Name: tracing transient waves with a bewley diagram
Uploaded: 2024-11-21T14:54:41.000Z
Duration: 1 min 12 s
Channel: JoVE

コンピュータから電子メールを送信することは、単相の無損失ラインに沿って移動する電気信号に似ています。
ビューリー格子図は、この信号が障害物やラインの変化に遭遇したときに何が起こるかを理解するのに役立ちます。
これは、過渡的な時間単位と線の位置で時間をグラフィカルに表し、対角線は進行波を示します。
波が障害物に遭遇すると、反射波は入射波に反射係数を掛けて計算されます。
ライン上の任意のポイントの電圧は、ダイアグラム内のそのポイントのすぐ上にあるすべての項を合計することで決定できます。
たとえば、信号が2つのロスレスラインのジャンクションを通過すると、元のラインに沿って反射し、新しいラインに屈折します。
ジャンクションでの電圧と電流の方程式を記述して、入力信号に関して反射信号と屈折信号を計算することができます。
このプロセスは、2本以上のラインのジャンクションに拡張できるため、伝送ラインの複雑なネットワークを理解することができます。

伝送線路: 過渡動作

Bewley Lattice Diagram

L. V. ビューリーによって開発されたビューリーの格子図（the Bewley lattice diagram）は、伝送線路の過渡現象中に発生する反射を効果的に整理します。伝送線路内で電圧波がどのように伝播し、反射するかを視覚的に表し、発生する複雑な相互作用を理解しやすくします。

<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/16177/16177_PT%20Figure_1.svg" style="height: 250px;">

図では、縦軸は線路の過渡時間を表し、横軸は線路の位置 x を表します。図の対角線は進行波を表します。各反射は、端に到達する入射波にその端での反射係数を掛けて計算されます。

反射係数の値は、受信側と送信側の両方で既知です。これらの係数は、入射波が伝送線路のそれぞれの端に到達したときに反射波の大きさと方向を決定します。

入射電圧波が線路に沿って移動し、受信端で反射すると、反射波は戻って送信端で再び反射し、このプロセスが継続されます。各相互作用、反射、および結果として生じる波が図に表され、時間の経過とともに波がどのように伝播するかを示します。

図の任意の点の電圧を決定するには、その点の真上にあるすべての項を合計します。この方法により、入射波と反射波の組み合わせが、特定の場所と時間における全体の電圧にどのように影響するかを理解できます。

ビューリーの格子図は、伝送線路の波動伝播を視覚化して分析するための強力なツールです。特に、過渡現象の挙動を理解し、電気システムの効率的な設計を確保するのに便利です。反射と伝送を整理することで、エンジニアはシステム内のさまざまな点での電圧と電流を予測でき、伝送線路の設計と不具合対応に役立ちます。

コンピュータから電子メールを送信することは、単相の無損失ラインに沿って移動する電気信号に似ています。
ビューリー格子図は、...

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電気工学

Unit 1

ユニット1

Transmission Lines: Transient Operation

送電線：過渡現象

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

tracing transient waves with a bewley diagram

The Bewley lattice diagram organizes voltage-wave reflections in transmission-line transients. It helps students follow how a signal moves along a line and bounces back from each end. The diagram was developed by L. V. Bewley.

The vertical axis shows transient time, and the horizontal axis shows the line position x. Diagonal lines show traveling waves. These lines make the wave motion easier to read because each segment marks a wave moving through the line.

Each reflection is found by multiplying the incident wave that reaches an end by the reflection coefficient at that end. The reflection coefficient is known for both the receiving end and the sending end. These values control the size and direction of the reflected wave when the incident wave arrives.

An incident voltage wave can travel to the receiving end, reflect there, and then travel back to the sending end. It can reflect again, and the process continues over time. The diagram shows each interaction and the wave that results from it.

To find the voltage at any point on the diagram, add all of the terms directly above that point. This sum shows how the incident and reflected waves combine at a given place and time. The Bewley lattice diagram is a useful tool for visualizing wave propagation, studying transients, and supporting the design and troubleshooting of transmission lines.

Tracing Transient Waves with a Bewley Diagram

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traveling waves: lossless lines

Wave Speed on Lossless Transmission Lines

Traveling waves on a lossless transmission line are shaped by the line’s inductance and capacitance. The model starts with a single-phase, two-wire line of length Δx. It has loop inductance L H/m and line-to-line capacitance C F/m. A short section of the line can then be treated as a series inductance LΔx and a shunt capacitance CΔx. Voltage v(x,t) and current i(x,t) are written for any position x and time t along the line. Kirchhoff’s Voltage Law, or KVL, is used for the voltage relation.

boundary conditions: lossless lines

Transmission Line Reflections at Both Ends

Single-phase, two-wire, lossless transmission lines show how voltage and current waves reflect at both ends of a circuit. In this model, the line has a length, a surge impedance, and a wave velocity. These are set by the line’s inductance and capacitance per unit length. A home electrical wiring system can be treated this way in a simple circuit model. At the receiving end, the boundary condition says that the voltage equals the receiving-end impedance times the current. This relationship is...

bewley lattice diagram

The Bewley lattice diagram organizes voltage-wave reflections in transmission-line transients. It helps students follow how a signal moves along a line and bounces back from each end. The diagram was developed by L. V. Bewley. The vertical axis shows transient time, and the horizontal axis shows the line position x. Diagonal lines show traveling waves. These lines make the wave motion easier to read because each segment marks a wave moving through the line. Each reflection is found by...

lossy lines and overvoltages

Signal Attenuation and Power Losses

Transmission lines with series resistance and shunt conductance can weaken signals, change wave shape, and waste power. These effects are called attenuation, distortion, and power losses. They matter in long power lines and other practical transmission systems. When constant resistance and conductance are present, the voltage and current equations change. The propagation constant shows that the wave includes both forward-traveling and backward-traveling parts. As the wave moves along the line,...

insulation coordination

BIL and Surge Protection for Power Equipment

Insulation coordination matches electric equipment insulation strength with protective device settings to guard against expected overvoltages. Engineers choose these levels using judgment and cost. The goal is to keep equipment safe while avoiding unnecessary expense. Equipment can usually survive short, high transient overvoltages. Repeated tests with the same waveform can still give inconsistent results. For that reason, standard impulse voltage waveforms are used in testing. These waveforms...

key terms and concepts

Follow voltage waves as they reflect along a transmission line. Learn how the Bewley lattice diagram uses time, position, and reflection coefficients.

Tracing Transient Waves with a Bewley Diagram | JoVE K12

JoVE Core 電気工学 は、電気回路の基本概念と回路解析テクニックを網羅したアニメーションビデオシリーズです。オペアンプと回路変換および 1 次・ 2 次回路の概念を網羅しています。実験を撮影した実写動画では、設計例や現代社会での応用が含まれており、複雑な概念も分かりやすく学習いただけます。

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Tracing Transient Waves with a Bewley Diagram

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