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28.1 : 전송선 미분 방정식

송전선은 전력 시스템의 필수 구성 요소입니다. 단위 길이당 저항(R), 인덕턴스(L), 커패시턴스(C)의 분포된 특성이 특징입니다. 이러한 선을 분석하기 위해 미분 방정식을 사용하여 선을 따라 전압과 전류의 변화를 모델링합니다.

라인 섹션 모델

길이가 Δ_x인 회선 구간을 나타내는 회로는 전송선 매개변수를 이해하는 데 도움이 됩니다. 전압 V(x)와 전류 i(x)는 수신단에서 측정됩니다. 회선은 단위 길이당 직렬 임피던스 z=R+jωL과 단위 길이당 션트 어드미턴스 y=G+jωC를 갖습니다. 이 설정에 키르히호프의 전압 법칙(KVL)과 키르히호프의 전류 법칙(KCL)을 적용하여 회선을 따라 전압 및 전류 변화에 대한 관계를 도출합니다.

Δ_x가 0에 가까워짐에 따라 이러한 관계는 선형, 1차, 동차 미분 방정식으로 변환됩니다.

Equation1

Equation2

이러한 미분 방정식은 전압과 전류가 전송선의 길이에 따라 어떻게 변하는지 설명합니다.

이러한 미분 방정식을 풀려면 전파 상수 γ를 결정해야 하는데, 이는 직렬 임피던스와 션트 어드미턴스의 효과를 모두 포괄합니다. 라인을 따라 전압과 전류에 대한 일반적인 솔루션에는 수신단에서 경계 조건을 사용하여 평가된 두 개의 적분 상수가 포함됩니다.

특성 임피던스 Z_c는 전송선의 고유 임피던스를 반영하는 핵심 매개변수입니다. 미분 방정식의 해를 사용하여 전압과 전류는 쌍곡선 함수인 cosh(코사인 쌍곡선) 및 sinh(사인 쌍곡선)를 사용하여 선을 따라 표현되며, 이는 전압 및 전류 분포를 모델링하는 데 사용되는 수학 함수입니다.

Equation3

Equation4

ABCD 매개변수

ABCD 매개변수 또는 전송선 상수는 이러한 쌍곡선 함수에서 파생됩니다. 이러한 매개변수는 선을 따라 임의의 지점의 전압과 전류를 수신단의 값과 연관시키는 행렬 표현을 제공합니다. ABCD 매개변수는 신호가 전송선을 통해 전파되는 방식을 이해하는 데 중요합니다.

Equation5

전파상수

전파 상수 γ는 실수부와 허수부가 각각 감쇠와 위상 이동을 나타내는 복소수입니다. 이 상수를 선 길이로 곱하면 무차원이 되며 전압과 전류 분포를 설명하는 쌍곡선 함수를 평가하는 데 필수적입니다.

정확한 ABCD 매개변수는 모든 라인 길이에 유효하며 전송선 동작에 대한 정확한 솔루션을 제공합니다. 짧은 길이와 중간 길이의 라인과 관련된 실용적인 수동 계산의 경우 근사값을 사용할 수 있습니다. 이러한 매개변수는 다양한 작동 조건에서 전송선을 종합적으로 분석하여 효율적이고 안정적인 전력 전송을 보장합니다.

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Transmission LinesDifferential EquationsVoltage And CurrentSeries ImpedanceShunt AdmittanceKirchhoff s Voltage LawKirchhoff s Current LawPropagation ConstantCharacteristic ImpedanceABCD ParametersHyperbolic FunctionsVoltage DistributionCurrent DistributionElectrical Power Systems

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