综合阻抗

2024-10-18

综合阻抗(精选9篇)

综合阻抗 篇1

0 引言

目前,数字式母线保护的主保护主要采用电流差动原理,而影响其动作正确性的关键就是区外故障电流互感器(TA)饱和问题[1,2,3,4,5,6],因此,需要为母线保护设置专门的TA饱和检测元件[7,8]。根据区外故障TA饱和时,差流与制动电流出现不同步,文献[9,10,11]提出了时差法来鉴别TA饱和,但是当TA饱和较严重时,时差的精确测量存在一定困难。文献[12]提出的计算差流谐波含量的抗TA饱和方法,易受系统故障电流谐波的干扰而误判TA饱和,使得母线内部故障时差动保护可能被闭锁,甚至导致保护拒动。文献[13,14]从TA饱和的物理本质出发,提出了磁制动的母线保护方案,虽然能较准确地识别饱和,但是需对母线上所联元件的每个TA都要进行计算,运算量太大,且运算时所需要的二次负载电阻R、二次负载电感L以及TA的励磁曲线饱和点(拐点)磁链值难以整定。除此之外,电流差动原理在整定时受母线运行方式的影响较大,使得保护在满足选择性和灵敏度上发生困难。在高压和超高压系统中广泛采用的3/2断路器接线甚至接有平行短线路的双母线方式中,母线发生区内故障伴有汲出电流的情况多有发生,此时电流差动式母线保护的灵敏度会下降,严重时可能拒动。为了克服母线保护存在的问题,文献[15,16,17,18,19,20]提出基于暂态行波的母线保护原理,通过比较母线内、外部故障时行波的极性关系和幅值大小来判别母线区内、外故障。文献[21]还提出了基于神经网络模型的母线保护。然而这些基于暂态量或神经网络模型的母线保护在可靠性上尚存在不足。

文献[22]提出了基于故障分量综合阻抗的母线保护新原理,通过计算故障分量综合阻抗来区分母线的内、外部故障。该原理判据简单,内、外部故障时特征明显,易整定,不受过渡电阻的影响,在3/2断路器接线的母线区内故障有汲出电流的情况下,保护的灵敏度也不受影响。但是原判据中的制动项取值固定,抗TA饱和能力十分有限,当区外故障TA饱和时,可能会造成保护的误动作。

本文在文献[22]的基础上对原有动作判据进行了改进,通过研究TA饱和对故障分量综合阻抗相角所造成的影响,定义了故障分量综合阻抗的相角偏移误差,并经过归一化处理后作为制动系数构成母线保护新判据。

1 基于故障分量综合阻抗的母线保护[22]

1.1 基本原理

对于单相单母线M,假设其上有n条支路。若母线上F点发生故障,则其故障附加状态如图1所示。ΔU˙为该相母线上电压的变化量,ΔΙ˙i(i=1,2,,n)分别为流经各支路的该相故障分量电流,母线的差电流ΔΙ˙cd=i=1nΔΙ˙i

定义故障分量综合阻抗为:

Ζcdϕ=ΔU˙ϕΔΙ˙cdϕϕ=a,b,c(1)

在高压系统中,由于电源系统阻抗和线路阻抗的阻抗角都接近90°,因此母线内部故障时故障相的故障分量综合阻抗反映各支路阻抗的并联,此时Ζcd=ΔU˙/ΔΙ˙cd=Ζ1//Ζ2////Ζn,易知其幅值大小满足|Zcd|<min{|Z1|,|Z2|,…,|Zn|},通常只有几十欧,且其阻抗相角arg Zcd≈-90°。

当母线外部发生故障时,其故障附加状态见图2,此时母线故障相的故障分量综合阻抗反映母线对地杂散电容的容抗,Ζcd=ΔU˙/ΔΙ˙cd=ΔU˙/ΔΙ˙c=Ζc,其幅值很大,一般可达上万欧,且arg Zcd≈-90°。

1.2 保护判据

基于故障分量综合阻抗的母线保护原理,其判据为:

{|ΔΙ˙cd|>Ιset|Ζcd|<Ζset(2)

式中:Iset为电流定值,一般可取大于0.2In;In为TA二次电流额定值;Zset为阻抗定值,整定时取500 Ω,足以保证母线保护具有较高的灵敏度。

由以上分析可知,基于故障分量综合阻抗的母线保护原理虽然在母线内、外部故障时特征明显,利用故障分量综合阻抗的幅值所构成的保护判据具有较好的反差特性,但其中的制动项取值固定,制动系数恒为1。当母线外部故障发生TA饱和时,由于饱和所引起的差动不平衡电流会造成判据中的动作量|Zcd|减小,可能造成保护误动作。换言之,判据本身无法通过适时降低其门槛值来躲过TA饱和的影响,其抗TA饱和能力十分有限,因此,该判据在应用时还存在一定的安全性问题,需进一步改进。

2 采用归一化制动系数的母线保护新判据

原有判据仅仅利用了故障分量综合阻抗中的幅值信息来构成母线保护的动作判据,对于其中包含的相位信息却没有深入研究并加以利用。实际上,故障分量综合阻抗中的幅值信息和相位信息是可测量的表征母线系统故障的2种有效信息,而故障分量综合阻抗可视为这2种有效信息的“自然融合”。因此,除了利用其幅值信息外,还应该对其相位信息加以利用,以充分发挥其信息“自然融合”的优势。

2.1 TA饱和对母线差流基波分量相位的影响

当TA发生饱和时,饱和TA的二次侧电流波形会出现缺损和畸变,其波形的缺损和畸变程度与饱和的严重程度有关,此时,在二次侧电流中会存在一定的谐波分量,但基波分量依然是其中的主要成分。而电流波形缺损这一时域内的表象在利用傅里叶变换计算出的基波相量中则表现为其电流相位的偏移[8]。因此,可以通过分析研究基波电流相位的偏移程度来判断TA的工作状态,而在母线保护中通常以母线的差电流作为研究对象。

2.1.1 母线区外故障时的影响

当母线发生近区区外故障时,故障支路将流过全部的短路电流,其TA很可能进入饱和状态。此时,饱和TA的二次侧电流波形缺损并产生强烈畸变,而母线差流在波形和数值上就等于饱和TA的二次电流缺损部分,此时差流基波分量的相位会发生变化,由式(1)可知这势必会造成arg Zcd也随之发生偏移。因此,通过研究TA饱和时差流基波分量的相位变化,便可以确定arg Zcd的偏移程度。

图3为母线发生外部故障时,某一支路的TA饱和时其故障分量电流的典型时域波形,其中i1,i2,iμ分别为TA的一次侧电流(换算至二次侧)、二次侧电流以及励磁电流。易知,母线差流此时反映的便是饱和TA的励磁电流。

由图3可知,发生故障后TA并非立刻进入饱和,而是在过零点存在一个线性传变区,从而使得励磁电流(或二次电流)的波形存在一个间断角(或导通角)φx。若利用傅里叶变换求出此时母线差流(即励磁电流)基波相量的相位,可知TA饱和对差流基波相位所造成的影响。

若理想差流与TA的一次侧电流波形相同,则可假设其时域和相量表达式分别为:i1=2ΙmsinωtΙ˙1=Ιm0°

利用傅里叶变换可求出母线差流基波分量的正弦项和余弦项的幅值分别为:

Ιa=1πφxπi1(t)sinωtdt=2Ιm4ωπ[sin2φx+2(π-φx)](3)

Ιb=1πφxπi1(t)cosωtdt=2Ιm4ωπ(cos2φx-1)(4)

计算可得此时母线差流基波分量的相位为:

φ=arctanΙbΙa=arctancos2φx-1sin2φx+2(π-φx)(5)

由于δφx<180°(δ是由于TA在入饱和前总存在一个线性传变区而产生),分析式(5)可知,计算出的差流基波相位φ始终是一个负值,因此,母线外部故障TA饱和时会造成母线差流基波相位的减小,且φ的数值随着间断角φx的增大而增大,即饱和程度越轻,造成的相位误差越大,饱和越严重,相位误差越小。若假设严重饱和时的线性传变区仅为3 ms,则换算可知:φx=δ=54°,此时可由式(5)求得:φ≈-15°。可知,母线外部故障TA严重饱和时造成的差流基波相位误差一般不小于10°。

本文通过数字仿真研究了母线区外故障TA饱和时差流基波分量的相位误差,图4和图5分别给出了母线区外故障TA一般饱和、严重饱和时典型的原始电流波形以及差流基波分量的相位误差。

可以看出,此时差流基波分量的相位误差为正值,即与正常时的差流基波分量相位相比其相位是减小的,且轻度饱和时由于差流波形缺损严重,因此,其相位误差较严重饱和时的相位误差大。大量仿真结果也显示严重饱和时差流的相位误差一般不小于10°。

2.1.2 母线内部故障时的影响

当母线发生内部故障时,各支路仅流过其自身的短路电流,因此短路容量不会很大,TA可能由于铁芯剩磁等原因出现轻微饱和情况,严重饱和情况一般不会发生。

采用与2.1.1节中相同的方法进行分析,并假设此时的母线差流就是饱和TA的二次侧电流,则利用傅里叶变换同样可求出母线差流基波分量的正弦项和余弦项的幅值分别为:

Ιa=1π0φxi1(t)sinωtdt=2Ιm4ωπ(2φx-sin2φx)(6)Ιb=1π0φxi1(t)cosωtdt=2Ιm4ωπ(1-cos2φx)(7)

计算可得此时母线差流基波分量的相位φ为:

φ=arctanΙbΙa=arctan1-cos2φx2φx-sin2φx(8)

由式(8)可知,计算出的φ始终是一个正值,因此,母线内部故障TA饱和时会造成母线差流基波相位的增大,且饱和程度越严重即φx越小,造成的相位误差越大。若母线内部故障TA严重饱和时的线性传变区为5 ms,则φx=90°,计算出φ≈32°。实际上,由于此时的母线差流为所有支路的电流之和,尽管TA饱和支路的二次电流波形有一定程度的缺损,但对整个差流波形的影响并非如上面计算出的那么大,由此可知,母线内部故障TA严重饱和时造成的差流基波相位误差一般不会超过30°。

本文通过大量仿真研究了母线区内故障TA饱和时差流基波分量的相位误差,典型饱和电流波形及仿真结果如图6所示,其中差流基波分量相位误差是指母线内部故障TA正常工作时的差流基波分量相位与饱和时的差流基波分量相位的差值。可以看出,此时差流基波分量的相位误差为负值,与正常时的差流基波分量的相位相比其相位是增大的,且相位误差不超过30°。

2.2 故障分量综合阻抗的相角变化分析

通过以上分析可知,由于TA饱和,会对母线的差流相量ΔΙ˙cd的相位造成一定的影响:母线区外故障TA饱和时,差流相量的相位减小,母线区内故障TA饱和时,差流相量的相位增大,且差流相量相位误差的大小与TA的饱和程度有关。由式(1)可知,母线差流相量的相位变化会造成arg Zcd也随之发生偏移,且二者呈反比变化。本文因此定义arg Zcd的偏移误差Eθ来衡量其偏移程度的大小:

Eθ=|argΔU˙ΔΙ˙cd|90°=|argΖcd|90°(9)

1)当母线内部故障TA未饱和时,由于超高压系统中系统阻抗角均接近90°,因此,arg Zcd≤-90°,此时Eθ≥1。

2)当母线内部故障伴有TA饱和发生时,由2.1.2节可知,此时ΔΙ˙cd的相位是增大的,从而导致arg Zcd减小,因此,arg Zcd<-90°,此时Eθ>1。

3)当母线外部故障伴有TA饱和发生时,由2.1.1节可知,此时ΔΙ˙cd的相位是减小的,从而导致arg Zcd增大,因此,arg Zcd≥-90°,且相角误差随饱和程度而变化。由于区外故障TA饱和时ΔΙ˙cd的相位误差不小于10°,因此,Eθ≤8/9,若考虑一定的裕度,Eθ<1。

2.3 母线保护新判据

根据2.2节可知,Eθ随TA工作状态的变化相应变化。因此,可以考虑将Eθ引入原动作判据中,使得判据的动作性能能够随TA工作状态的变化而作出相应调整,以提高保护动作的可靠性和安全性。由于当母线发生内部故障时,无论TA饱和与否,Eθ≥1;而母线外部故障发生TA饱和时,Eθ<1,因此可以将Eθ进行归一化处理,并将归一化后的Eθ作为制动系数Kres引入原动作判据中:

Κres={EθEθ10Eθ<1(10)

从而可得母线保护新判据如下:

Icd|>1.25ΔIT+ΔIdz (启动判据) (11)

|Zcd|<KresZset (动作判据) (12)

式中:ΔIdz为电流突变量启动定值,一般取大于0.2In,已能保证足够的可靠性;ΔIT为浮动门槛,随着变化量输出增大而逐步自动提高,取1.25倍可保证门槛电流始终略高于不平衡输出,提高安全性,减少不必要的频繁启动,且具有较高的灵敏度。

启动判据可用来区分正常运行与故障状态。

动作判据中,Zset为阻抗定值,由于母线对地的等效电容通常在2 000 pF~0.1 μF之间,当母线电容为0.1 μF时所对应的容抗值大约为30 kΩ,而母线内部故障时的等效阻抗值通常只有几十欧,可见,区内、外故障时判据的反差特性很大,因此取Zset为500 Ω时已足以保证判据具有很高的灵敏度。

3 新判据的性能分析

3.1 母线外部故障TA饱和时能够可靠制动

目前的TA饱和检测元件均采用一旦发现TA饱和便直接闭锁母线差动保护的策略,闭锁时间通常达到100 ms以上,从而不可避免地影响了母线保护的动作性能。

当母线外部故障发生TA饱和时,由于饱和所产生的较大差流会使保护启动,并造成|Zcd|下降,此时,基于式(1)的原保护判据可能会发生误动作。结合式(12)及2.2节可知,母线区外故障时由于TA饱和会造成差流相量的相位减小,使得Eθ<1,因此,Kres=0,此时动作判据的门槛值KresZset=0。即使此时动作量|Zcd|数值很小,保护依然能可靠制动。因此保护新判据在母线区外故障TA饱和时具有可靠的制动特性,无需将保护闭锁,从而大大提高了母线保护的动作性能及外部故障时的安全性。

3.2 母线内部故障TA饱和时具有更高的灵敏度和可靠性

由于目前的TA饱和检测元件均采用一旦发现TA饱和便直接闭锁母线差动保护的策略,因此,当母线故障点由区外转向区内或母线内部故障发生TA饱和时,保护的动作速度将大大降低,甚至可能造成保护拒动。

事实上,当母线发生内部故障时,各支路仅流过其自身线路电流,因此短路容量不会很大,TA可能出现轻微饱和情况,严重饱和情况一般不会发生。而且,此时的母线差流为所有支路的电流之和,尽管某一TA饱和支路的二次电流波形有一定程度的缺损,但是对整个差流波形的影响不大。而新判据将反映TA工作状态变化的Eθ引入判据中,当母线内部故障伴有TA饱和发生时,由于差流相量的相位发生变化,造成arg Zcd发生偏移,此时Eθ≥1,KresZset>Zset,反而会提高保护的动作灵敏度,因此,保护能够直接出口动作,动作速度不受影响,更不会出现拒动的情况,从而使得保护性能更加可靠。

除此之外,新判据依然具有基于故障分量综合阻抗母线保护所具有的天然的不受3/2断路器接线时母线内部故障有汲出电流影响的特性以及较强的抗过渡电阻能力,限于篇幅,本文不再赘述。

4 仿真验证

为验证新判据的有效性,利用文献[22]中的仿真模型及参数进行仿真验证,其中饱和TA模型采用EMTP中的Type98非线性电感元件搭建,TA变比取为1 200/5。

4.1 母线内部故障时的仿真结果

图7和图8分别给出了母线内部发生A相接地故障时TA未饱和以及TA饱和时的仿真结果。可以看出,内部故障TA未饱和时,|Zcd|很小且arg Zcd<-90°,求解出的Eθ基本在1.15左右,由式(10)和式(12)可知,此时动作量|Zcd|始终小于门槛值KresZset,满足保护的动作判据,且比式(2)中的原动作判据具有更高的灵敏度。区内故障TA发生饱和时,从图8中可以看出,母线差流虽然受到一定影响,但其变化不大,与图7中的仿真结果相比,此时arg Zcd减小,Eθ的计算数值增大,保护始终满足动作判据且具有很高的灵敏度,能够迅速动作。

4.2 母线外部故障发生TA饱和时的仿真结果

图9和图10为母线外部某条支路发生A相接地故障并伴有不同程度的TA饱和时得到的仿真结果。可以看出,外部故障TA饱和时,会出现较大的差流,使得保护启动,此时计算得到的|Zcd|较小,低于门槛值Zset,基于式(1)中的原动作判据此时会发生误动作。由于此时的母线差流是全部短路电流之和的缺损部分,电流波形存在较大畸变,因而造成arg Zcd也发生较大偏移。

比较图9和图10可知,一般饱和时偏移至少在30°以上,即使是严重饱和,由于饱和TA始终存在3 ms左右的线性传变区,因而其相角偏移也在10°以上,所以计算出的Eθ<1,结合式(10)和式(12)可知,归一化的制动系数Kres=0,保护会可靠制动,与原动作判据相比,大大提高了保护抗TA饱和的能力。

5 结语

本文基于故障分量综合阻抗母线保护原理,分析了TA饱和对母线差流基波分量相位以及故障分量综合阻抗相角所造成的影响,并据此定义了故障分量综合阻抗的相角偏移误差,在将其归一化处理后作为制动系数构成了一种母线保护新判据。与原有判据相比,新判据不仅具有故障分量综合阻抗母线保护的所有特点,而且大大提高了保护抗TA饱和的能力。当母线区外故障TA饱和时,新判据能够可靠制动,当母线区内故障TA饱和时,新判据依然具有很高的灵敏度,使保护能够迅速动作。EMTP仿真验证了新判据的可靠性和有效性。

综合阻抗 篇2

教师教学观念转变的阻抗因素探析

摘要: 科技的日新月异,竞争的与日俱增,要求社会各个领域适应时代的发展,并且转变陈旧观念去积极适应发展。科教兴国是国家发展的重中之重,时代的发展对教育提出了更高的要求,传统的教学观念已不能适应当今物质文化的发展,作为教育教学的顶梁柱,教师教学观念的转变显得尤为重要。然而要转变观念不是一件简单的事情,教师原有教学观念容易与新教学观念产生冲突,在观念的吸收中往往容易受到各种阻抗因素的干扰,这令教师难以转变观念,但学生对知识的理解以及掌握的程度很大程度上是靠教师引导的,因此对教师教学观念转变的阻抗因素探析对教师有效教学显得尤为重要。

关键词 :教师 教学观念 转变 阻抗教学思维

世界上最难的事情之一便是将自己的思想装到别人的脑袋中去,转变教师的教学观念无疑是将更为科学的教学观念装到教师的脑中,这是件难度非常大的事情。伴随着我国基础教育课程与教学改革的开展,教师教学观念的转变已成为课程与教学改革实践的核心问题,但是,通过对教学实践操作层面的大量考察,我们不得不承认,教学观念的理性阐释与教学事实描述之间的差别表现极为明显即观念的转变只是停留在口头上,教师的教学行为并未发生实质性的转变与创新,因此,对教师教学观念转变的阻抗因素及对策研究十分必要。

阻抗是指教师在转变教学观念时所遭遇的各种阻碍和产生抗拒的现象,阻抗因素即导致教师转变教学观念产生阻抗现象的原因。我国国内对教学观念阻抗因素研究目前有涉及,但是总的来说还不够深入。王明全的《促成教师教学观念转变是实施新课程标准的关键》一文明确指出要使新课程标准得到有效实施,关键是要使教师转变观念,树立与新课程理念相一致的与素质教育要求相吻合的新的教学观念。冯茁的《教师教学观念转变阻力探析》告诉指出教师教学观念主要受文化传统、社会经济条件、教学管理制度等因素影响。国内的一些研究表明教师教学观念的阻抗因素对于教学产生着重大影响,教学观念受各种各样的因素影响,它的转变也不是一个简单的线性过程,需要从各方面努力来构建新的科学的教学观念。①

一、教师教学观念转变的阻抗因素及原因分析张大均.教育心理学[M].北京:人民教育出版社, 1999。①

(一)主观因素

唯物辩证法认为,外因是事物变化发展的条件,内因是事物变化发展的根本原因,外因要通过内因起作用。因此,教师教学观念转变的客观条件也要通过主观条件的能动作用。影响教学观念转变的主观因素主要是指作为主体的教师的思维方式、教学理论水平、教学经验、教学信念、价值取向等,本文着重分析思维方式、理论水平和教学经验这三个因素。

1、教师的思维方式

思维方式是一定时期人们的理性认识方式,是人的各种思维要素及其结合, 按一定的方法和程序表现出来的相对稳定的定型化的思维样式,是主体认识和改造客体的工具, 它主要由观念要素、知识要素和智力要素等部分构成。思维方式的本质在于它是主体认识和改造客体的思维工具,它和物质工具一起在人类认识和改造世界中起作用。实际上,教师的教学观念本身也是一种思维方式,因此, 思维方式的转换就意味着观念的转变。观念是行动的先导,课程最终需要广大教师去实施,如果教师的教学观念滞后于课程改革的进程,那么教学本质还是没有任何变化。相对来说,开放、多向、外倾、以逻辑为主的思维方式可能更有利于教师教学观念的转变,而封闭、求同、单向、直观的思维方式则可能不利于教师教学观念的转变

[1]①。教师要逐渐适应现代的教学物质工具,例如多媒体技术网络教学的应用。

2、教师的教学理论水平

教学理论具有解释教学现实、探索教学规律、预测教学未来等诸多功能, 其中很重要的一个方面是教②学理论能够为教师提供关于教学的各种知识,使教师正确全面地理解和把握教学,确立正确的教学观念。教师教学观念的转变实质上是教师教学观念结构的调整与转换。要实现观念结构的调整与转换,就必须向此结构中注入新的知识要素,用新的知识、新的观点去冲击和剔除其中的旧知识、旧观点。很难想象一个教学理论水平很低的教师可以很好地转变自己的教学观念,观念的转变很大程度上受到理论水平高低的影响,因此,对教师来说,不断学习教学理论,不断补充新知识,并以此对照自身的教学实践活动,进而调整自己的观念结构是十分必要的。

3、教师的教学经验

对旧教学观念的理性批判和对新观念的全面理解是教师教学观念转变的基础,教师自身的教学经验是教师理解新教学观念的“先见”来源之一,人不能自由地选择它们,也无法轻易的摆脱它们,它们是理解的出发点。教学经验一方面能够吸纳新的教学观念形成新的教学理念一方面也会因为自身原本教学经验的习惯性而排斥新观念。因此,教师原有教学观念与新教学观念很容易发生矛盾和冲突,此时,一般会出现教师对待教学观念的三种现象: 一是, 教师原有教学观念对新教学观念进行“ 打击”和“排斥”;二是, 教师原有教学观念对新教学观念相互调适,即教师认识到自己的教师原有教学观念的弊端和新教学观念的《马克思恩格斯全集》(第一卷),.人民出版社1956年。

②刘正海: 《信息时代高校教师队伍建设的新视角》,《电化教育研究 》2002年第10期。①[2]

益处, 并采取相互融合的办法,整合原有与新的教学观念,达到“和谐”状态;三是, 教师完全否定或抛弃原有的教学观念, 极力拥护新教学观念。很多教师不能处理好新旧教学观念的矛盾与冲突,制约了教师教学观念的转变。

教学观念的转变除了受主观因素影响外,还有许多外部的客观因素对观念的转变起作用。

(二)客观因素

影响教师教学观念转变的客观因素,是指存在于教师主体以外的所有条件的总和,即凡是对教师教学观念的转变有阻碍作用的外部条件均属这一范畴,本文主要分析以下三个方面的因素。

1、传统教学体系的束缚

我国一直在进行教育教学改革,虽然取得了较大的成就,但没有从根本上突破传统的教学体系的框架,这一体系在理论、实践上仍然顽强地影响着我们的教学现实。传统的经典教学体系在教学认识上强调以知识为本位、以教师为中心,注重教学的知识传承价值,视教学为教师引导学生获取知识的特殊认识过程。在教学操作上,强调教学过程的标准化、程序化、规范化和精确化。由于这一教学体系立足于教的需要,强调教师作用的发挥,注重为教学服务,重视教学过程、环节的操作化设计,因而具有很强的可操作性和可接受性,在实践中深受教师的欢迎和认同,并在长期的应用过程中与教师的内在需要和行为习惯融为一体,逐步形成了强大的实践惯性和超强的稳定结构。教师在传统教学背景下形成的一些习惯工作方式给教师的教学带来了最大的便利,使得教师没有改变教学观念和教学行为的愿望,由此给教师教学观念和行为的转变带来了很大的困难。

2、教师的教学评价制度

对教师进行评价是加强教师队伍管理的有效措施,通过考核、检查、评价有助于全面了解教师工作的情况,从而有针对性地对教师教学进行管理。教学评价既是学校与社会对教师进行评价与考察的过程,也是教师本身的自我完善的过程。教师评价具有激励、导向、诊断功能,不仅有助于教师明确自己的职责和权利,也有助于提高教学质量。然而,我国的教师评价制度还很不完善,教师评价很多只是关注教学的学生成绩,教学课堂的活跃度,忽视了教学中教师的劳动以及教师前期备课的努力等。教师在教学过程中不仅需要得到学生的认可,也需要得到学校领导,家长以及社会的认可。尤其在实施各种新的课程观以及探索创新教学过程中,教师更加需要合理客观的评价。很多教师也感觉无奈,心中蕴积了许多教学设想,但是由于升学等各种压力,教师不得不打消放弃这种想法。因为现行的教学评价机制并没有给教师提供足够的自由发挥的舞台。

3、教学改革和教育科研的功利性取向

近年来,在全体教育工作者的共同努力下,中小学教学改革和教育科研工作极大地推进了学校的发展,王维娅:《师生关系的重建与学生创新精神的培养》,《教育评论》2000年第4期。①①[3]

提高了教学质量。但是,一些学校为了打响学校名声,赢得一些所谓的荣誉与利益,教学改革和科研带有越来越强的功利性倾向,表现为急功近利,过分追求地位、声誉。很多教师教育科研的目的不是真正为了提高自身教学水平,而是为了让科研成为提高自身职称的跳板,科研只是教师迫于学校教改压力不得不做的工作,从而使得科研愈加趋向被动和功利化。此外,教师在繁重的教学任务及繁忙的教学改革的双重重负下容易呈现疲于应付、疲于奔命的状态。教师很难有冷静思考的时间,很难在工作过程中有自己的深刻感悟和真正意义上的反思。这不仅损害了改革自身的成果,而且严重制约了教师教学水平的提高,阻碍了教师教学观念和行为的真正转变。

教师的教学实践受教学观念的制约,科学的教学观念将对教学结果产生重大的作用,这要求我们必须注重及时更新教学观念。

二、教师教学观念转变的策略

(一)转换思维方式,打破传统教学理念

思维方式是由逻辑结构、观念结构和情感结构组成的,人们的思想观念和思维方式是渗透和交融在一起的。马克思主义哲学认为社会意识有其相对独立性和历史继承性,中国几千来的传统的教学理念的影响不仅使教师自身受教时受其影响,教师教学实践同样会不自觉的实践这种传统。当然社会意识的独立性表现在不同的文化传统观念,构成不同的思维方式,而不同的思维方式,又产生出不同的思想观念,这就要求教师要从封闭性的思维方式向开放性思维方式转换,从单向、求同的思维方式向多向、求异的思维方式转换,从以内倾、直观为主的思维方式向以外倾、逻辑为主的思维方式转换,从实体思维方式向关系思维方式转换,从稳定、慢节奏的思维方式向动态多变、快节奏的思维方式转换,以适应教学观念转变对思维方式的需要,从而加快转变速度,增强转变实效。教学重点要由重学生成绩向重学生发展转变,要强调知识的重组,鼓励学生大胆想象,培养学生的创新精神和创新能力,相信学生,充分认可学生,发掘学生的潜能,调动学生的学习兴趣,为学生提供展现自身魅力的舞台,强化学生的学习动机,尊重学生的个别差异。同时在传授知识的同时注重对学生为人处事,人际关系,面对生活苦难应有的姿态等方面进行引导,积极组织课外实践活动,在实践中帮助他们树立良好的道德品质。因此,教师在转变思维方式这一问题上必须下足苦功。1999年《中共中央、国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出“大力提高教育技术手段的现代化水平和教育信息化程度,教师要有宽广厚实的业务知识和终身学习的自学性,必要的现代教育技术手段”。这就要求教师要不断提高多媒体网络教学技能,利用好网络教学的,寻求自身计算机水平的提高,并将多媒体网络教学应用到网络教学中去。[4]

(二)提高教师的教学理论水平

教师教学观念的转变是以转变旧观念、理解新观念为前提的,这种转变与理解不能是随意和盲目的,4而应当具有科学性。教师必须学习教学理论,认识教学的本质,掌握教学的规律。然而,教学理论的学习还没有引起教师们足够的重视,教师职前与职后培养单位与培训机构也没有为他们创设相匹配的条件,师范院校开设的普通教育学与普通心理学课程备受冷落,教育科学的科学性被众人怀疑。因此,教师必须要认识到自身理论水平对于转变教学观念,促进教育教学的重要性,必须不断努力地学习来提高理论素养;而师范院校则应该注重学校师范生的理论培养,从高师生阶段就必须强化未来教师的理论知识,从一开始就为教师理论知识的积累与未来潜在的学习能力打下坚实的基础。例如开展教育学与心理学的学科知识竞赛、中外教育名著导读课程等。[5]

(三)加强教学交流

教育教学过程中, 分为教师与学生的交流以及教师与教师的交流。教师与学生交流主要体现在教学反思、教学后记以及教学追踪等过程中,也包括课堂上教师与学生的互动以及探讨。通过这种交流教师能及时了解到自己教学的不足和可改进之处。教学交流的价值主要体现在教师之间通过教学实践的交流, 思想的碰撞和思维的启发完善教学观念, 进而实施符合学生全面发展有利于学生生理心理学习成长的教学行为。教学交流能够强烈地引起教师对自己教学的反思与批判, 在原有教学观念与新教学观念的矛盾与冲突下, 思维方式的转换与变革最终促进了教师教学观念的转变。为了教师教学观念的转变, 有效地促进课堂教学行为效果的提高,教育部门和教师们应高度重视教学交流,深刻认识到教学交流不仅存在于“教学交流”研讨会上, 学校与学校之间, 还应大量存在于本学校范围之内, 应把学校范围内的教学交流作为交流的主要阵地, 充分挖掘教学交流的形式和内容,并把教学交流作为教育教学工作一项经常化的活动,学校应该为教师交流提高平台,只有这样, 教师教学观念的转变才能变为现实。[6]

(四)建立健全教师评价制度

建立教师评价制度最重要的是要明确对教师的激励、导向、诊断功能,帮助教师明确自己的职责和权利,提高教学质量。教师劳动对象具有复杂性,这要求评价主体必须能够认识和区分教师劳动的近期利益与长远利益、局部利益与全局利益、根本利益与非根本利益等等,使教师评价成为一种基于事实的活动,从而更好地发挥导向作用,为教师教学观念的转变创造良好的外部氛围。因此,教师评价制度应该重视教师的教学过程;评价指标也应该多元化,而不仅仅只是采取听课、查教案等传统做法;评价人员也要深入教师工作实际生活中去,注重对教师评价的科学性、客观性,力求做到合理、公正的评价教师。②[7]①

(五)建立校本教研制度

功利化的教研往往会阻碍教师教学观念的转变,但如果学校能够对教师参与教研正确定位,充分合理利用教研这一手段,那么教师参与教育科研能有效促进教师教学观念的转变。教师参与科研的前提应该是王道俊, 郭文安.:《教育学》, 人民教育出版社2011版第,444-445页。

邓云洲,范兆娟:《有效教学的内涵与评价标准的误区及其规避探析》,《教育导刊》2009,年第4期43-45页。②①

基于问题的解决, 这个前提为教师转变教学观念提供了基础。在教育教学问题出现时, 教师一般会想到产生这样的问题的关键在哪里, 是否教学观念出了问题, 如果是教学观念出了问题, 又具体是哪些教学观念, 等等。经过这样的思考和反思,教师教学观念的冲突,为其教学观念的转变提供了基础。教师参与教育科研过程是教师不断解决问题的过程, 也是教师获得新教学观念的过程。在这个过程中,教师为了解决教学过程中发生的问题, 就会主动分析问题的性质、产生的原因, 并努力寻求问题的解决路径和对策,这样的过程容易使教师的教学观念得以提升和转变。然而, 教师仅仅参与一次或几次科研活动是远远不够的, 学校应该积极致力完善、建立各种条件和措施, 鼓励教师积极参与教学科研活动, 端正科研动机,并使教师参与教学科研的意识习惯化。如提供教师成长所需要的教学用具,从生活上给予教师足够的生活保障,给教师营造一个良好的隐性教学环境:包括教室的设计、布置,学校张贴的各种名人名言标语,教工食堂教师住宿条件的完善,学校周边环境的整治,等积极申请教研活动等。在新课程改革的背景下,学校还应该建立适当的培训机制,系统地确立培训程序,有针对性的对在岗教师进行培训,更新教育理念,提高教师素养。另外对于现在全国上下普遍用到的多媒体技术网络教学等,学校提供足够的资金支持,不仅仅做到在硬件上给予支持,在软件方面,如课程的设计开发等方面也要给予帮助。

转变教学观念不仅要求教师加强自身教育,转变习惯式的教学观念,也要求学校社会为教师教学提供一个宽松的教学平台,给予教师教学客观公正的评价,通过塑造积极的隐性课程帮助教师转变教学观念,消除教师教学过程中的阻抗因素。

参考文献何志学,马灿玲:《在中学教学中实施民主教学的模式研究[》,《教育理论与实践》2005年12期第35~37页。

[2]冯花朴:《系统科学对教育研究的方法论的启示》《教育理论与实践》1995年第6期。

[3]王传金:《教师教学观念转变的阻抗因素分析》,《山东教育学院学报》2002年第6期。

[4]徐继存:《教学理论反思与建设》,甘肃教育出版社2000年版。

[5]杨启亮:《转变教学观念的问题与思考》,《教育科学》2000年版。

[6]周建平:《“从科学认识论”到“生活认识论”—论教学的认识论基础的转换》,《教育研究与实验》2002年第1版。

综合阻抗 篇3

关键词:数值模拟,调压室,阻抗系数

0前言

调压室是建立在压力水道上的建筑物, 以反射压力管道中传来的水锤波, 从而减小及避免水锤对压力管道的影响[1]。调压室主要由调压室前后有压管道部分、调压室与有压管道链接处的分叉部分、调压室自身的阻抗孔部分及内部突扩部分组成。作为水工结构中输水系统的重要组成部分, 调压室一直是研究单位和学者们所关注和研究的重点。如果不能正确的判断和选择其水力特性参数, 不仅会影响水电站的安全稳定, 甚至直接导致整个工程项目的失败。

对于调压室的阻抗系数, 近年来国内对调压室阻力系数的研究有了很大的进步, 刘启钊、蔡付林、宋长福等人[2,3,4]通过试验研究得出了简单调压室和有长连接管的阻抗式调压室阻抗系数关于流量比的拟合公式和关系曲线, 并推导出了阻抗式调压室局部水头损失表达式。但这些研究只是针对比较简单的阻抗式调压室, 并没有结合CFD方法对几种典型简单调压室进行试验对比分析。因此本文将在总结前人结果的基础上, 以CFD软件为平台, 对几种典型调压室进行数值模拟与试验对比分析, 研究调压室结构及各种边界条件下对其阻抗系数的影响。

1 数值模拟

1.1 控制方程

(1) 连续方程:

(2) Reynolds时均N-S方程:

(3) k-ε模型方程:

式中:为经验常数, 其值分别取1.44、1.9、1.0、1.2;C2ε的大小取决于主流方向与重力方向有关。平均速度引起的湍动能产生项Gk, 其计算公式为:;当流体可压时, 浮力引起的湍动能产生项Gb (本问题文研究中不计) ;当流体可压时, 湍动中脉动扩张的贡献YM (在本问题研究中也不计) [6]。

1.2 计算方法与边界条件

本文采用基于同位网格的SIMPLEC算法实现对速度和压力之间的耦合;应用有限体积法离散控制方程;对流项采用二阶迎风离散格式, 扩散项采用中心差分格式;近壁区域流动通过标准壁面函数法描述, 使用标准k-ε湍流模型封闭方程组[7]。在本文的所有研究对象模拟中, 进口边界条件均采用速度进口, 出口边界均采用自由出流。

2 计算结果与分析

2.1 T型分岔管阻抗系数

T形岔管调压室阻抗系数主要取决于三管连接处的修圆半径、分流与汇流比和管长管径[6]。本文研究所采用如图1 (管内径均为0.1m, 管道长度为1m, 大井高度1m) T形岔管调压室模型。在两种流态下, 通过不同分流比进行CFD计算并与文献[1]中T型分岔管调压室模型试验数据进行对比。由图1可知, 其CFD计算值与经验值趋势变化基本一致, 随着分流比Q2/Q1变化, ξ12、ξ13均先减小后变大, ξ12在0.2~0.6之间与经验值相差较大, 但是其误差均在0.1之内;ξ13随着流量比Q2/Q1的增大与经验值的差距越来越小, Q2/Q1为0.6是个转折点, Q2/Q1>0.6是最大误差为0.15, Q2/Q1<0.6后误差越来越小, 模拟数值基本与经验值符合。

2.2 有连接管的阻抗式调压室阻抗系数

本文研究的带连接管的阻抗式调压室模型如图3 (引水管道内径0.1m, 长3m, 大井内径0.33m, 长度1.5m, 调压室连接管内径0.2m, 长度1m) 所示。在不同的流态和流量比下进行数值模拟计算, 与文献[2]中试验数据进行对比。由图2可知, 随着分流比的Q2/Q1变化, ξ12、ξ13先减小后变大, 数值模拟曲线基本贴近经验值曲线, ξ12在0.2

2.3 CFD计算监测面位置与阻抗系数关系

在本文中, 根据文献[2]其CFD计算监测面设置在3~5倍管径距离处。简单调压室模型中结构简单, 通过数值模拟已经得出调压室内部速度场和压力场的变化, 而到管道3倍管径中趋于平缓, 故采用3倍管径作为其监测面进行数值模拟。但是带有连接管阻抗式调压室相对来说比较复杂, 对监测面的设置有不同的要求。故对其在分流流态下在进行数值模拟验证计算。由图3可以看出:阻抗式调压室设置对3倍管径和5倍管径分别设置监测面, 两者计算得出的调压室阻力系数与文献[2]比较, 由图3知, 相对于3倍管径与经验值的阻抗系数非常接近, 5倍管径监测面计算所得的阻力损失系数远远大于两者, 这也说明监测面位置的变化, 对阻抗系数存在影响。

2.4 连接管长度与阻抗系数关系

在研究连接管长度对阻抗系数影影响时, 四组调压室模型的连接管长度依次递增之外其余结构尺寸均与上述验证的有连接管调压室模型尺寸一致, 为了排除沿程损失的影响, 在进行CFD计算时, 管道内壁均考虑为光滑壁面。由图4可以看出, 在分流流态下, 不论连接管长度为0.1、0.2、0.3或者0.4m, 数值模拟计算得出的ξ12和ξ13都非常一致, 这说明在阻抗式调压室中, 连接管的长短影响调压室沿程阻力损失, 与局部阻力损失并没有关系。

4 结语

(1) 用CFD对两种典型调压室模型数值模拟, 与文献中试验经验公式对比分析, 两者数值较为吻合, 验证了CFD数值模拟在调压室阻力系数研究中的可行性。

(2) 在阻抗式调压室阻力系数数值模拟中, 比较了检测面在3倍和5倍管径时两者对数值模拟结果精度的影响, 结果表明:在阻抗式调压室模型进行数值模拟时两者差距很小, 一般选取3倍管径即可。

(3) 对连接管长度不同的四个阻抗式调压室模型分析研究, 在CFD计算中去除管道内壁粗糙度的影响, 结果表明:阻抗式调压室的连接管长度只是影响其内部管道沿程阻力损失, 与其局部阻力损失并没有关系, 故在实际的水电工程计算中, 可以只考虑沿程阻力损失根据现场情况对调压室连接管长度进行调整。

参考文献

[1]DL/T5058-1996, 水电站调压室设计规范[S].

[2]刘启钊, 彭守拙.水电站调压室[M].北京:水利水电出版社, 1995.

[3]蔡付林, 胡明, 曹青.有长连接管的阻抗式调压室阻抗损失系数研究[J].水电能源科学, 2001, 19 (4) :40-42.

[4]宋长福.阻抗式调压室水力性能研究[D].南京:河海大学, 2004.

[5]王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与分析[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[6]程永光, 杨建东.用三维计算流体力学方法计算调压室阻抗系[J].水利学报, 2005, 36 (7) :787-792.

综合阻抗 篇4

五年制师范生历史学习动机呈现多样性,阻抗因素具有复杂性.随着三级师范过渡到二级师范并向一级师范迈进和五年制师范学校实行“专升本”选拔制度,历史学科教学在不断加强的`情况下,研究学生历史学习动机及对其阻抗因素进行分析,对于提高教学质量具有非常重要的意义.

作 者:何元林  作者单位:宿迁学院,师范部,江苏,宿迁,223800 刊 名:哈尔滨学院学报 英文刊名:JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY 年,卷(期): 24(12) 分类号:B842.3 关键词:师范生   学习动机   阻抗因素  

接地阻抗的检测分析 篇5

GB9706.1-2007中18f) 对接地阻抗的要求为不用电源软电线的设备,保护接地端子与所有已保护接地的可触及金属部分之间的阻抗不大于0.1Ω。带电源输入插口的设备,插口中的保护接地点与所有已保护接地的可触及金属部分之间的阻抗不大于0.1Ω。带不可拆卸的电源软电线的设备,网电源插头中保护接地脚与所有已保护接地的可触及金属部分之间的阻抗不大于0.2Ω。

对接地阻抗的试验为用50Hz或60Hz、空载电压不超过6V的电流源,产生25A或1.5倍于设备额定电流,两者取较大的一个(±10%),在5s~10s的时间里,在保护接地端子或设备电源输入插口保护接地连接点或网电源插头的保护接地脚和在基本绝缘失效情况下可能带电的每一个可触及金属部分之间流通。

测量上述有关部件之间的电压降,根据电流和电压降确定的阻抗,不得超过本GB9706.1- 2007中18f) 所规定的值。

在实际的接地阻抗检测中,会有电路连接中产生的一些问题,对此本文进行了分析,以供大家研究。

1.接地阻抗检测分析

接地阻抗测试的连接电路图如图1所示,实际的按照图1电路图连线布置图如图2所示,图中右侧为接地阻抗测试仪,左侧为电压表,中间盒子为接地阻抗装置,盒子右端引出的两根线相当于图1中AE、BF,盒子左端引出的两根线相当于图1中AC、BD。

在实际的检测中, 我们会直接读出接地阻抗测试仪的阻抗数值, 如图3所示, 用接地阻抗测试仪的鳄鱼夹子夹持在AB两端如选取的测试电流为25A, 接地阻抗测试仪显示读出的阻抗为0.050Ω, 由此计算出AB两端的电压UAB=25A×0.050Ω=1.25V。 如图4所示, 而用电压表测试出CD两端的电压UCD为1.1892V ≈ 1.19V, 计算的回路电流值为1.19V/0.050Ω=23.8A。结果是AB端测试电流为25A,以AB端计算电压为1.25V,CD端测试电压为1.19V,以CD端计算电流为23.8A,即CD端电压比AB端电压低1.25V-1.19V=0.06V。计算的回路电流比测试电流小25A-23.8A=1.2A,AC段、BD段都分别是起始端为A、B的连接导线, 没有连接到电流流过负载的回路线路AE、BF上, 也就排除了在回路线路上测试产生压降的现象。 另外,接地阻抗测试仪和电压表都是经过检定和校准的仪器,显示值都是准确的,线路压降或仪器显示值不是造成UCD比UAB低的原因。

那么,究竟是什么原因造成CD两端的电压比AB两端的电压低呢?我们用电压表直接测试接地阻抗测试仪夹持在AB两端鳄鱼夹子上的电压,发现测试值是1.25V,这和计算值是一样的, 然后我们用电压表测量鳄鱼夹子夹持紧挨着的导线上,立刻降为1.19V。一到鳄鱼夹子夹持的线上就降下来,这说明压降来自鳄鱼夹子夹持导线产生的接触电阻,在25A的大电流下金属更容易氧化形成接触电阻,而且大电流下接触电阻在小电阻值接地阻抗中产生的压降就更明显。因此, 大电流下鳄鱼夹子夹持导线的接触电阻产生的压降才是造成UCD比UAB低的原因。

接地阻抗测试实际情况的连接电路中,不论是否有接触电阻,接触电阻是否产生的压降, 而回路电流是一样的, 如图5所示, 因此, 实际的接地阻抗为R地= 1.1892V/25A= 0.047568Ω ≈ 0.048Ω,比接地阻抗测试仪显示读出的阻抗0.050Ω 小约0.002Ω,这是因为接地阻抗测试仪显示读出的阻抗包含了接触电阻R接1+R接2的缘故。因此,要得到更为准确的接地阻抗需用电压表测试被测两端的电压,而不是接地阻抗测试仪鳄鱼夹子夹持端的电压。因其包含接触电阻的分压,所以比实际测试端的电压要高, 然后用被测两端的电压除以接地阻抗测试仪测试的电流才能得出真实的接地阻抗。

2.结束语

本文通过对接地阻抗的测试,在试验工作中由于连接线路接触电阻就产生了较大的分压,使得检测人员误认为未接入负载回路的导线起始两端产生了不同的电压,一度让检测人员陷入迷惑, 数据的偏离既不是仪器的不准确,也不是试验的方法错误,却是人们认为可以忽略的因素造成的。 因此,在检测工作中遇到问题从不同的角度,不同的方面做大量细致的试验,多分析、多研究, 要通过现象看本质,这样才能搞清楚试验过程中产生问题的原因。

摘要:在对接地阻抗的检测中,由于是在大电流下测量小电阻,其连接线路接触电阻就产生了较大的分压,因此在检测中产生了一些迷惑,为此本文对接地阻抗测试的实际情况进行了分析、研究,总结出来供参考。

测量阻抗的振荡轨迹识别 篇6

关键词:系统振荡,继电保护,测量阻抗,振荡轨迹,电势幅值

0 引言

电力系统中的很多扰动, 比如电力系统故障、负荷的突然变动、输电线路的切换等都可能造成系统振荡。系统振荡是一种严重的不正常运行状态, 而不是故障状态。但是振荡时电流、电压不断发生变化, 造成了测量阻抗很可能落入距离保护的动作区内而引起保护的误动作[1,2]。因此现阶段继电保护中有关振荡问题的研究主要集中在振荡与故障的识别以及振荡轨迹的研究2个方面[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]。

文献[3-5]分别提出了不同的识别系统振荡模式的方法;文献[6]分析了三相故障距离继电器在系统振荡及振荡中再故障时的动作性能;文献[7]利用广域相量测量技术提出了一种根据系统实时参数自适应调整保护动作门槛值的新算法, 该算法能识别振荡中再发生的各种故障;文献[8]基于小波变化以及神经网络的优点, 构建了一种新型的小波神经网络模型, 该小波网络能够正确、快速识别振荡和各种故障情况;文献[9]提出了一种用级联多分辨率形态梯度变化 (SMMG) 的方法识别振荡中的故障和改进的故障选相方案;文献[10]提出了一种基于阻抗变化率的适用于振荡的新型选相方法;文献[11]提出了一种基于U cosφ波形特征快速识别振荡和对称性故障的方法;文献[12]提出了一种通过电阻元件检测振荡速度实时改变三相故障解锁判据延时的方法;文献[13]提出了一种基于小波变换识别振荡、故障、振荡中再故障的新方法;文献[14]基于振荡中心电压频率和电流频率是否相等, 提出了一种基于电气量频率差异的振荡识别方法;文献[15]基于电压频率的特征提出了一种不受系统结构变化和运行方式变化影响的区分同步振荡和失步振荡的方法。上述文献集中分析振荡和短路识别的问题, 但对于振荡轨迹这一基础问题却研究不足。

经典的振荡轨迹分析方法一般都是基于系统两侧电势幅值相等这一假设条件进行分析的。有时为了方便地确定振荡中心的位置, 还会假定系统各元件阻抗角相同[1]。文献[16]提出了两侧电势不等情况下测量阻抗的振荡轨迹, 结果表明:当两侧电势幅值不等时, 振荡轨迹为圆;两侧电势幅值相等时是圆半径为无穷大和中心无穷大偏移的特殊情况。但文中对轨迹的分析不够详实, 而且理论推导过程比较复杂, 不易掌握。

本文提出了一种全新的分析方法, 即不考虑上述假设条件, 对两侧电势幅值不等和阻抗角任意的情况进行了分析, 得出了两侧电势幅值不等、相角任意时测量阻抗的振荡轨迹, 同时在阻抗平面上确定了振荡轨迹的圆心与半径, 并对2种分析方法进行了比较。由于本文的分析方法没有运用到假设条件, 所以分析结果更具参考价值和应用价值。

1 传统的振荡轨迹分析方法

图1为双电源系统。图中, ZM为保护安装处背后的系统阻抗;ZL为线路阻抗;为系统综合阻抗, 对应于图1中的全部阻抗值之和, 即。在进行振荡轨迹的分析时, 为了方便地给出具有一定指导意义的结论和简洁的公式, 通常引入以下假设条件:

其中, δ为ES和EW间的相位差。

在上述假设条件下, 文献[1]推导了振荡时M处测量阻抗轨迹的经典公式如下:

其中, 。

通常为了更加简便地分析振荡中心的位置, 还会引入一假设条件, 即全系统阻抗角相同。在此假设条件下, 振荡中心的位置位于全阻抗中心处。

在传统的假设条件下, 其振荡轨迹如图2中虚线所示。由图2 (a) 、 (b) 的对比可以看出, 系统阻抗角是否相同, 会影响振荡轨迹的具体位置, 但不会影响到振荡轨迹的形状。

2 本文振荡轨迹分析方法

为了方便叙述, 将图1等效为图3所表示的电路图, 且设:

则保护安装处M的测量阻抗为:

将式 (2) 代入式 (3) 可得:

对式 (4) 进一步整理可得:

由于Zm是复数, 可以将其表示为:Zm=a+j b, 其中, a表示实部, b表示虚部。令

需要注意的是, 上述推导过程并不要求系统各元件的阻抗角相同, 即、arctan (XN/RN) 、arctan (XL/RL) 与arctan (XM/RM) 可为任意值。

将Zm、、ZM代入式 (5) 可得:

对式 (6) 两边取模值:

2.1 m=1时的振荡轨迹分析

当m=1时, 式 (7) 可以化简为:

在ZM、一定的情况下, 式 (8) 所表示的轨迹为一条直线, 如图4中虚线所示。图4中实线表示的是式 (1) 所形成的曲线。通过2条曲线的比较可以看出, 当两侧电势幅值相同时, 2种分析方法所得的振荡轨迹相同。

2.2 m≠1时的振荡轨迹分析

当m≠1时, 对式 (7) 等式两边平方并化简可得:

显然, 在a、b为变量时, 式 (9) 是一个标准的圆方程。

因此, 通过上面的分析可以得出以下结论:

a.当m=1时, 振荡轨迹是一条直线, 见图4。

b.当m≠1时, 振荡轨迹为圆, 并且振荡轨迹的圆心为, 半径

c.当m<1时, 振荡圆心处于复平面的第一象限, 振荡轨迹如图5中虚线所示;当m>1时, 振荡圆心处于复平面的第三象限, 振荡轨迹如图5中实线所示。

需要指出的是, 上述推导过程中对系统阻抗角并无要求, 因此推导得出的结论无论阻抗角是否相同都成立。

为验证推导过程的正确性, 在、ZM=0.8+j3Ω、m=1/1.1的情况下, 利用MATLAB画出式 (4) 所表示的轨迹, 如图6 (a) 所示。由图6 (a) 可以得出, 此时振荡轨迹的圆心为 (10.72, 89.19) , 半径为84.46, 这与理论计算结果相仿, 因此可以说明上述推导的结果是可信的。需要指出的是, 当系统振荡时, 如果两侧功角不能摆到360°, 那么其振荡轨迹是一个圆弧, 见图6 (b) 。

2.3 2种分析方法的对比

分析振荡轨迹是为了发现距离保护是否受振荡的影响。图7为在不同参数下本文方法和传统方法得到的局部放大的振荡轨迹与阻抗方向圆之间的关系, 其中方向圆的直径取为线路全长的1.1倍。

由图7中虚线椭圆中的轨迹可知, 在分析距离保护是否受振荡影响的局部轨迹中, 本文方法和传统方法得到的2种轨迹相差不大, 所以2种方法得到的结论也大致相仿, 如图7 (a) 所示, 2种方法得到轨迹都不受振荡的影响, 因此传统的分析方法在大部分情况下是满足工程需要的。但在某些情形下, 如图7 (b) 所示, 利用本文分析方法得到的轨迹不受振荡的影响, 而传统的分析方法得到的结论是受影响的, 此时2种方法得到的结论相悖。因此传统分析方法虽然具有较强的工程价值, 但其假设条件还是对分析得到的结论产生了一定的影响, 而本文的轨迹分析方法更具有理论指导意义。

3 仿真验证

仿真系统采用图1所示双电源系统, 电压等级为220 k V, 系统参数中, ZM 1=2.42+j 24.91Ω, ZN1=2.18+j 24.91Ω, ZM0=j 8.25Ω, ZN0=j 8.02Ω;线路参数中, 线路全长200 km, ZL1=0.037 6+j 0.423 4Ω/km, ZL0=0.301 0+j 1.270 2Ω/km;下标1、0分别表示正序和零序。振荡周期为1.5 s, 采用全周傅氏算法对保护安装处测量阻抗进行计算。

图8为系统两侧电势幅值比k=0.97时的电压、电流和功率波形, 由图8的波形可以看出此时系统发生了振荡。

图9 (a) 、 (b) 分别给出了k=0.97和k=1.03时测量阻抗的计算结果, 图中同时绘出了测量阻抗的理论值。

表1为测量阻抗的理论值与计算值比较的结果, 定义圆心相对误差为实测圆心与理论圆心之间的距离相对理论半径的百分比。

由表1数据可见, 电力系统发生振荡时, 测量阻抗轨迹近似为一标准圆。仿真过程未采取即时跟踪的算法, 考虑振荡中由系统两侧电动势幅值和频率波动引起的误差后, 认为仿真结果与理论值相符合。

4 结论

音响中的阻抗与匹配 篇7

放大器与音箱的匹配是选型时需要重要考虑的问题, 它直接关系着音乐重放的效果和器材的寿命。放大器与音箱的匹配主要有阻抗匹配、阻尼匹配和功率匹配。对功率放大器来说, 阻抗匹配是第一位的。它要求作为负载的音箱 (扬声器) 阻抗不应小于放大器的额定负载阻抗。如功率放大器原设计接8Ω负载, 应与8Ω或8Ω以上阻抗的音箱连接。当配接16Ω音箱, 使用中除了输出功率减小一半以外, 尚未带来其他明显影响;而当配接4Ω负载时, 输出功率将增加近一倍, 如果音量又开得较大, 则有可能使大功率晶体管损坏。现在有些放大器对音箱阻抗允许有可变范围, 如4-16Ω;在这种情况下, 阻抗每变小一倍, 功率就升高1.6倍。如标定8Ω阻抗下, 额定功率为100W的放大器, 若改接4Ω阻抗的音箱, 放大器的输出功率则为160W。一般情况下, 对阻抗有范围的放大器, 取其阻抗范围的中值比较合适。

功率匹配一般指功率放大器的额定功率与扬声器的额定功率相适应。从目前的趋势来看, 功率放大器的额定功率有较大幅度增长 (从几十瓦增长到上百瓦) , 而扬声器系统的额定功率由于电声器件的结构所限增长较慢。一般来说, 放大器的额定功率应大于音箱额定功率的1/4比较合适, 即125W的放大器推动100W的音箱。这样, 既可以推动音箱全力工作, 又可以保证器材的安全。因为一般扬声器都有一定的抗过载能力, 其允许值为额定功率的一倍半左右。故按上述方法进行功率匹配仍是比较安全的。

阻尼系数是指音箱阻抗与放大器输出阻抗之比。实践表明, 当阻尼系数较小时, 扬声器低频特性、输出声压频率特性、高次谐波失真特性均会变差。阻尼系数过大, 对实际性能影响并不显著。

但是在音响设备上的所谓匹配, 实际上是两种意义上的阻抗匹配:电压传输意义上的阻抗匹配和功率传输意义上的阻抗匹配。事实上在音响设备上有意义的讨论是指:功率传输意义上的阻抗匹配。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配, 得到最大功率输出的一种工作状态。即功放输出阻抗和所连接的音箱负载阻抗之间所应满足的某种关系, 以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响, 同时又可得到最大的功率输出。

首先要强调, 一台理想的功放, 其输出内阻应该是非常低而接近于“0”的。如果无法做到理想, 那么电子管机因具有比较高的输出阻抗而应选用与其输出端标称阻抗相等或接近的音箱;而晶体管放大器输出阻抗比较低一些, 在安全输出电流范围内则无特别限制, 可以连接比较宽范围阻抗的音箱。在实际工作中功放与音柱搭配考虑以下因素。

一、功率匹配

为了达到高保真聆听的要求, 额定功率应根据最佳聆听声压来确定。我们都有这样的感觉:音量小时, 声音无力、单薄、动态出不来、无光泽、低频显著缺少、丰满度差, 声音好像缩在里面出不来;音量合适时, 声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态出得来;但音量过大时, 声音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感觉。

二、功率储备量匹配

音箱:为了使其能承受节目信号中的触发强脉冲的冲击而不至于损坏或失真。这里有一个经验值可参考:所选取的音箱标称额定功率应是经理论计算所得功率的三倍。功放:电子管功放和晶体管功放相比, 所需的功率储备是不同的, 这是因为电子管功放的过荷曲线较平缓。对过荷的音乐信号波峰, 电子管功放并不明显产生削波现象, 只是使波峰的尖端变圆。这就是人们常说的柔性剪峰。而晶体管功放在过载后, 非线性畸变迅速增加, 对信号产生严重削波, 它不是使波峰变圆而是把

摘要:文章详细分析了IoC设计模式的原理, 讨论了依赖注入的3种方式并对每种方式特点进行了阐述和对比, 最后说明了IoC实际作用。

关键词:控制反转;依赖注入

在一个典型的软件系统中, 必定要把整个系统划分为若干个模块, 大多数开发者难以理解和把握过于复杂的系统。把软件系统划分成多个模块, 可以有效控制模块的复杂度, 使每个模块都易于理解和维护。但在这种情况下, 模块之间就必须以某种方式交换信息, 也就是必然要发生某种耦合关系。

因此, 模块之间必定会有这样或那样

它整齐割削平。有人用电阻、电感、电容组成的复合性阻抗模拟扬声器, 对几种高品质的晶体管功放进行实际输出能力的测试。结果表明, 在负载有相移的情况下, 其中有一台标称100W的功放, 在失真度1%时实际输出功率仅有5W。由此对于晶体管功放的储备量的选取:高保真功放:10倍;民用高档功放为6-7倍;民用中档功放为3-4倍;而电子管功放则可以大大小于上述比值。

三、阻抗匹配

它是指功放的额定输出阻抗, 应与音箱的额定阻抗相一致。此时, 功放处于最佳设计负载线状态, 因此可以给出最大不失真功率, 如果音箱的额定阻抗大于功放的额定输出阻抗, 功放的实际输出功率将会小于额定输出功率。如果音箱的额定阻抗小于功放的额定输出阻抗, 音响系统能工作, 但功放有过载的危险, 要求功放有完善的过流保护措施来解决, 对电子管功

IoC原理浅析

■金兴王霓虹

的依赖关系, 过强的耦合关系 (如一个模块的变化会造成一个或多个其他模块也同时发生变化的依赖关系) 会对软件系统的质量造成很大的危害。特别是当需求发生变化时, 代码的维护成本将非常高。所以, 必须控制和消解不必要的藕合, 特别是那种会导致其它模块发生不可控变化的依赖关系。IoC、DI (依赖注入) 等方法就是开发者仔细研究依赖关系, 经过许多设计实践后发展起来的新方法。

一、IoC原理

在传统的模块实现中, 由程序代码直接控制程序之间的关系。而加入了IoC设计概念后, 意味着将你设计好的类交给

放来讲阻抗匹配要求更严格。

四、阻尼系数的匹配

阻尼系数KD定义为:KD=功放额定输出阻抗 (等于音箱额定阻抗) /功放输出内阻。由于功放输出内阻实际上已成为音箱的电阻尼器件, KD值便决定了音箱所受的电阻尼量。KD值越大, 电阻尼越重, 当然功放的KD值并不是越大越好, KD值过大会使音箱的电阻尼过重, 以至使脉冲前沿建立时间增长, 降低瞬态响应指标。因此在选取功放时不应片面追求大的KD值。作为家用高保真功放阻尼系数有一个经验值可供参考, 最低要求:晶体管功放KD值大于或等于40, 电子管功放KD值大于或等于6。

保证放音的稳态特性与瞬态特性良好的基本条件, 应注意音箱的等效力学品质因素 (QM) 与放大器阻尼系数 (KD) 的配合, 这种配合需将音箱的馈线作音响系统整体的一部分来考虑。应使音箱的馈线系统去组装控制, 而不是在你的类内部控制, 这称为控制反转 (Inversion of Control, IoC) 。对于框架而言就是由容器控制程序之间的关系, 而非传统实现中由程序代码直接操控。这就是“控制反转”的概念的本意, 即控制权由应用代码中转到了外部容器, 控制权发生了转移所以称为反转。

IoC框架就是将对象的创建和获取提取转移到外部容器, 由外部容器提供需要的组件。对于Spring这样的轻量级容器, 它们的反转是“如何定位插件的具体实现”。这里的“插件”就是实现具体业务逻辑的组件, 它是在程序的运行期间

等效电阻足够小, 小到与音箱的额定阻抗相比可以忽略不计。其实音箱馈线的功率损失应小于0.5dB (约12%) 即可达到这种配合。

音响设备中, 除了功放与音箱的连接外, 基本上是属于:电压传输意义上的阻抗匹配。

对电子设备互连来说, 信号源连接放大器, 前级连后级, 无论是在理论设计或工程实用上, 只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上, 就可认为阻抗匹配良好, 从而达到视听感觉最佳, 声音还原度高, 直逼真实效果。

参考文献

[1]、黄继昌.无线电爱好者实用资料图表集[M].人民邮电出版社, 1990.

也谈阻抗、容抗和感抗 篇8

1 电阻

在日常生活中, 能够导电的物体叫导体, 导体一个最主要的特征是里面有大量可以主要移动的电子, 电子的定向移动形成电流, 阻碍电子发生定向移动的阻碍作用就叫做电阻, 通常用“R”表示。它是由电子定向运动与导体中的离子相互碰撞而产生的, 大小由公式R=ρsl确定, 单位:R-欧姆。式中:ρ是导体的电阻率 (即相同截面积单位长度导体的电阻或相同长度单位面积导体的电阻) , 其大小随导体温度变化而变化, L为导体的长度, S为导体的横截面积。由此可见, 同一段导体的长度越长电阻越大, 越粗电阻越小, 导体电阻的大小与电压、电流无关。

2 感抗

在中学自感电动势实验中我们知道, 当线圈通过交流电时要产生自感电动势, 产生的感生电流总是要阻碍原来电流的变化。于是把这种阻碍作用称为“感抗”用字母XL表示, 它的大小由公式XL=2πfl来确定, 单位欧姆 (Ω) 。式中:f为交流电的频率, 国际单位制单位为赫兹 (HZ) ;L为通电线圈的自感系数简称“电感”, 国际单位制单位亨利 (H) 。电感L和线圈的长度、横截面积、匝数、绕法、线圈芯的介质及体积均有关。一般来说, 线圈长度越长、匝数越多、横截面积越大、匝距越小、芯越大、芯导磁率越高电感L就越大。由公式XL=2πfl可见, 电感线圈具有通直流电 (直流电f=0, 所以XL=0) 阻交流电, 通低频阻高频的作用。

3 容抗

电容器就象连接在自来水管里的水箱, 水箱可以储水和放水。电容器在电路里也具有充电和放电的功能, 是一个储能容器。当把它接待交流电路的时候, 由于交流电的大小和方向随时间变化而变化, 因此电容器也在不断的充电和放电, 电容器的板极上所带的电荷就对发生定向移动的电荷具有阻碍的作用, 我们把这种阻碍作用就叫做电容器的容抗, 用字母表示, 其大小由公式来确定。式中:XC容抗国际单位制单位为欧姆 (Ω) , f交流电的频率国际单位制单位为赫兹 (Hz) , C电容器的容量国际单位制单位为法拉 (F) 。由式中可以看出:交流电的频率越高、电容器的容量越大, 电容器的容抗就越小。因此电容器具有通交流阻直流, 通高频阻低频的作用, 直流电 (f=0, XC→∞) 不能通过电容器的, 电容器的这点特性刚好与前面讲的电感线圈的特性刚好相反。感抗和容抗只存在于交流电路中, 在纯电阻电路里只有一些分布电感和分布电容存在, 对线路影响不大。

4 阻抗

在实际电路中, 纯电感电路、纯电容电路、纯电阻电路是不存在的, 通常是由电感、电容、电阻组成的复合电路 (非线性电路) , 这种电路通过交流电时电阻、线圈、电容都对交流电通过有阻碍的作用, 这种阻碍作用我们就叫做这个交流电路的阻抗, 用字母Z来表示, 单位也是欧姆 (Ω) 。根据电工学的原理, 交流电在通过电阻、线圈、电容组成的复合电路时, 按照正弦交流电的变化规律、电容器的充放电特性以及楞次定律我们知道, 通过电阻的电流和加在电阻上的交流电压是同相的, 而通过电容器上的电流与所加的交流电压要提前 (即90°) ;通过电感线圈的电流与加在电感线圈上的交流电压滞后 (即90°) 。因此, 在有电阻、电容、电感线圈串联而成的交流电路所加的总电压不能像串联电阻那样简单相加, 而是它们的矢量和 (如图1所示) 。

即:;根据欧姆定律。由此可见, 在由电阻、电容、电感线圈组成的非线性电路中, 一般阻抗都要大于线路的直流电阻, 除非有感抗和容抗相等的特殊情况电路阻抗才等于它的直流电阻。对于电子电路初学者, 现在就明白了一些电器上面所标称的阻抗是什么意义了, 如动圈喇叭名牌上标有4Ω、8Ω、16Ω阻抗并不是它的直流电阻, 它们的直流电阻比它所匹配的阻抗小的多, 而且根据感抗和容抗公式里我们还知道, 交流电路的阻抗是随交流电的频率、电路的电感、电容大小变化而变化。

在电子电路中, 半导体元器件、电阻、电感、电容是组成电路的基本元素, 按照科学的设计组合组成复杂的电路, 处理各种电子信息。在日常生活中最常见的充电器中交流电低压整流稳压滤波器 (如图2所示) 。交流低压电源经过二极管全波整流后, 脉动的直流电通过1C、C2和L组成的电路 (π型滤波器) 时, 1C、C2具有通交流阻直流、L具有阻交流通直流的作用, 通过三次的过滤在电路输出端得到了一个大小方向恒定直流电源。

参考文献

网格接地网阻抗特性的研究 篇9

在电力系统中, 接地系统的作用十分重要, 尤其是对于电力系统的工作人员的人身安全来讲, 更为重要。当该系统处于短路故障时, 入地电流为交流, 导致接地导体电位升的参数为接地阻抗Z, 而不是接地电阻。我们知道接地阻抗特性与入地电流的频率相关。雷电流有多个频率, 该阻抗的大小取决于频率。因此电力系统处于故障时, 其接地阻抗也会发生变化。但是以往的文章并没有确切分析雷电流与接地阻抗的变化的关系, 本文将影响接地阻抗变化的土壤电阻率与雷电流频率相结合, 通过计算得出接地电阻, 并利用三极法测量不同频率电流对应下的接地阻抗, 进行比对验证。

2 接地系统的接地阻抗

在本文中, 接地系统有4个方网格并且注入频率在0~13MHz之间变化的注入电流。接地阻抗的测量办法是三个测量节点的电压降 (入地点, 电流节点, 电压节点) 。随着入地点 (网格结构) 电流的变化, 地表电位会升高, 并且能够测量地表电位的电压变化[6]。此时接地系统阻抗值与分解电流后得到的电压值等价, 并且故障点在GP的真值与在GC的真值的比值是62%。

接地阻抗值的大小取决于[7]: (1) 土壤的多样性; (2) 土壤的均匀性; (3) 接地网的大小和接地系统的结构; (4) 接地网的深度; (5) 土壤的水成分和化学成分;接地系统的网格结构能通过埋深0.5~1.0的接地导体来建立。

有三个节点的电压降的测量方法如图1所示。

从图1中可以得到接地极能测量接地阻抗, 在G极和P极之间地网电位降和电流极从C极注入的入地电流。最好的测量方法是GP之间距离与GC之间距离的比值为62%。所有的测量值都能检测到并且保存到示波器中[8]。

其中:Z:接地阻抗 (Ohm) ;V:地表电位降 (Volt) ;I:注入到入地点的电流 (Ampere) =0.01ampere;在该实验中用到的设备: (1) 接地导体是直径为10mm的导体, 并且每个网格是; (2) 频率生成器是0~13MHz正弦曲线频率生成器并且是0.01A的注入电流; (3) 数字示波器。

4实验结果

实验结果如表1所示。

5结论

大型变电站网格结构的接地阻抗的特点:接地阻抗值随着注入电流频率的增加而增加。感性分量与容性分量随之增加。阻抗是随着频率而波动, 并且很难事先预测出来。

参考文献

[1]何金良, 曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社, 2007:290-296.

[2]司马文霞, 李晓丽, 袁涛等.不同结构土壤中接地网冲击特性的测量和分析[J].高电压技术, 2008, 34 (7) :1342-1346.

[3]张建刚, 魏绍东等.分层土壤中接地体冲击特性的仿真研究[J].武汉大学学报, 2014, 47 (4) :490-493.

[4]朱时阳, 袁涛等.分层土壤中接地装置冲击散流特性的有限元分析模型[J].电网技术, 2014, 38 (8) :2304-2309.

[5]李中新, 袁建生等.变电站接地网模拟计算[J].中国电机工程学报, 1999, 19 (5) :76-79.

[6]鲁志伟, 文习山等.大型变电站接地网工频接地参数的数值计算[J].中国电机工程学报, 2003, 23 (12) :89-93.

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