Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Lý thuyết và ứng dụng của đường dây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Trường điện từ - Chương 5: Lý thuyết và ứng dụng của đường dây" cung cấp cho người học các kiến thức: Mô hình đường dây, đường dây với nguồn điều hòa, đường dây với nguồn xung. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Lý thuyết và ứng dụng của đường dây

Ch 5: Lý thuyết và ứng dụng của đường dây CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 1
Nội dung chương 5: 5.1 Mô hình đường dây . 5.2 Đường dây với nguồn điều hòa . 5.3 Đường dây với nguồn xung . CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 2
5.1: Mô hình đường dây conducting-plate y z d x dielectric slab w CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 3
a) Khái niệm:  Hệ thống dẫn truyền TĐT biến thiên định hướng dùng các dây dẫn. Đường dây (Transmission Line)  Các loại đường dây cơ bản :  Sóng điện từ truyền trên đường dây có dạng sóng phẳng và mang theo tín hiệu .  Bước sóng tín hiệu từ mm (mạch siêu cao tần) đến km (điện công nghiệp). CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 4
b) Mô hình đường dây :  Chuyển đổi: Để tính E và H bên trong cáp ? Xác định u(z,t) và i(z, t). i(z,t) Mô hình + u(z,t) đường dây - CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 i(z,t) 5
c) Các thông số đơn vị của đường dây :  Xét đoạn z = mạch tương đương R z = điện trở đoạn dây … ℓ z
 Thông số đơn vị ở tần số cao : Parallel-Plate Two-Wire Coaxial 2R S RS RS 1 1 R0 w a 2 a b μd μ 1 μ L0 cosh d/2a ln b/a w 2 εw πε 2πε C0 d cosh 1 d/2a ln b/a w π 2π G0 d cosh 1 d/2a ln b/a πfμ c RS Re{η} • L0: chỉ xét điện cảm ngoài. σc • , µ, : của môi trường giữa 2 dây CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 7
d) Phương trình đường dây : i(z,t) i(z+ z,t)  Dùng KVL và KCL. L0 z + R0 z +  Phương trình đường u(z,t) G0 z u(z+ z,t) dây hay phương trình - C0 z - điện báo: u ( z, t ) i( z, t ) R0i ( z , t ) L0 z t i( z, t ) u ( z, t ) G0u ( z , t ) C0 z t CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 8
e) Đối với tín hiệu điều hòa :  Vector phức: u(z,t) Re{U(z).e jωt } jωt i(z,t) Re{I(z).e } dU γz γz (R 0 jωL0 )I U( z ) Ae Be dz 1 γz γz dI (G 0 jωC0 )U I( z ) Z0 Ae Be dz = hệ số truyền (m–1) γ ( R0 j L0 )(G0 j C0 ) jβ = hệ số tắt dần (Np/m) ( R0 j L0 ) Z0 = hệ số pha (rad/m) (G0 j C0 ) Z0 = trở kháng đặc tính ( ) Vận tốc pha: vp = / CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 9
f) Phân loại mô hình đường dây : R0 ≠ 0 i. Đdây tổn hao:tổng quát, khi c ≠ 0 và ≠0 G0 ≠ 0 R0 = 0 ii. Đdây không tổn hao: lý tưởng, khi c = và =0 G0 = 0 γ jβ jω L0C0 L0 v 1 c vp Z0 p C0 L0C0 μr εr α 0 f Thời gian trễ của đdây: T = ℓ/vp. R0 G0 iii. Đdây không méo: có tổn hao nhưng L0 C0 α R 0G0 1 c L0 v vp Z0 p β ω L0C0 C0 L0C0 CuuDuongThanCong.com μr εr f EM-Ch5 10
VD 5.1.1: Tính các thông số đường dây Viết chương trình MATLAB tính toán các thông số , , , Zo khi nhập vào thông số kích thước, vật liệu của cáp đồng trục ? %Coax distributed parameters omega=2*pi*f; clear RL=R+i*omega*L; clc GC=G+i*omega*C; disp('Calc Coax Distributed Parameters')? Gamma=sqrt(RL*GC); %Some constant values Zo=sqrt(RL/GC); muo=pi*4e-7; alpha=real(Gamma); eo=1e-9/(36*pi); beta=imag(Gamma); %Prompt for input values loss=exp(-2*alpha*1); a=input('inner radius, in mm, = '); lossdb=-10*log10(loss); b=input('outer radius, in mm, = '); %Display results er=input('relative permittivity, er= '); disp(['G/h = ' num2str(G) ' S/m']) sigd=input('dielectric conductivity, in S/m, = '); disp(['C/h = ' num2str(C) ' F/m']) sigc=input('conductor conductivity, in S/m, = '); disp(['L/h = ' num2str(L) ' H/m']) ur=input('conductor rel. permeability, = '); disp(['R/h = ' num2str(R) ' ohm/m']) f=input('input frequency, in Hz, = '); disp(['Gamma= ' num2str(Gamma) ' /m']) %Perform calulations disp(['alpha= ' num2str(alpha) 'Np/m']) G=2*pi*sigd/log(b/a); disp(['beta= ' num2str(beta) 'rad/m']) C=2*pi*er*eo/log(b/a); disp(['Zo = ' num2str(Zo) ' ohms']) L=muo*log(b/a)/(2*pi); disp(['loss=' num2str(loss) ' /m']) Rs=sqrt(pi*f*ur*muo/sigc); disp(['lossdb=' num2str(lossdb) ' dB/m']) CuuDuongThanCong.com R=(1000*((1/a)+(1/b))*Rs)/(2*pi); EM-Ch5 11
VD 5.1.1: Tính các thông số đường dây Viết chương trình MATLAB tính toán các thông số , , , Zo khi nhập vào thông số kích thước, vật liệu của cáp đồng trục ? Kết quả thực hiện chương trình: G/h = 5.6291e-016 S/m Now run the program for Nickel: C/h = 1.1249e-010 F/m Calc Coax Distributed Parameters L/h = 2.2324e-007 H/m inner radius, in mm, = 0.47 R/h = 159.7792 ohm/m outer radius, in mm, = 1.435 Gamma= 1.78881+25.252i /m relative permittivity, er= 2.26 alpha= 1.7888Np/m dielectric conductivity, in S/m, = 1e-16 beta= 25.252rad/m conductor conductivity, in S/m, = 1.5e7 Zo = 44.6608-3.1637i ohms conductor rel. permeability, = 600 loss=0.027942 /m input frequency, in Hz, = 800e6 lossdb=15.5374 dB/m CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 12
5.2 Đường dây với nguồn điều hòa  Với tác động điều hòa Phân tích ở miền phức  Ứng dụng trong hệ thống năng lượng và viễn thông .  Chỉ khảo sát với mô hình đường dây không tổn hao . CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 13
5.2.1 Phương trình đường dây dạng phức:  Bài toán : Power Plant Consumer Home  Mô hình mạch ℓ chứa đường dây : Zg Z2 (Z0, ) + _ eg(t) z CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 14
 Từ phương trình đường dây: Không tổn hao: R0 = 0 G0 = 0 γ jβ jω L0C0 α 0 j z j z U( z ) Ae Be vp 1 c vp L0C0 μr εr f 1 j z j z I( z ) Ae Be Thời gian trễ của đdây: Z0 T = ℓ/vp. L0 Z0 ( ) : Trở kháng đặc tính C0 L0C0 : Hệ số pha CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 15
 Xác định A và B: I1 I(z) I2 + Zg + + + ( ,Zo ) Eg U1 U(z) Z2 U 2 - - - - z d z=l Zin z=0 Zz d=0 d=l u1 (t ) (Eg the phasor of eg (t )) (U1;I1 the phasors of u1 (t ),i1 (t )) Cho z = 0: U1 Z 0 I1 + (Sóng tới tại đầu A U1 đường dây) U1 A B 2 Z0 I1 A B U1 Z 0 I1 - (Sóng phản xạ tại B U1 đầu đường dây) 2 CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 16
 Áp-dòng (mũ) theo ĐK bờ đầu Đdây: I1 I(z) I2 + Zg + + + ( ,Zo ) Eg U1 U(z) Z2 U 2 - - - - z d z=l Zin z=0 Zz d=0 d=l + jβz - jβz + - U( z ) U e 1 Ue 1 U U + jβz - jβz + - I( z ) I e 1 Ie 1 I I U1 U1 I1 ; I1 Z0 Z0 CuuDuongThanCong.com (+)wave (-)wave EM-Ch5 17
 Áp-dòng (lgiác) theo ĐK bờ đầu Đdây : I1 I(z) I2 + Zg + + + ( ,Zo ) Eg U1 U(z) Z2 U 2 - - - - z d z=l Zin z=0 Zz d=0 Hay: d=l U( z ) U1 cos(βz) jZ0 I1 sin(βz) U1 I( z ) j sin(βz) I1 cos(βz) Z0 CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 18
 Áp-dòng (mũ) theo ĐK bờ cuối Đdây: I1 I(d) I2 + Zg + + + ( ,Zo ) Eg U1 U(d) Z2 U 2 - - - - z d z=l Zin z=0 d=0 d=l Z d Đặt d = ℓ – z : + jβd - jβd + U(d ) U e 2 Ue 2 U U + jβd - jβd + I(d ) I e 2 Ie 2 I I CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 19
 Áp-dòng (lgiác) theo ĐK bờ cuối Đdây : I1 I(d) I2 + Zg + + + ( ,Zo ) Eg U1 U(d) Z2 U 2 - - - - z d z=l Zin z=0 d=0 Hay: d=l Z d U(d) U 2 cos(βd) jZ0 I 2 sin(βd) U2 I(d) j sin(βd) I 2 cos(βd) Z0 CuuDuongThanCong.com EM-Ch5 20