《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。

棒状铁镓合金磁特性测试装置的设计与实验

作者：黄文美；陶铮；郭萍萍；夏志玉；郭万里

摘要：磁致伸缩水声换能器作为电-机械-声能量转换器件是声呐系统中重要的大功率电磁装置，其核心驱动元件铁镓合金棒需工作在高频（f＞1kHz）激励条件下，为对此类高频大功率磁致伸缩器件的优化设计提供指导，需要准确测试棒材的高频磁特性。以往的测试装置由于高频激励时导磁回路铁损大、励磁回路电阻抗高以及棒材磁导率低等特点，难以保证铁镓合金棒内获得均匀且数值较高的磁通密度。

该文基于电磁场理论设计了一种棒状铁镓合金高频高磁通密度磁特性测试装置，首先根据电磁损耗机理选择高频磁心材料并利用参数化扫描的方法优化其尺寸参数，在此基础上，建立三维有限元模型仿真计算棒材内部磁场大小及分布；然后以提高电磁转化效率为目标，设计测试装置的电路部分并依据串联谐振原理进行阻抗匹配；最后制作样机并进行实验测试。结果表明，该测试装置在1kHz下，磁通密度幅值最高可达0.89T，比常用的AMH-1M-S动态磁特性测试仪（最高可提供0.1T磁通密度幅值）提高约9倍，且操作简单、稳定可靠。

集成式液压平衡电磁发射装置的非线性建模及控制

作者：聂世雄

摘要：电磁发射系统的推力精确可调，使水下武器通用动力发射成为可能，但水下发射系统的动力学呈强非线性，增大了内弹道调节的难度。该文首先推导了液压平衡式水下发射系统的非线性动力学模型，然后运用反馈线性化将系统转化为伪线性系统，继而分别采用比例-积分-微分控制和滑模控制实现了内弹道的有效控制，同时与前馈控制进行了对比。结果表明，反馈线性化控制和前馈控制均取得了良好的效果，反馈线性化与比例-积分-微分的复合控制最适合水下电磁发射。

基于混合磁负超材料的心脏起搏器无线供能系统

作者：陈伟华；侯海涛；闫孝姮；陈宏强；叶智权

摘要：针对心脏起搏器无线供能系统传输效率低、抗偏移能力差的问题，该文提出一种基于混合磁负超材料的心脏起搏器无线供能系统。首先，根据磁负超材料的谐振原理、品质因数理论，设计了两种谐振频率的磁负超材料（MNG）基元；其次，通过分析无线供能系统漏磁情况以及基元负磁导率和磁损耗之间的关系，构成具有两种负磁导率的混合MNG阵列；最后，使用有限元分析软件计算人体各组织电场强度峰值与比吸收率峰值，验证了系统的安全性。

实验结果表明，两线圈间距16～28mm情况下，加入混合MNG阵列的无线供能系统输出功率从0.19～0.81W增加到1.02～1.67W，传输效率从8.5%～4.15%提升到40.78%～57.2%；接收线圈发生水平偏移情况下可以维持最低0.86W的输出功率和2.81%的传输效率，0min充电测试下系统最大温升为.49℃，符合人体安全标准。

T动物磁共振成像传导冷却超导磁体研究

作者：陈顺中；王秋良；孙万硕；孙金水；程军胜

摘要：磁共振成像（MRI）是目前最先进的医学影像技术之一。动物磁共振成像以动物为研究对象，广泛用于生命科学研究、医学研究及药物机理研究。为了发展小型化、低成本的动物磁共振成像系统，该文采用传导冷却技术研制了一台T动物磁共振成像超导磁体。采用线性规划和非线性规划相结合的方法设计了一种主动屏蔽型磁体结构，其包含同轴排列的6个主线圈和2个屏蔽线圈。研究一种包含了分段和失超传播加速策略的被动失超保护方法保护超导磁体免于意外失超造成的损害。低温系统使用一台双极G-M制冷机直接将超导磁体从室温冷却到工作温度，无需液氦。超导磁体在直径Φmm的球形区域（DSV）产生高均匀度磁场用于成像。

实验结果显示，超导磁体经历5次失超后被励磁到.T，经测量Φmm的DSV磁场峰-峰值不均匀度（Hp2p）约为1.×10-2%。该文详细介绍了超导磁体的电磁设计、应力分析、失超保护设计，低温设计、建造及测试结果。

不均匀气隙工况下轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机的磁场与力特性分析

作者：秦伟；马育华；张洁龙；吕刚

摘要：该文以轴向磁通永磁电动式磁悬浮电机为研究对象，针对其运行过程中存在的气隙不均匀工况，在直角坐标下建立求解该电机磁场和电磁特性的三维解析模型。首先，基于等效电流片模型，推导出轴向磁通Halbach永磁阵列的三维空间磁场分布函数。对该磁场分布函数进行傅里叶级数转换，使Halbach转子三维磁场函数具有形式上连续统一的解析表达式。

在此基础上，基于二阶矢量磁位，构建该电机的三维解析模型，推导出悬浮力、水平力和涡流损耗的解析表达式，并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。最后，通过小型样机实验，来验证理论计算的准确性。该文提出的解析模型适用于永磁电动式磁悬浮系统的任意气隙工况，可以作为该系统的一般设计方法。

不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制参数失配可视化分析

作者：郭磊磊；王朋帅；李琰琰；武洁；王明杰

摘要：针对电机模型参数失配进行分析，该文提出一种可视化分析方法，分别研究了电阻、电感和磁链等参数失配对模型预测控制的影响。首先，结合无差拍控制原理计算得到满足控制要求的参考电压矢量；其次，分析电阻、电感和磁链等参数失配时参考电压矢量空间位置的变化，并利用Matlab算法对参数失配下参考电压矢量相应的最优电压矢量进行可视化表达；最后，通过最优电压矢量区域的不同变化得到不同参数失配对模型预测控制的影响。

所提可视化分析方法不仅可以分析多种模型参数失配对控制系统的复杂影响，而且可以得到参数失配对不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制最优电压矢量选择的影响和区别，为实现模型预测误差补偿控制提供坚实的理论依据。StarSim硬件在环实验研究验证了所提方法的可行性和有效性。

永磁同步电机长线变频驱动系统定频滑模预测电流控制

作者：郑长明；阳佳峰；高昂；公铮；伍小杰

摘要：煤矿高效可靠生产运输的一种优选方案是采用井上变频-井下永磁同步电机长线驱动方式。长线缆会加剧电机过电压和绝缘老化，故需加装输出LC滤波器。LC滤波器增加了系统阶数，导致传统线性控制策略结构复杂且参数整定耗时。

为此，该文提出一种永磁同步电机长线变频驱动系统的固定开关频率滑模预测电流控制（FSF-SPCC）策略。首先，建立基于滑模切换函数的预测模型，并设计基于滑模面跟踪的价值函数。因滑模面固有地实现了多变量控制，故可有效抑制谐振。其次，为了提升系统稳态性能并方便LC滤波器的设计，进一步提出一种三矢量FSF-SPCC控制器，实现了固定开关频率。最后，通过实验验证了所提控制策略的可行性。

模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制

作者：崔鹤松；李雪萍；黄晟；黄凌翔；沈非凡等

摘要：为满足高电压、大功率、高可靠性的风电场直流输电系统电能传输需求，该文提出基于模块化多相永磁风力发电机的新型串并联直流海上风电场拓扑，以及模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制方法。

首先，建立基于模块化多相永磁风力发电机的直流风力发电系统数学模型，设计了模块化多相永磁风力发电机无差拍功率预测控制器，来提升dq轴电流跟踪精度和动态响应速度，并补偿无差拍预测控制器中的单拍延迟；然后，针对模块化多相永磁同步发电机串并联拓扑结构特点，提出一种考虑直流风电场潮流的功率-电压协调控制策略，通过实时调节风机的有功功率参考值，来抑制串并联直流风电场的风机过电压；最后，搭建了基于模块化多相永磁风力发电机的×6×5MW串并联直流海上风电场的模型，来验证所提无差拍功率预测控制和功率-电压协调控制的有效性。

基于FEM/Kriging近似模型结合进化算法的表贴式高速永磁电机转子强度优化

作者：李玮；汪泽润；张凤阁

摘要：针对目前大功率高速永磁电机多采用的表贴式转子结构强度优化问题，以一台1.12MW、00r/min的表贴式高速永磁电机转子为优化对象，建立其结构参数化模型及应力场有限元仿真模型。将工况温度、护套厚度、永磁体厚度以及过盈量设置为优化参数，以永磁体和护套的法向及切向应力的最大值尽可能小为优化目标展开优化设计。对比分析两种技术路线：技术路线一采用进化算法（EA）调用有限元模型（FEM）进行优化设计；技术路线二对拉丁超立方法取得的样本空间进行拟合得到Kriging近似模型，基于近似模型结合EA算法进行优化设计。

优化设计结果表明，技术路线一的优化结果更好；技术路线二更快速高效，大量样本点的集中分布情况可以反映优化参数与优化目标量间的关系。故实际工程优化问题应结合两种技术路线，初步寻优阶段采用技术路线二精确参数区间，进而采用技术路线一展开优化取得最优设计。

基于分段交错不等磁极的表贴式永磁电机极频振动的削弱

作者：李泽星；夏加宽；刘铁法；郭志研；朱启升

摘要：针对表贴式永磁同步电机极频振动，提出一种分段交错不等磁极的削弱方法，与传统的优化方法相比，该方法可有效保证电机的转矩密度。首先，基于麦克斯韦张量法，推导作用于定子齿部的集中力模型，并以一台10极12槽表贴式永磁电机为例，分析极频电磁力谐波的产生原因。其次，基于有限元模型，分析分段交错不等磁极对极倍频电磁力谐波的削弱机理，并对比优化前后电机的关键电磁性能以及振动频谱。结果表明，分段交错不等磁极结构可在保证转矩密度的前提下，有效削弱极频电磁力谐波及振动。最后，对优化前后的样机进行振动实验，验证了优化方案的有效性。

基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型

作者：高彩霞；苗壮；陈昊；司纪凯；吕珂

摘要：针对相绕组为基本单元的永磁同步电机定子绕组短路故障数学模型，存在故障空间位置影响无法计及、不同短路故障需要重新建模，且无法研究健康状态时线圈对电机性能的贡献等问题，该文提出一种基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型（APM）。

首先，将每个线圈分割为多个线圈子单元，分别建立各子单元的电压、阻抗和空载反电动势等物理量的矩阵方程，利用基尔霍夫电压定律建立所有子单元的电压方程，建立电机的电磁功率和转矩方程。其次，利用有限元法和拟合法建立考虑槽内空间位置关系的线匝电感矩阵，通过矩阵变换得到计及位置信息的子单元电感矩阵。然后，在Matlab/Simulink中建立APM的仿真模型和图形化界面，通过修改抽头编号及图形化界面中短路电阻模块的连接位置，计算电机健康和不同类型定子绕组短路故障下的电磁特性。

最后，有限元仿真和实验结果验证了模型的正确性和准确性，表明APM不仅可以精细地分析健康状态时线圈对电机性能的贡献，也可以高效、准确地分析线圈内部不同位置短路故障对电机性能的影响。该文研究可以为永磁同步电机的设计、故障诊断和容错控制提供依据。

一种独立光储发电系统用宽输入范围非隔离三端口变换器

作者：高圣伟；祝庆同

摘要：针对独立光储发电系统中光伏电池输入电压的不稳定性，提出一种能够在大于和小于储能端口电压范围内工作的宽输入范围非隔离三端口变换器，可以实现光伏电池、蓄电池和负载之间的能量流动和功率平衡。该文所提变换器是由传统的Buck、Boost和Buck-Boost变换器分别与双向升降压四开关Buck-Boost（FSBB）变换器进行组合得到。FSBB用于连接光伏电池和蓄电池端口，可以削弱储能端口电压对光伏端口电压的约束，满足光伏端口宽电压输入的应用需求，增加了系统的稳定性。该文以Boost变换器和FSBB变换器进行组合为例设计实验样机，通过实验验证了该变换器理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。

面向舰船综合电力系统的10kV/2MW模块化多电平双向直流变换器控制策略

作者：刘计龙；陈鹏；肖飞；朱志超；黄兆捷

摘要：由于电压等级高、模块化程度高、容错性能好等优势，模块化多电平双向直流变换器（MMBDC）非常适合在下一代舰船综合电力系统（IPS）中充当能量路由器的角色。然而，针对该变换器的控制策略存在端口电流不受控、环路耦合强、低频振荡显著等问题。

为了解决上述问题，该文首先，建立构成MMBDC的子变换器数学模型，推导低频谐振点。其次，针对直流多端口模块化多电平子变换器提出基于陷波器的三环解耦控制策略，推导该策略的控制环路解耦特性，对控制框图进行了简化，并比较传统控制策略与所提控制策略的动态特性。最后，设计并制作了10kV/2MW级MMBDC工程样机，介绍绝缘设计、控制系统架构、电气柜结构布局等工程实现方法，并进行所提控制策略的满功率实验，验证了该文理论分析研究的有效性。

耦合电感集成型谐振变换器及其自适应频率控制

作者：徐菁涛；许国；孙尧；熊文静

摘要：该文提出一种宽电压范围的耦合电感集成型串联谐振变换器（CISRC），其电压增益与负载不相关，并且仅含有一个磁性元件与两个开关管。与传统的两级级联结构变换器相比，磁性元件和开关管数量有效减少。在所提出的调制策略下，一次侧开关可以实现零电压开通，二次侧二极管可以实现零电流关断。此外，该文还提出一种无电流传感器的自适应频率控制，通过观测器观测励磁电流平均值，能够在不同功率下自适应调节开关频率，优化电流纹波。该文详细介绍变换器的工作特性与控制方法，并且搭建一台W的实验样机，实验结果证明了所提方案的可行性与有效性。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

作者：许水清；黄文展；何怡刚；胡友强；程庭莉

摘要：为提高中点钳位型（NPC）三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性，该文针对其开关管单管和双管故障，提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型；其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值；然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法；最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。

在此基础上，通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断，诊断速度快、鲁棒性强，且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。

饱和多孔介质对流特性对高压交流海底电缆载流性能的影响

作者：刘士利；罗英楠；刘宗烨；付转古；刘庆达

摘要：精确分析海底电缆的载流性能对于提高海上风电系统的经济性具有重要意义，而现有计算方法未能表征多孔介质的对流换热效应对海底电缆温度场和载流量的影响。针对海床沙土的多孔介质属性，构建了海底电缆的电-磁-热-流多场耦合模型，研究了其周围饱和多孔介质中的对流换热过程，分析了多孔介质渗透率对温度场及对流换热强度的影响；结合导热系数、电缆埋深和三相间距等载流量影响因子分析，通过和IEC计算结果对比，讨论了渗透率对海底电缆载流特性的影响规律。

分析结果表明，该文模型提高了海底电缆载流量的计算精度；当海床沙土的渗透率大于10-12m2时，海底电缆的载流量随渗透率变大而明显提升，此时电缆周围介质中对流换热过程占主导地位；而现有方法由于普遍将海床沙土简化为没有空隙的固体，而导致海底电缆载流量计算结果明显偏低且不受渗透率影响。该文研究结果为改善海底电缆载流性能提供了参考。

阴极曲率半径对微米尺度气隙击穿的影响规律研究

作者：常泽洲；孟国栋；应琪；成永红

摘要：微米尺度气隙击穿特性研究对微结构绝缘性能评价和微放电等离子体应用具有重要意义。该文建立了微米气隙击穿的二维物理模型，利用粒子模拟/蒙特卡洛碰撞（PIC/MCC）方法开展微米气隙击穿过程中电场分布及带电粒子的仿真研究，得到阴极的曲率半径对于微米气隙电场分布、带电粒子分布以及击穿路径的影响规律，并结合实验结果对仿真结果进行了验证，最后讨论分析极不均匀场下微米空气气隙击穿物理过程。

结果表明，阴极曲率半径R0对微米尺度击穿特性的影响规律主要分为两个阶段：当R0＜5μm时曲率半径的变化对电场畸变的影响较大，进而导致击穿电压变化较大；当R0＞5μm时R0对电场畸变的影响逐渐变小，对击穿电压影响减弱。当间隙距离d为5μm时阴极场发射电流占总电流的95%以上，证明了场致电子发射成为击穿的主导机制。同时，阴极表面的放电区域面积随曲率半径的增加而增大，进而导致击穿电流增大。研究结果有助于进一步分析和理解微米尺度击穿过程的影响因素及其微观作用机制。

基于失效时间统计特性的交联聚乙烯电寿命模型修正

作者：王国栋；周凯；李原；李诗雨；傅尧

摘要：为提高电缆绝缘材料电寿命评估的准确性，根据交联聚乙烯（XLPE）失效时间统计特性，对传统基于反幂定律的XLPE电寿命模型进行修正。首先对XLPE薄片样本进行电压耐久性实验，统计不同电场强度作用下XLPE失效时间。其次分析XLPE薄片样本失效时间统计特性，结果表明在相同电场强度作用下，XLPE失效时间大致分布在三个时间区间内，不同时间区间对应不同绝缘失效过程，电场强度不同时，占主导地位的失效过程也不相同。最后用处于主导地位失效过程样本的失效时间代表该电场强度下XLPE薄片样本的电寿命，由此得到修正后的XLPE电寿命模型。相较于传统电寿命模型，修正后的模型从失效时间统计特性的角度出发，确定了E-t特性曲线中拐点的位置。

基于热固耦合的中频变压器绝缘材料性能参数优化配合方法

作者：赵玉顺；戴义贤；庄加才；蔡国庆；陈志伟等

摘要：为了提升中频变压器的散热和机械性能，该文针对中频变压器绝缘材料的性能参数进行了优化配置。通过建立热固耦合模型，结合有限元法分析了中频变压器额定运行时的温度场以及热冲击试验时的应力场和位移场，以检验绝缘材料的散热和力学性能。采用Box-Benhnken中心组合设计试验和响应面分析法，研究了绝缘材料性能参数对变压器温升、应力和形变的影响。

求解响应面模型获得理想的绝缘材料性能参数范围，结合实际确定了优化配合方案：导热系数为0.8W/(m·K)，热膨胀系数为4.7×10-5K-1，杨氏模量为.5GPa。通过仿真与试验对优化方案进行验证，各项试验指标均满足要求。上述研究结果可为中频变压器绝缘材料的优化与选择提供依据。

GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究

作者：张国治；韩景琦；刘健犇；陈康；张硕

摘要：针对变电站气体绝缘组合电器（GIS）绝缘缺陷局部放电（PD）高灵敏监测需求，以及现有刚性基底特高频（UHF）天线传感器内置安装的复杂工艺和内置后存在破坏设备内部电场分布的风险问题，该文提出柔性特高频传感技术。设计了一款柔性UHF螺旋天线传感器，采用正弦波加载的方式以及提高天线本体间隙比的方式实现了天线本体小型化，同时巴伦与天线本体共面，大幅减小了天线整体体积，设计的柔性天线直径为mm，较未小型化径向距离缩小了25%。仿真和网分实测结果表明：在MHz～GHz频带范围内，柔性天线在弯曲半径为0mm、mm、mm时的电压驻波比（VSWR）≤.5；在MHz～1.8GHz频段内VSWR≤2。

最后利用搭建GIS典型缺陷局部放电模拟试验平台对设计的柔性天线进行PD检测性能实测。结果表明，设计的柔性天线在不同弯曲程度下均能有效检测到PD信号，具有较高的信噪比。

磁保持型航天电磁继电器性能提升与质量一致性设计

作者：陈昊；叶雪荣；梁慧敏；翟国富

摘要：磁保持航天电磁继电器具有灵敏度高、发热小、功耗低、体积小等优点，广泛应用于运载火箭、卫星和空间站等航天装备，其性能与质量一致性直接影响航天装备的研发与服役进程，因此性能提升与质量一致性优化引起了广泛的

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