《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊,报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任,兼《学报》主编。
摘要:该文介绍了电磁发射的技术特点和技术分支,归纳了电磁发射系统包含的脉冲储能、脉冲电能变换、脉冲直线电机、检测与控制、高速高过载制导五项共性技术,综述了电磁发射在军事平台和武器领域、民用及航天领域的发展现状及应用情况,指出了目前面临的挑战及对策,提出了电力电子系统无缆化、高性能材料复合化、全系统感知控制智能化的发展趋势,旨在为电磁发射技术的后续研究提供参考。
摘要:由气液等离子体放电产生的活化水富含活性氧和活性氮(NO2-、NO3-、H2O2、O3等),在环境治理、材料合成和医疗卫生等领域有着广泛的应用前景。该文提出了一种“多微孔-同轴式”的微气泡等离子体放电结构,微孔和微气泡的引入降低了在液相中的击穿场强,并且微气泡增加了气液界面的化学反应和活性物质的溶解。以空气为放电气体,主要探究了正、负极性脉冲参数对活化水固氮特性的影响。此外,还考察了气体流速、温度等因素对活化水中的氮特性的影响,并诊断了电学特性。结果表明,正极性放电下NO2-产量和NO3-产量分别为7.2 mg、28.8 mg,相比负极性放电分别高出0.43 mg、3 mg,经计算正极性放电能量效率高达15.02 g/(kW·h)。同时研究发现,当气流流速为2 L/min时,固氮性能最佳;水温越高,氮含量会随着液相分解动力学温度的降低而减弱。
摘要:大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO2重整CH4反应,对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一,但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现,分段电极DBD可以调节CO2重整CH4反应过程的反应物转化率、产物分布及能量效率,但是分段电极数量和相邻电极间距对上述性能参数的影响机理尚不清晰。因此,该文设计了具有不同电极数量和不同相邻电极间距的分段电极DBD反应器,并用于CO2重整CH4反应,从电学特性和温度特性的角度研究了不同实验条件下的放电特性,比较分析了对应条件下的CO2重整CH4反应性能。结果表明,分段电极的引入可以增加放电边缘数量以增强边缘效应,且增加分段电极数量和增加相邻电极间距均可延长反应物的有效停留时间,上述因素均有助于提高等离子体CO2重整CH4的反应性能。在施加电压11.0kV条件下采用4段外电极时可获得最高的CO2转化率(17.7%)和CH4转化率(29.5%),以及最大的CO选择性(36.0%)。而在2段电极结构中,当相邻电极间距为3cm时,可获得最高的总反应物转化能量效率(0.334mmol/kJ)。
摘要:高压直流气体绝缘输电线路中的环氧树脂盆式绝缘子长期处于单极性电场作用下,表面电荷在气固界面处发生积聚,会造成局部电场畸变,进而诱发闪络。利用等离子体对环氧树脂表面进行改性处理,能够调控表面电荷分布,提高闪络电压。该文将仿真计算与实验验证相结合,构建气固复合绝缘瞬态场仿真模型,利用离子输运方法构建非线性气体电导,综合考虑材料本征传导、表面传导和气体传导三种电荷积聚途径,探究了不同表面电导率参数设置下气固界面的电荷积聚情况与绝缘性能。仿真结果表明:随着表面电导率升高,三结合处积聚的电荷数量先增加后减少;三结合处的最大电场强度随着表面电导率的升高而不断下降,电场均匀程度先升高后降低;损耗功率随着表面电导率的增加而增加。利用等离子体表面处理平台对环氧树脂进行表面改性处理,并测试了改性后材料的电荷积聚特性和闪络电压,实验结果与仿真结果保持一致。利用等离子体对绝缘材料进行表面改性处理能有效调控气固界面电荷分布,抑制电场畸变,提高闪络电压,有望在直流气体绝缘输电线路中得到广泛应用。
摘要:有机硅凝胶内气泡缺陷是高压IGBT器件封装的绝缘薄弱环节。该文针对有机硅凝胶内气泡缺陷对放电特性的影响,制备了指定位置含有气泡的有机硅凝胶实验样品,提出了有机硅凝胶内部气泡含量的量化方法,面向器件运行条件下所承受的正极性重复方波电压工况,建立了基于局部放电电流脉冲测量方法的有机硅凝胶局部放电特性实验平台,提出了方波电压下放电电流脉冲的准确测量与提取的方法,通过实验获得了有机硅凝胶内气泡含量对局部放电分布特性及电流脉冲波形参数的影响规律,并给出了气泡对有机硅凝胶局部放电特性的影响机理的定性解释。结果表明:正极性重复方波电压下,有机硅凝胶的局部放电起始电压与熄灭电压均随气泡含量的增加而显著下降,反向放电比例随气泡含量的增加而增加,脉冲上升时间、下降时间随气泡含量的增加而减小。该文成果可为IGBT器件有机硅凝胶灌封工艺的改进提供指导,并为有机硅凝胶气泡含量检测奠定基础。
摘要:非线性模式下高密度丝状电流的热效应往往引发砷化镓光电导开关(GaAs PCSS)内部温度急剧上升,从而导致可靠性下降甚至热击穿,限制了器件的进一步应用。针对重复频率条件下光电导开关内部的热积累问题,基于理论分析构建二维模型,对高功率砷化镓光电导开关内部丝状电流温度分布进行模拟,获得了开关内部温度的时空变化规律。结果表明,由于材料自身的负微分迁移率(NDM)和导热系数等物理参数的影响,重复频率越高,热积累效应越明显。当重复频率为10kHz时,温度最高升至1262.73K;在1kHz重复频率触发下,丝状电流的直径较小(≤10µm)时,开关内部热积累效应不显著,当直径较大(>10µm)时,温度随着丝状电流直径的增加呈指数升高,温度最高可至871.43K。该研究可为重复频率工作条件下大电流非线性GaAs PCSS的工作稳定性研究提供理论指导。
摘要:传统环氧树脂因其优异的综合性能和可设计性被广泛运用于复合绝缘子芯棒和干式变压器等领域,但其不溶不熔的特点导致退役电力装备的回收利用存在难题。该文以乙酰丙酮锌作为催化剂制备合成了基于酯交换的酸酐固化环氧树脂类玻璃高分子(Vitrimer)材料,系统地研究了催化剂和固化剂配比对树脂结构、热学、力学及电气性能的影响,并采用物理热压法和醇类溶剂热溶解法探索了其降解、回收性能。研究结果表明,当环氧基团、戊二酸酐及乙酰丙酮锌的摩尔配比为1:1:0.05时,树脂体系表现出较好的综合性能。采用物理热压法回收树脂,其力学强度保持率为76%左右,电气绝缘强度保持率高达90%;化学降解回收速率随催化剂乙酰丙酮锌含量的增加而加快。Vitrimer树脂体系有望为环保型电工装备材料提供新的选择方向。
摘要:基于Davidson-Cole模型提取极化响应的弛豫强度、弛豫时间及电导损耗等特征量,分析热氧老化过程中核级低压电缆绝缘各特征量的变化规律,阐明老化过程中微观与宏观性能下降的一致性。首先在165℃下对试样进行人工加速老化实验,获得不同劣化程度的试样,测试老化过程中试样理化特性、力学特性与介电响应的变化规律,发现老化过程中试样发生再交联反应,老化后期氧化反应加速进行;然后利用Davidson-Cole介电模型提取弛豫与电导特征参数,发现分子链段运动弛豫强度Δεα、热离子弛豫强度Δεδ与直流电导率σdc随老化时间增加呈逐渐下降趋势,老化504 h后,氧化反应的加速进行减缓了Δεα与σdc的下降,再交联反应对特征参数的变化起主导作用;最后对介电模型特征参数Δεα、Δεδ、σdc与断裂伸长率进行初步拟合,结果显示Δεα、Δεδ和σdc与断裂伸长率呈正相关,可见频域介电谱的定量分析可应用于低压电缆老化状态评估。
摘要:针对传统单性能退化量的油浸式电力变压器油纸绝缘剩余寿命预测方法难以全面反映油纸绝缘退化行为,且缺乏对多性能退化量间相关性的考虑,该文充分考虑退化过程的随机性和非线性,提出了一种基于二元非线性Wiener随机过程的变压器油纸绝缘剩余寿命预测方法。首先,基于非线性Wiener随机过程建立单性能退化量的油纸绝缘退化模型,刻画油纸绝缘退化过程的随机性和非线性;然后,基于Copula函数建立两性能相关的退化模型,更加全面地分析两性能退化量所反映的变压器油纸绝缘联合退化行为;最后,采用MCMC-Gibbs抽样算法估计模型未知参数,实现变压器油纸绝缘剩余寿命预测。该文以糠醛和甲醇含量作为性能退化量,依托加速热老化实验数据进行实例验证,对比单性能、两性能独立、两性能相关三种情况下的可靠度曲线及剩余寿命预测结果,结果表明,该文所提方法能够更加合理全面地描述退化过程,可靠度曲线更贴近真实结果。
摘要:采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法,而柔性UHF天线及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此,该文通过搭建SF6及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台,结合GIS实际运行环境温度,开展了多种常用PD柔性UHF天线及其故障分解气体相容性实验研究,利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF6气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现,聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF6气体成分造成影响;常用的PI柔性UHF天线故障分解气体中的SOF2发生反应,导致SOF2含量明显减少;PET在纯SF6最高允许运行温度110℃条件下会发生轻微氧化;PI、PET两种PD柔性UHF天线传感器基底表面均会生成较多的含氟化合物;在研制柔性UHF天线传感器时宜选用PDMS基底。研究成果对GIS柔性内置UHF天线传感器的设计和应用具有重要的参考价值。
摘要:铁磁材料磁滞建模是电气工程领域的基础性理论研究之一。该文基于深度置信网络(DBN)算法结合磁滞算子空间理论提出一种矢量磁滞模型。在模型结构中,引入郎之万函数作为映射函数对磁滞数据进行输入转换计算。利用多个磁滞算子构建算子空间生成高维算子数据,算子空间的数据输出作为DBN模型的输入,结合DBN算法表征算子数据与模型输出的非线性关系。利用样本的磁感应强度数据和生成的算子数据训练模型,获得模型参数。通过仿真表明构建的模型可以有效地描述铁磁材料在旋转磁化情况下的非线性特性和各项异性。同时,结合磁损分离理论改进磁损模型中相应的损耗系数,构建动态磁损计算模型,并将磁滞模型获得的数据应用于动态损耗计算。仿真表明,构建的磁滞模型可以有效地表征铁磁材料的实际磁化特性和损耗情况。
摘要:磁致伸缩材料具有应变大、响应速度快、稳定性好、频带宽的特点,是制作振动能量收集器的理想材料。当前磁致伸缩振动能量收集器建模主要利用线性压磁方程,此模型未能从材料自身耦合和磁路结构进行输出分析,导致输出预测误差较大。该文首先搭建了磁致伸缩材料磁特性测试装置,测试分析了磁致伸缩材料Galfenol合金在不同压应力尤其是大幅值应力下的磁特性;然后基于Gibbs自由能推导了Galfenol材料的全耦合非线性本构方程,进而构建了考虑漏磁、非线性、机磁耦合及饱和效应的振动能量收集器的等效电路模型,并对等效电路模型进行了非线性数学表征和参数识别;最后基于Galfenol材料设计了一个可以承受大幅值振动力的双棒型振动能量收集器样机,通过实验研究了收集器输出电压在不同力幅值、力频率、负载阻值等工况下的变化规律。实验结果与模型的计算结果对比分析表明,所建立的全耦合非线性等效电路模型可以准确预测振动能量收集器的输出电压特性。
摘要:电磁脉冲焊接技术在异种金属连接领域展现出广阔的应用前景,集磁器是电磁脉冲焊接系统中的重要组件,可以增强焊接区域局部磁场,改善电磁力分。
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