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电工技术学报 2017年第16期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工绝缘材料专题

电工绝缘材料专题特约主编寄语1-2

摘要：电工绝缘材料研究一直是电气工程领域的前沿基础课题。应第三代电网的发展要求，电力系统不断向智能化、可持续和绿色环保等方向发展。未来电网的高效性、高电压等级和复杂电压类型对先进电力设备中的绝缘材料和绝缘技术提出了更高的要求。高性能电工绝缘材料是未来第三代电网发展必不可少的基础保障。

耐电晕耐电痕化绝缘材料研究进展3-13

摘要：先进电工绝缘材料对电力装备的发展具有基础性、支撑性、先导性的作用，它决定着电力装备制造业的技术水平。耐电晕耐电痕化绝缘材料的发展对保障电力设备持久安全运行具有重要意义。从基础研究、应用研究以及产业现状等方面对耐电晕耐电痕化绝缘材料发展动态进行综述，对耐电晕耐电痕化绝缘材料发展趋势和未来研究方向进行了展望，对我国耐电晕耐电痕化绝缘材料的发展战略提出了建议。

耐高温聚合物电介质材料的研究与应用进展14-24

摘要：耐高温聚合物电介质材料以其优良的耐高温稳定性、优异的介电性能以及良好的耐环境稳定性等在电工绝缘领域中具有广阔的应用前景。系统综述了国内外近年来在耐高温聚合物电介质材料基础与应用领域的最新研究进展。从耐高温聚合物电介质材料的发展历史、结构特性以及应用研究等方面进行了综述。重点介绍了耐高温聚合物电介质材料在轨道交通牵引电机、新能源电力设备以及航空航天电气设备等电工绝缘领域中的应用状况。最后对耐高温聚合物电介质材料的未来发展前景进行了展望。

聚合物纳米复合电介质的击穿性能25-36

摘要：聚合物纳米复合电介质作为第三代绝缘材料表现出优异的电气特性，其中击穿是纳米复合电介质的关键性能之一。很多研究表明纳米复合电介质的击穿性能明显优于纯聚合物和微米复合电介质材料。针对第一代纳米复合电介质的国内外研究现状，综述了其击穿性能（包括体击穿和沿面闪络特性），讨论了纳米复合电介质击穿特性改善的机理。基于国内外研究现状和本课题组的研究积累，提出了自由体积对聚合物纳米复合电介质击穿的重要影响，指出了纳米粒子对聚合物基体自由体积参数的影响规律；研究了电荷输运微观过程对纳米复合电介质击穿的影响机制，阐述了陷阱参数与体击穿和沿面闪络性能的关系；总结了纳米改性与复合材料体和表面电荷输运参数调控的关联，指出了纳米掺杂同时改善聚合物介质体击穿和沿面闪络特性的机理。

新型高储能密度聚合物基绝缘材料37-43

摘要：新型高储能密度聚合物基绝缘材料由于应用潜力巨大，在近些年来发展速度很快。本文简单介绍该材料的重要性，解释电介质材料的储能机理、介电常数、电位移、击穿场强与储能密度之间的关系，以及计算储能密度和充放电效率的方法，然后分别对聚合物电介质和复合电介质材料研究进展进行概述，重点讨论材料的制备策略、加工工艺、微观/宏观机理分析和性能表征，并在文章最后对高储能密度聚合物基绝缘材料进行总结和展望。

非线性均压材料的设计理论与参数调控44-60

摘要：具有非线性电学参数的材料，其电导率或介电常数能够随着空间电场做出自适应的改变，从而达到智能改善绝缘介质空间电场分布均匀性的效果，可用于缓解高压设备局部集中的高电场。目前，国内外已经能够制备出具有高稳定水平的非线性电导特性的材料，如以氧化锌压敏微球为填料，以绝缘材料为基体的复合物。该文详细综述了国际上对于非线性电导材料均压的设计理论，介绍了如何根据实际改善电场分布的需求选择非线性均压材料的参数。在此基础上，总结国际上学者对于在材料制备过程中调控材料非线性参数以满足均压设计需求的研究工作。本文也对非线性均压材料在应用于实际高压设备方面的进展做了简单介绍。

超疏水绝缘涂层制备与防冰、防污研究现状61-75

摘要：输电线路的覆冰灾害是电力系统最严重的威胁之一。超疏水绝缘涂层具有强憎水性和低表面能，因而具有提高输电线路防覆冰与防污性能的潜力。对超疏水绝缘涂层的制备方法及其在电力系统中的应用研究现状进行概述，介绍超疏水绝缘涂层的电绝缘性、化学稳定性、机械稳定性等基本性能，对比分析超疏水绝缘涂层与普通憎水性绝缘涂层的防覆冰与防污性能，阐明超疏水绝缘涂层在延缓绝缘子覆冰方面的机理。此外，对超疏水绝缘涂层在耐腐蚀等领域的应用研究现状也进行了介绍。提出在未来输电线路超疏水绝缘涂层的研究中，应重点关注制备方法的经济性、涂层表面的长效性以及防污闪机理等方面的关键问题，提升涂层的综合性能。

电工技术学报杂志电机与电器

永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述76-88

摘要：永磁同步电机具有功率密度高、转矩惯量比大、动态响应速度快的优点，在大功率交流传动领域具有明显的优势。对永磁同步电机的高性能控制依赖于精确的转子位置信息，然而通常使用的光电编码器和旋转变压器等机械式位置传感器成本高、体积大、抗干扰能力差，限制了永磁同步电机的推广应用，无位置传感器控制技术是解决这一问题的重要途径。本文对永磁同步电机的无位置传感器控制技术进行了综述，从转子初始位置检测、低速与零速运行控制、中高速运行控制和全转速范围运行控制四个方面对永磁同步电机无位置传感器控制技术进行了深入阐述和对比分析。最后，对永磁同步电机无位置传感器控制技术的发展趋势进行了展望。

基于模糊动态代价函数的永磁同步电机有限控制集模型预测电流控制89-97

摘要：提出一种基于模糊动态代价函数的有限控制集模型预测电流控制方法。分析了dq轴电流及开关次数三个控制目标权重分配不同对电流控制性能的影响，针对传统有限控制集模型预测电流控制中代价函数的dq轴电流项无针对性优化的状况，通过判断转速偏差及转速变化率，应用模糊算法对权重系数进行多目标动态优化分配，并给出模糊论域和相应的模糊推理规则设计。该方法提高了动态过程中系统电流响应速度，优化了逆变器开关频率，改善了不同权重系数下系统动态性能和稳态裕度相互制约的状况。仿真和实验结果均证明了所提方法的有效性。

基于电感辨识的电流解耦算法在内置式永磁同步电机弱磁控制中的应用98-105

摘要：电流耦合效应在内置式永磁同步电机的弱磁高速运行中尤为突出，造成了较大的电流跟踪误差，导致转矩输出性能变坏。提出基于电感辨识的电流解耦算法，采用带遗忘因子的递推最小二乘法对电感参数进行在线辨识，并将辨识的结果应用到基于电压前馈补偿的电流解耦算法中，既实现了电流的完全解耦，也提高了系统对电感参数变化的鲁棒性。仿真和实验结果表明，所提算法在弱磁区能够获得较好的电流控制效果，使实际电流能快速准确地跟踪给定电流，提高了转矩输出能力，增强了系统的动态性能。

基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计106-114

摘要：提出一种基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机（SPMSM）无位置传感器控制方法。利用持续方波电压变角度励磁的方式，在电机静止时提取αβ坐标系下高频响应电流的峰值包络线，通过包络线的正弦程度来反映饱和凸极性响应；并针对传统的方波电压注入法，设计了一种简化的信号处理方法，避免在基波电流和高频响应电流提取时滤波器的使用，并消除滤波器所带来的时间延迟问题，提高位置估计精度。通过基于RTLAB的SPMSM硬件在环系统进行仿真和实验验证，结果表明：简化后的方波信号注入法能有效实现转子位置估计，适用于较低开关频率下的永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制。

PWM逆变器供电引起的轴向磁通非晶电机谐波损耗的解析计算115-123

摘要：非晶合金材料具有出色的低损耗特性，适于用作高频电机的铁心，但PWM逆变器供电会导致高频电机谐波损耗严重增加。在电机初始设计阶段，快速准确计算出谐波损耗是轴向磁通非晶合金永磁电机设计及优化的关键。针对3D时步有限元计算耗时长的问题，改进现有多环等效模型的计算方法，推导了考虑PWM逆变器供电高次谐波电流影响的气隙磁通密度解析计算方法，并在此基础上推导了定子铁心损耗及考虑涡流反作用影响的转子涡流损耗的解析计算方法。将谐波损耗的解析计算值与样机实验值以及3D有限元计算值进行对比，结果显示谐波损耗的平均计算误差仅为9.69%，解析模型具有较高的计算精度。

Halbach永磁阵列无刷直流电机转矩的解析计算和分析124-135

摘要：Halbach永磁阵列具有灵活配置电机气隙磁通密度、磁屏蔽的特点，将其用于无刷直流电机以增加电磁转矩、降低齿槽转矩。在保角变换求解电磁场基础上，给出无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的解析计算模型，通过有限元仿真对该模型的准确性进行证明；使用该模型分析每极两块（1P2p）、每极三块（1P3p）Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角对无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩的影响，对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach永磁阵列的无刷直流电机电磁转矩与齿槽转矩随永磁体厚度的变化规律。分析结果表明，合理配置无刷直流电机Halbach永磁阵列中主磁钢弧角和辅磁钢充磁方向角可提高电磁转矩、降低齿槽转矩，当永磁体厚度增加时，Halbach永磁阵列更有利于电磁转矩增加。

永磁电机温度场的改进有限公式迭代算法136-144

摘要：非晶合金材料由于其高导磁、低损耗的特点，在电机的研究、开发中受到了广泛和密切的关注。由于非晶合金电机常常运行在变频控制下且工作频率往往较高，电机内谐波含量大、发热严重。考虑到电机损耗、材料导热性能、散热面对流传热性能受温度分布的影响，将温度场计算程序与一套双重循环迭代系统相嵌套，计算7kW盘式非晶合金永磁电机的三维温度分布。通过系统内循环确保电机腔内空气温度的准确选取；通过外循环计及温度分布对损耗、导热系数以及对流传热系数的影响。从有限公式迭代算法的基本原理出发，通过对温度场数学模型的改进，简化循环中对导热系数修正的计算过程，降低每步迭代的计算量。通过对比迭代算法算得的温升分布和电机温升实验结果，验证了模型的合理性和计算结果的准确性，为盘式非晶合金永磁电机的温度分析计算提供了一种较为精确、快捷的参考方法。

定子无磁轭模块化轴向永磁电机磁极表面开槽分析145-152

摘要：在永磁电机设计中，永磁体（PM）作为励磁磁源，直接影响电机性能。由于定子电流时间谐波和气隙磁场中高次空间谐波的存在，永磁体内产生的涡流损耗不容忽视，极易导致永磁体过热或不可恢复性退磁。本文提出一种减小定子无磁轭模块化轴向永磁电机永磁体涡流损耗的方法，以一台10极、12槽、20kW的轴向永磁电机为例，通过对永磁体表面开槽深度、开槽方式及开槽数目的研究，利用解析法和三维有限元仿真分析不同开槽结构的永磁体涡流损耗，推导出永磁体涡流损耗等解析式。并对比带额定负载时气隙磁通密度，合理选择永磁体表面开槽方式及开槽数目。

电工技术学报杂志电工理论与新技术

基于移幅键控的磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输方法153-161

摘要：在无线电能传输系统中，信号无线传输同样重要。仅用一套线圈就实现电能与信号无线传输（即无线电能与信号同步传输）是无线电能传输技术产业化必须解决的首要问题，也是当前无线电能传输技术研究的热点问题之一。在四线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统基础上，结合移幅键控（ASK）调制与解调方式，提出一种新型的无线电能与信号同步传输方法，并设计其调制、解调电路和同步传输线圈。最后搭建相关的实验系统验证了所提同步传输方法的可行性和有效性。

基于跳频控制策略的串联-串联谐振无线电能传输系统的参数优化设计方法162-174

摘要：无线电能传输是一种方便、安全的电能传输方式。以实现蓄电池快速无线充电的串联-串联（SS）型谐振无线电能传输系统为研究对象，设计蓄电池三段式充电曲线，提出一种与之相对应的分段跳频控制策略。根据蓄电池充电曲线特征、SS谐振网络的恒压恒流特性和分段跳频控制策略，提出一种适用于蓄电池全范围充电的谐振网络参数优化设计的方法，为无线电能传输系统参数的优化设计提供了理论依据。搭建SS谐振无线电能传输装置，验证了参数选择的合理性和控制策略的有效性。在一次、二次侧之间距离12.5cm下，该装置实现了蓄电池的全范围三段式充电，并且整机效率最优达到93.5%。

宽温度范围下感应耦合电能传输系统软开关技术175-182

摘要：以石油钻井装置中的电能无线传输技术应用为背景，针对宽温度范围下系统参数变化导致系统偏离软开关工作点，造成系统传输性能下降甚至无法工作的情况，通过实验分析研究，给出感应耦合电能传输（ICPT）系统主要参数随温度变化的规律；基于频闪映射建模方法和周期不动点理论对主电路进行建模分析，给出系统谐振频率随温度变化的关系，为调整驱动频率实现系统软开关控制提供依据；提出一种查表法和扰动观察法相结合的控制方法，实现了ICPT系统在宽温度范围下的软开关控制。最后，通过仿真和实验验证了所提理论和方案的可行性和有效性。