0°或180°。出现时间：在短路后0.01秒时刻出现。短路冲击电流：指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越大。

1 第五章 电路的暂态分析

自测题

一、判断题

1. 电容具有隔直流、通交流的作用。

2. RC电路中，换路前电容未储有能量，仅由电源激励所产生的响应称为全响应。

3. 如果电容元件中电流为零，则其储能一定也为零。

4. RC电路中无电源激励，仅由电容元件的初始状态所产生的电路响应，称为零状态响应。

二、填空题

1. 正弦交流电路的正弦量三要素为（ ）、幅值和初相位。

2. 电容和电感电路中，换路定则表达式分别为（ ）、（ ）。

三、选择题

1. RL串联电路的时间常数τ为( )。

A. RL

B. R/L

C. L/R

D. R+L

2. 在电路暂态过程中，电路时间常数τ越大，则电流和电压的增长或衰减就( )。

A. 越快

B. 越慢

C. 无影响

D. 不确定

3. RC串联电路的时间常数τ为（ ）。

A. RC

B. C/R

C. R/C

D. R+C 2 4. RC电路暂态过程中，电路时间常数τ越小，则电流和电压增长或衰减就（ ）。

A. 越快

B. 越慢

C. 无影响

D. 不确定

四、计算题

1. 图示中，已知 U1 =18V， U2 =8V，R1=4k，R2=4k，C=50F ，t < 0 时开关S在1的位置且电路已处于稳态，t =0时，开关由1合到2的位置，用三要素法求t≥0时的 uc(t)的表达式。

[解]

初始值：22124(0)=U=18944CRkuVRRkk

根据换路定则：)0()0(CCuu=9V

稳态值：22124()U=8444CRkuVRRkk

时间常数：124==(//)=500.144kRCRRCFskk

由三要素法求解公式：-()=()+[(0)-()]tftfffe，得0t时：