主要内容

频率依赖传输线

此示例显示了自定义频率相关的传输线模型。特征导纳和传播功能首先来自幂依赖性电阻,电抗和遗传。使用的值使用rf toolbox™。然后实施通用线模型(ULM)[1]simscape™基于拟合参数。比较频率依赖传输线模型的结果和经典的PI-部分传输线模型。

模型

参数规范

导入传输线的频率相关参数。这些参数用于架空线,在地面上方20米[2]。导电率和导体的皮肤效应被认为是可忽略不计的。对模拟预先计算以下参数:

  • 每单位长度依赖频率串联电阻,$ r $

  • 每单位长度依赖级串联电抗,$ x $

  • 每单位长度依赖于频率的分流频率,$ b $

  • 相应的频率,$ freq $

  • 传输线的长度,$ len $

名称大小字节类属性B 1000x1 8000双R 1000x1 8000双x 1000x1 8000双重频率1000x1 8000双len 1x1 8 double

频率相关的R,L和C显示在这些图中:

特征导纳和传播功能

特征导纳表示为$ y_c = \ sqrt {y / z} $, 在哪里$ z $$ y $是频率依赖性串联阻抗,每单位长度分流终止。

传播速度表示为:$ v = \ oomega / imag(\ gamma)$, 在哪里$ \ gamma = \ sqrt {yz} $是传播常量,和$ \ omega $是相应的角速度。

传播功能,$ h $,然后表示为$ h = e ^ { -  \ gamma len} $

合理的特性导纳

要将特性导入转换为合理形式,请使用合理的拟合功能RationalFit.rf工具箱

$ y_c = \ displaystyle \ sum_ {i = 1} ^ {n} \ frac {ycresidues_I} {s-ycpoles_i} $

在哪里:

  • $ n $是杆的数量(适合的顺序)。

  • $ ycpoles_i $是个$ i_ {th} $极点$ y_c $

  • $ ycresidues_i $是个$ i_ {th} $残留物$ y_c $

在这种情况下,执行第八顺序合适。

这些图显示了理性配件前后的特征导纳之间的比较。

传播功能的合理拟合

首先删除传播功能的时间延迟,以帮助减少合理拟合的顺序,其中$ \ tau $是传播时间延迟和$ h_k $是传播功能,没有时间延迟。时间延迟由模型中的延迟单元表示。

要将传播功能转换为Rational表单而不时间延迟,请使用RationalFit.功能从rf工具箱

$ h_k = \ displaystyle \ sum_ {i = 1} ^ {n} \ frac {hkresidues_i} {s-hkpoles_i} $

在哪里:

  • $ n $是杆的数量(适合的顺序)。

  • $ hkpoles_i $是个$ i_ {th} $极点$ h_k $

  • $ hkresidues_i $是个$ i_ {th} $残留物$ h_k $

在这种情况下,执行第八顺序合适。

这些图表明,在合理拟合之前和之后的传播函数h(随着时间延迟)同意。

在Simscape中实现的通用线模型

在该示例中,考虑仅考虑单个导体和接地返回。可以从通用线模型(ULM)中推断出拉普拉斯域中线的等效电路[1]。键变量是:

  • $ v_j $是终端的电压$ j $

  • $ i_j $是终端的电流$ j $

  • $ i_ {sh,j} $是终端的分流电流$ j $

  • $ i_ {rfl,j} $是终端的反射电流$ j $

  • $ i_ {aux,j} $是终端的辅助电流$ j $

  • $ h $是传播功能。

从该等效电路,可以编写方程式系统:

  • $ i_1 = i_ {sh,1}  -  i_ {aux,2} $

  • $ i_2 = i_ {sh,2}  -  i_ {aux,1} $

在哪里:

  • $ i_ {aux,1} = 2hi_ {rfl,1} $

  • $ i_ {aux,2} = 2hi_ {rfl,2} $

  • $ i_ {rfl,1} =(i_1 + i_ {sh,1})/ 2 $

  • $ i_ {rfl,2} =(i_2 + i_ {sh,2})/ 2 $

  • $ i_ {sh,1} = y_c v_1 $

  • $ i_ {sh,2} = y_c v_2 $

考虑到特性导纳的合理形式,终端上的分流电流是:

  • $ i_ {sh,1} = y_c v_1 = \ displaystyle \ sum_ {i = 1} ^ {n} w_i $

  • $ w_i = \ frac {ycresidues_i v_i} {s-ycpoles_i} $

为了将这些等式从拉普拉斯域转换为时域,执行逆拉普拉斯变换。这种转变导致:

  • $ i_ {sh,1} = y_c v_1 = \ displaystyle \ sum_ {i = 1} ^ {n} w_i $

  • $ \ frac {d w_i} {d t} = ycpoles_i w_i + ycresidues_i v_1 $

在哪里$ w_i $$ v_1 $$ i_ {sh,1} $是时域表示$ w_i $$ v_1 $$ i_ {sh,1} $

同样,考虑到传播功能的合理形式,终端上的辅助电流是:

  • $ i_ {aux,1} = 2hi_ {rfl,1} = 2 \ displaystyle \ sum_ {i = 1} ^ {n} x_i $

  • $ x_i = \ frac {hkresidues_i} {s-hkpoles_i} e ^ { -  s \ tau} i_ {rfl,1} $

为了将这些等式从拉普拉斯域转换为时域,执行逆拉普拉斯变换。这种转变导致:

  • $ i_ {aux,1} = 2 \ displaystyle \ sum_ {i = 1} ^ {n} x_i $

  • $ \ frac {d x_i} {d t} = hkpoles_i x_i + hkresidues_i i_ {rfl,1}(t- \ tau)$

可以使用相同的过程推断出终端两端的电流。然后在中实现时域方程simscape.使用simscape语言。

Simscape Logging的仿真结果

对于第一模拟壳体,电压源正在产生60 Hz正弦波。PI-段传输线使用假设60 Hz输入的RLC参数化,其匹配电压源的频率。该图显示了传输线的输入和输出端电压。这两个模型以稳态显示出良好的一致。

对于第二仿真情况,电压源产生具有10kHz调制的60Hz正弦波。PI-段传输线仍然使用假设60 Hz输入的RLC参数化。显然,定制频率相关的传输线模型适用于更广泛的带信号,而PI-段模型仅适用于极窄的带信号。

参考

[1]莫瑞克,atef,bjorn gustavsen和manoocher tartibi。“用于精确计算架空线和地下电缆电磁瞬态的通用模型。”电力交付的IEEE交易14.3(1999):1032-1038。

[2] Dommel,Herman W。“来自手册公式和计算机程序的架空线参数。”电源设备和系统2(1985)的IEEE交易:366-372。