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电工技术学报 2019年第07期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论与新技术

无线电能传输技术的研究现状与应用综述(英文)1353-1380

摘要：无线电能传输技术是一种通过电磁效应或者能量交换作用实现从电源到负载无电气接触地进行电能传输的新型输电方式,相比传统导线输电方式,其具有安全可靠等优点,尤其适用于一些特殊的应用场合,因此受到了越来越广泛的关注。在现有研究和综述的基础上,回顾了4种广泛应用的WPT技术在近场耦合和远场辐射方面的研究现状和应用。近场耦合技术主要包括磁感应耦合和磁耦合谐振类型,远场辐射技术包括微波辐射和激光发射类型。总结了这4种主要无线电力传输技术的基本结构和工作原理,并对它们进行对比分析。然后分别对4种主流无线电能传输技术的研究现状和待研究的关键问题进行分析,并总结了这些技术在一些重要领域的应用研究,如交通运输、医疗电子、消费电子和空间太阳能等领域。最后讨论了无线电能传输技术的应用前景与发展趋势。

基于叠加原理的光纤复合低压电缆热路模型建模1381-1391

摘要：光纤复合低压电缆(OPLC)将光纤与电力电缆有机地结合在一起,在建设智能电网、能源互联网的发展中具有重要的作用。温度的变化对OPLC运行状态、参数测量准确度具有较大的影响,建立OPLC的热路模型具有重要的现实意义。针对OPLC种类繁多、结构各异的特点,提出了一种基于叠加原理的OPLC热路模型建模方法,首先将不对称的OPLC等效成几个对称的子模型分别建模,然后利用叠加原理将各模型叠加。在此基础上,利用粒子群算法实现模型参数辨识,提高参数精度,得到精确的热路模型,进而实现OPLC不同位置温度的精确计算。该文以四缆芯OPLC为例建立OPLC热路模型,通过仿真分析和实验验证,证明了所提方法的有效性。

电工技术学报杂志电机与电器

基于变极绕组的无刷双馈电机起动特性研究1392-1403

摘要：利用'复合线圈'原理提出一种转子绕组自增阻结构。通过分析样机的定、转子绕组联结方式,说明了由变极绕组原理设计的定子绕组对样机起动状态到运行状态的切换作用;详细地阐述了自增阻结构在样机起动时可以有效增大转子电阻折算值并在样机运行时恢复正常的原理。在不同负载工况下,利用有限元仿真和样机实验对样机自起动特性和样机异步起动方式的起动特性进行仿真分析与对比。仿真与实验结果表明转子绕组采用自增阻结构设计的无刷双馈电机克服了传统无刷双馈电机存在的起动电流大、转矩小的问题,具有良好的起动特性,适用于需要频繁起动的场合。

永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制优化切换控制策略1404-1412

摘要：永磁磁通切换(FSPM)电机的转矩冲量平衡控制具有不受PI参数影响,能使电机达到最优动态性能的优点,适合应用在电机负载突变的动态调节过程中。然而,转矩冲量平衡控制与直接转矩控制(DTC)之间的常规切换模式导致电机的转速和转矩仍然需要DTC的重新调节才能收敛。该文提出两种优化切换控制策略,能够实现控制算法切换瞬间DTC中转速调节器或电压空间矢量选择表的输入修正,从而实现控制系统的快速收敛,减小二次调节时间。仿真结果和实验波形均验证了两种切换控制策略对转矩冲量平衡控制动态性能优化的正确性和有效性。

BLDCM两相短路的四步换相容错运行方法1413-1422

摘要：无刷直流电机运行过程中发生相短路,易引起二次故障,造成电机控制系统的功能丧失。针对无刷直流电机绕组两相短路故障情况,提出一种四步换相容错控制策略,确保电机故障后系统继续运行。通过在电机绕组设置电流检测元件,对三相电流进行检测,将连续两次检测值的差值作为特征量进行故障定位;根据定位结果,改变逆变桥功率管导通次序、导通时间,实现对电机两相短路情况下的容错控制,同时实现故障隔离。针对电机容错运行时转矩脉动较大的问题,采用H_PWM-L_ON调制方式并在换相时刻优化占空比,进行转矩脉动抑制。详细阐述电机两相短路容错控制策略的工作机理与换相过程,并对提出的四步换相容错控制策略进行仿真和实验,结果表明,电机容错运行时非故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.5倍,故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.25倍,转矩脉动增加20%,转速波动在5%以内。

永磁轮毂电机磁场解析建模1423-1433

摘要：利用谐波建模法提出一种可以在永磁电机研究中考虑导磁材料磁导率为有限值的永磁轮毂电机解析模型,分析了电机的电磁性能。在二维极坐标系下,将电机划分为永磁体、气隙、定子齿/槽、定子齿尖/槽开口四个求解域。在各求解域建立泊松方程和拉普拉斯方程,并联立边界条件求得通解中的谐波系数,从而得出各求解域矢量磁位解析表达式。计算了电机气隙磁感应强度、空载反电动势、输出转矩,通过有限元计算和样机实验验证了解析模型的正确性,并利用该模型研究了极弧系数和槽开口宽度对输出转矩的影响规律。

波动接触力下弓网载流摩擦力建模研究1434-1440

摘要：电气化铁路弓网系统的载流摩擦特性,严重影响着受电弓滑板与接触网导线的寿命和电力机车的受流质量。该文使用自行研制的滑动电接触实验机模拟高速铁路受电弓和接触网的接触状况,进行波动接触力下弓网载流摩擦力建模研究。通过实验数据获得不同速度下摩擦系数与接触力波动频率和波动幅度以及电流的特性规律,分别建立与波动接触力和电流相关的摩擦系数模型,并将其与速度相关的Stribeck摩擦模型相结合,实现对摩擦力模型中摩擦系数的修正,最终建立与速度、波动接触力和电流相关的弓网载流摩擦力模型。使用麦夸特法与通用全局优化算法对该模型进行参数辨识,利用实验数据验证该模型的有效性,为弓网摩擦力的预测及摩擦磨损性能的研究提供参考。

横波电磁超声相控阵换能器设计1441-1448

摘要：针对横波电磁超声相控阵换能器声场分布特征不明确的问题,采用有限元方法仿真分析不同换能器设计参数下横波声束偏转特征变化规律,据此提出横波电磁超声相控阵换能器设计方法。研究表明,横波位移分布受频率影响较小,但受阵元宽度影响明显。其中,0.2 mm阵元宽度激发产生的横波在±35°范围内位移分布平稳,随着阵元宽度的增加,横波能量朝向0°位置聚集。考虑到平稳位移分布更有利于保证相控阵换能器缺陷检测精度,因此采用0.2mm阵元宽度设计横波电磁超声相控阵换能器。此外,阵元间距选择和声束偏转角度控制的研究结果能够为横波电磁超声相控阵换能器设计提供快速、准确的指导。最后,实验验证了仿真模型的有效性。

基于双向电磁斥力机构的高压快速开关缓冲特性研究1449-1458

摘要：高压直流断路器对机械开关提出了进一步向快速性和高电压方向发展的需求,而缓冲问题是研制高压快速开关的瓶颈问题之一。该文针对基于双向电磁斥力机构的高压快速开关缓冲特性展开研究。首先,通过实验获得了无缓冲、聚氨酯缓冲、液压缓冲和电磁缓冲四种实验条件下快速开关的行程特性,证明了电磁缓冲是最适于快速开关的缓冲方式。然后,通过改进等效电路法,对采用电磁驱动和电磁缓冲技术的快速开关建立了综合仿真模型,通过对40.5kV快速真空开关样机进行实验,验证了仿真模型的有效性。最后,基于仿真模型,从理论上揭示了缓冲电流方向和缓冲施加时刻对电磁缓冲效果的影响规律,并给出了其设计原则。该文的研究成果解决了快速开关中的缓冲难题,为研制高压快速开关奠定了基础。

电工技术学报杂志电力电子

辅助半桥调节的定频LLC谐振功率变换器1459-1467

摘要：提出一种辅助半桥调节的定频LLC谐振功率变换器。LLC半桥和辅助半桥都以隔离的方式传递功率,在不额外添加器件的情况下,仅通过调节控制信号的时序就能改变LLC半桥的谐振参数,实现电压输出调节。不同于传统调频方式,采用定频控制可简化磁性元件设计,减小励磁电感对增益的影响,提高轻载效率。另外,辅助半桥仅处理其中一小部分功率,电路整体保留了原LLC变换器的特性。详细分析了变换器的工作原理及其稳态性能,最后搭建一台300 V输入、48 V/4 A输出的实验样机,实验结果验证了所提变换器的可行性。

电流型控制三态Boost变换器的小信号建模与负载瞬态特性分析1468-1477

摘要：为了提高三态Boost变换器的负载瞬态响应速度,将电流型控制技术应用于三态Boost变换器。详细分析电流型控制三态Boost变换器的工作原理;在考虑负载电流变化对电路性能影响的基础上,分别建立电流型恒定参考电流(CRC)和电流型动态参考电流(DRC)控制三态Boost变换器的完整小信号模型,推导两种控制方法的输出阻抗,并通过频域仿真验证小信号模型的正确性。对比分析两个输出阻抗的低频增益,结果表明:与电流型DRC控制相比,电流型CRC控制三态Boost变换器的输出阻抗低频增益更低,因此具有比电流型DRC控制三态Boost变换器更快的负载瞬态响应速度。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。

永磁同步电机调速系统H_∞鲁棒控制1478-1487

摘要：针对表面式永磁同步电机调速系统易受参数摄动和负载扰动等不确定性因素的影响问题,在传统矢量控制方案基础上提出了H_∞鲁棒控制策略。首先,在系统状态空间表达式误差模型下,考虑扰动因素设计了基于哈密顿-雅可比不等式的H_∞鲁棒电流控制器,实现了电流控制的鲁棒性;其次,在运动方程扩展状态空间表达式下,设计了基于线性矩阵不等式的H_∞状态反馈控制器增益型H_∞滑模面,进一步设计滑模控制律,得到了鲁棒H_∞滑模速度控制器,确保了速度控制的鲁棒性,改善了系统的动态品质;最后通过仿真和半实物仿真实验验证了该文提出控制策略的有效性和可行性。

电动汽车用感应电机削弱振动和噪声的随机PWM控制策略1488-1495

摘要：采用随机开关频率脉宽调制(RFPWM)策略可使电流频谱特性趋于均匀,从而削弱电机的电磁振动和噪声。电动汽车用感应电机的固有频率较低,一般在0.6~5kHz之间,所以仅用RFPWM策略效果不明显。该文提出了电流谐波频谱整形结合RFPWM的矢量控制策略:使用带通滤波器提取反馈d、q轴电机固有频率范围内的电流谐波,并设计电流谐波频谱整形算法对其抑制,均匀其频谱特性,从而有效削弱了电机的电磁振动和噪声。最后对所提出的控制策略进行了理论分析和仿真验证,并搭建了10 kW电动汽车用感应电机对拖实验平台,通过分析控制器电流以及电机振动的数据,验证了控制策略的有效性和可行性。同时该控制策略不需要对硬件做出修改,具有很好的实用性。

电工技术学报杂志电力系统

电能替代下的城市配电网有载调容配电变压器规划方法1496-1504

摘要：为降低电能替代下城市配电网的配电变压器运行损耗,根据有载调容配电变压器和常规配电变压器的损耗关系推导出有载调容配电变压器更换判据,获得有载调容配电变压器可更换点集合,实现了有载调容配电变压器更换常规配电变压器的初步判断。然后基于有载调容配电变压器更换成本效益分析,建立了电能替代下的城市配电网有载调容配电变压器规划模型,并采用分支定界法在有载调容配电变压器可更换点集合内求解该模型,从而得到电能替代下的城市配电网配电变压器最优规划方案。最后,对某城市配电网电能替代点进行配电变压器规划,以验证该方法的可行性。

考虑多元因素态势演变的配电变压器迁移学习故障诊断模型1505-1515

摘要：针对配电变压器故障数据有限及数据过期的问题,提出一种考虑多元因素态势演变的配电变压器迁移学习故障诊断模型。首先,构建了配变运行状态评价指标体系,对指标状态量进行模糊二元量化,利用模糊Apriori算法挖掘其与故障之间的关联关系,提取诱导变压器故障的关键状态量。针对配变故障数据有限,引入Tanimoto系数,将有效的辅助故障数据迁移至目标配变,建立了基于信息迁移的配变故障诊断模型;针对配变故障数据过期,引入健康指数描述配变状态,将不同健康等级的辅助故障数据进行迁移,建立了针对数据过期的配变故障诊断模型。在此基础上,利用迁移学习算法TrAdaBoost对上述模型中目标与辅助故障数据的权重进行迭代求解,进而输出配变故障强诊断器。最后,根据配变故障数据进行算例分析,仿真结果表明,该文所建模型故障诊断精度高,具有比传统诊断器更强的泛化能力。

基于非线性最小二乘曲线拟合的虚拟同步发电机惯量与阻尼系数测量方法1516-1526

摘要：虚拟同步发电机(VSG)技术是解决经由电力电子变流器并网的新能源发电渗透率逐渐提高下系统惯性与阻尼减小问题的有效手段。目前的VSG研究多侧重于技术的优化与改进,少有特性测量方面的研究成果。在实际的VSG应用中也通常是使用惯性时间常数τ综合表征系统转动惯量J与阻尼系数D,这种表征方式中转动惯量与阻尼系数耦合,无法明确各参数的具体数值。为了解决该问题,基于非线性最小二乘曲线拟合法,分析了发电系统在离网、并网不同运行工况与阻尼状态的时域单位阶跃响应函数。定性介绍了一种利用动态响应指标测量J、D的方法。实际测量方法以曲线拟合法为基础,借鉴了一种用于同步发电机转动惯量测量的甩负荷实验,结合并网功率阶跃实验,得到了一种可以自验证的综合测量方法。最后通过多组不同参数与工况的仿真与实验验证了该方法的有效性。

电工技术学报杂志高电压与绝缘

β成核剂含量对等规聚丙烯电导电流和空间电荷特性的影响1527-1535

摘要：成核剂广泛用于调控聚丙烯的相变行为。为研究β成核剂含量对等规聚丙烯(iPP)电导电流和空间电荷特性的影响,制备了不同取代芳基杂环磷酸盐β成核剂(TMB-5)含量的iPP试样,开展了电导电流和温度场下空间电荷试验。结果表明,随着β成核剂的增加,β晶含量先增大后减小,而电导电流先减小后增大;25℃、-100 MV/m条件下极化30 min,六组iPP试样的电场畸变率均不超过6%;70℃、-100 MV/m条件下极化30 min,各组试样靠近阴极处均积聚正电荷,纯iPP试样电场畸变率最大(36.1%),而iPP-β0.1%(0.1%含量β成核剂)仅为13.2%。结合偏光显微观测和微晶团簇尺寸统计结果,从β成核剂的分散和成核过程分析了iPP试样中β晶含量变化的原因;利用极化和去极化过程中空间电荷的测试结果,并依据材料的微观结构与内部陷阱的相关性,解释了β成核剂含量对iPP试样内部空间电荷迁移和分布的影响过程。

纤维素老化对矿物油浸绝缘纸中水分扩散的影响1536-1543

摘要：纤维素老化对绝缘纸吸湿性能具有显著的影响,为了能够更有效地评估绝缘纸中的水分含量,该文针对纤维素老化对绝缘纸中水分扩散的影响进行了研究。首先,通过试验材料处理及测试得到了不同温度、不同厚度下油浸绝缘纸中暂态水分;然后,基于Fick第二扩散定律及有限元仿真模型提取得到了不同老化油浸绝缘纸的水分扩散系数及平衡时间常数;最后,研究了纤维素老化对扩散系数及平衡时间常数的影响,在研究温度范围内,得出扩散系数的经验表达式。研究结果表明,随着绝缘纸老化程度的加深,在相同温度下,绝缘纸水分吸收速率上升,稳态水分含量降低,水分平衡时间降低。