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《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。

电工理论

基于同侧解耦型电场耦合机构的多发射多接收无线电能传输系统

作者：周玮；高侨；陈泽林；麦瑞坤；何正友

摘要：近年来，随着供电水平要求的提高，单发射单接收的电场耦合无线电能传输（EC-WPT）系统难以满足不同功率等级应用的需求。采用多发射多接收的EC-WPT系统可以有效地扩展输出功率等级。然而，在考虑耦合机构的全电容模型的情况下，因为传能通道间的耦合关系，多发射多接收的EC-WPT系统会存在系统失谐问题。

为了解决此问题，该文提出一种基于同侧解耦型耦合机构的双发射双接收的EC-WPT系统。首先，建立一个典型的双发射双接收EC-WPT系统模型，分析同侧耦合对系统谐振的影响效果。然后，提出基于分裂极板的解耦型耦合机构的结构，论证其应用在EC-WPT系统电路中的解耦效果并分析了其解耦原理、耦合系数及偏移性能。最后，搭建了一个功率为200 W的实验样机。实验结果表明，所提出的耦合机构具有较好的同侧解耦特性，基于该耦合机构的EC-WPT系统能在不同工作条件下始终保持谐振状态。

LCC-LCC/S自切换恒流-恒压复合型无线电能传输系统

作者：杨云虎；贾维娜；梁大壮；薛建志；李钰

摘要：为了解决蓄电池充电过程中的恒流过充或恒压欠充问题，该文提出一种LCC-LCC/S自切换恒流-恒压复合型无线电能传输系统。通过副边电力开关切换，该系统不仅可实现恒流-恒压输出，且能有效应对蓄电池充电过程中的各种异常工况；另外，在充电完成负载移除时，该系统能自动进入低功耗待机状态。

首先，给出LCC-LCC/S自切换复合拓扑，分析恒压-恒流及零相角（ZPA）特性；其次，分析恒流-恒压切换点并验证其最优性；然后，通过分析充电过程中出现的副边缺失、负载短路、负载断路等异常工况，系统能通过开关切换有效应对以上异常工作情况，并且充电完成负载移除后系统能自动进入低功耗待机状态；接着，通过与目前研究较多的S-SP拓扑的系统特性进行对比，突出了LCC-LCC/S拓扑的优势；最后，搭建仿真和实验平台，实现最大电流为5.03 A、最大电压为48.92 V的高效率输出，验证了所提理论的正确性。

基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输系统

作者：谢诗云；杨奕；李恋；张路；张小钦

摘要：针对电动汽车进行静态无线充电时，发收机构相对偏移偏转会导致耦合系数和传输能效性急剧下降的问题，该文提出一种基于双极性耦合磁场调控的高抗偏移偏转无线电能传输（WPT）系统，该系统发射机构采用双层正交DD（DQDD）线圈，接收机构采用交叠式DD（OLDD）线圈。

首先，给出空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律，并分析了发射机构激发磁场的分布特性；其次，构建基于双路逆变器-单路整流器的LCC-S补偿网络拓扑，并推导具有发射激励电流恒定特性以及系统输出电压不受负载影响的谐振参数配置条件；然后，给出一种将最大耦合系数作为期望目标的磁场调控策略；最后，通过实验样机验证了所构建耦合机构的抗偏移偏转性能。实验结果表明：在水平面±70 %的偏移范围内，输出功率维持在1.8 kW左右，系统效率不低于88 %。

纳米晶合金晶粒尺寸与体积分数对高频磁损耗特性影响分析

作者：代岭均；邹亮；郭凯航；张黎；李永建 等

摘要：为明确纳米晶合金高频磁损耗与其微观结构的关系，基于随机各向异性理论，建立了介观尺度下纳米晶合金的三维模型。以晶体相体积分数V和晶粒尺寸d为研究参数，从介观层面探究了微观结构的变化对高频磁损耗pv的影响，并得出材料pv与V和d的函数关系式。

结果表明：材料pv会随着V和d的增加而增加，且d对于材料pv的影响更为显著。当外部磁场频率保持10kHz不变、V从60%增大为80%时，材料pv增长率为27.11%；相应地，d从6nm增大到15nm时，材料pv增长率为51.83%。从三者之间的函数关系式也可看出，晶粒尺寸d和体积分数V都与高频磁损耗pv正相关，但两者的指数系数却不相同，d的指数系数大于V的指数系数，因此，d的变化对于材料pv的影响更为显著。

考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢（P2H）设备容量配置优化

作者：李军舟；赵晋斌；陈逸文；毛玲；屈克庆

摘要：考虑大规模风电固有的间歇性、波动性影响，采用电转氢技术将弃风电量转化为可存储再利用的清洁氢能，助力碳达峰与碳中和战略目标。该文选用碱性电解槽作为电转氢设备，研究其制氢效率曲线，构建运行区间规划与经济性规划相结合的优化配置模型。

首先分析电解槽平滑跟踪动态功率的区间范围，对设备充当电负荷的运行能力进行限制。然后在此基础上，以设备全生命周期成本与电氢市场交易成本整体最小为目标，对设备容量进行经济性优化。最后采用混沌粒子群优化算法求解模型。算例结果表明，在保障设备产氢质量同时，可有效提升系统运行可靠性并降低投资成本和弃风率。研究成果实现电转氢设备作为灵活负载跟踪可再生能源的功率波动。

电机及其系统

感应电机定子匝间短路故障温升特性研究

作者：陈鹏；谢颖；李道璐

摘要：感应电机匝间短路故障的温升特性是故障的明显特征之一，针对该问题研究不同工况下匝间短路故障对电机温度场的影响，旨在从电机温度场分布与温升特性角度给出电机故障预警与诊断的方法。以一台笼型感应电机为例，经过合理等效建立电机三维瞬态温度场仿真模型，分别对空、轻、满载三种工况下的正常与故障电机进行温度场仿真计算。通过与各情况下的电机温升实验数据对比，验证了仿真结果的准确性。

综合分析电机温升实验与温度场仿真结果，揭示了电机故障前后传热特性差异，并通过对比电机温升的时间特性与空间分布特性的变化情况，得到了与匝间短路故障相关的温度分布特征。针对故障后电机绕组温度的差异特性提出了相应的温度监测与诊断方法，为电机实际运行监测提供参考。

考虑交叉耦合影响的内置式永磁同步电机电感计算及转矩分析

作者：李仕豪；狄冲；刘佶炜；鲍晓华

摘要：内置式永磁同步电机的电磁转矩主要包括永磁转矩和磁阻转矩两种成分，转矩成分的准确分离和分析有助于进一步优化设计电机拓扑结构，提高电机的功率密度，而电磁转矩成分精确分析的关键在于交直轴电感的准确计算。

该文针对内置式永磁同步电机的交直轴电感求解与转矩成分分析的实际问题，以一台8极11 kW的内置式永磁同步电机为例，对其进行建模仿真计算；通过对采用静磁场求解电感与瞬态场求解电感两类求解电感的方法进行对比分析，在此基础上提出了一种改进的静磁场快速求解交直轴电感的方法，并实现了对电机转矩组成的高精度分离提取和在电磁设计阶段对电磁转矩成分的预测。

改进的静磁场求解电感的方法既能精确考虑交叉耦合效应，又能考虑不同负载下饱和效应的影响。此外，相较于瞬态场求解电感的方法，该方法有效减少了仿真步数从而缩短了仿真时长。最后，构建实验测试平台对目标样机进行了转矩测试，并与预测模型结果进行比较，实验结果验证了所提方法的准确性和有效性。

基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制

作者：金鸿雁；宫艳书；赵希梅

摘要：针对精密直驱XY运动平台在执行加工任务时，易受到系统不确定性动力学及双轴协调匹配性的影响而产生轮廓误差的问题，提出一种基于参考调整轮廓误差（RACE）模型和不确定性补偿器（UC）的自适应非线性滑模轮廓控制（ANSMCC）方法。由于传统的将跟踪误差法向分量视作近似轮廓误差的方法并不适用于大曲率轮廓加工轨迹，因此，建立参考调整坐标系，通过坐标变换的方式计算得出更为精准的RACE模型。

采用ANSMCC方法对轮廓误差进行控制，通过设计非线性滑模面可以有效提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差，设计UC对不确定性动力学进行补偿，从而提高系统的鲁棒性。实验结果表明，该方法能够有效克服直驱XY平台系统中不确定性动力学的影响，提高轮廓加工精度。

负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略

作者：杨凯；李孺涵；罗成；黄煜昊；罗伊逍

摘要：无速度传感器感应电机系统在低速、变负载工况运行时，转速可观测性较差。为此，提出一种负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略。

首先，基于误差系数矩阵行列式分析，阐述了低速发电不稳定的原因，揭示了负载变化对感应电机低速运行稳定性的影响，指出负载变化下恒励磁电流策略存在转速不可观测、系统稳定性差等问题。进而，以提高负载变化下系统的转速可观测性为目标，引入主动零频穿越策略，并基于定子电流限制推导出励磁电流自适应变化区间与其修正步长。

为提升系统稳态带载能力，分析了同步转速限制值对电机转矩输出能力的影响，并给出同步转速限制值取值范围。此外，为抑制主动零频穿越过程中的转速/磁链/电流脉动，保证电磁转矩和负载实时匹配，提出转矩电流相位补偿方法。最后，在2.2 kW的感应电机实验平台上验证了所提方法的有效性。

小样本条件下永磁同步电机深度迁移学习性能预测方法

作者：金亮；闫银刚；杨庆新；刘素贞；张闯

摘要：使用深度学习算法建立代理模型可实现电工装备性能的快速预测与分析，但其训练过程需大量样本。而现代电工装备的标签样本稀缺，导致模型预测精度低，制约了算法的工程应用。考虑到历史任务中积累的标签样本充足，且此类样本与目标任务的样本间存在相关的知识信息，建立了一种深度迁移学习性能预测方法，将历史电机样本中积累的性能预测知识迁移应用于目标电机性能分析中。

首先使用目标域无标签样本对深度置信网络（DBN）进行逐层无监督训练，然后借助源域有标签样本建立参数共享的预训练网络，最后通过少量目标域有标签样本进行适配层训练和全网络微调的方法实现模型迁移。通过结构差异程度不同的Prius电机进行案例验证，结果表明，所提方法能够在满足一定预测精度的情况下，使用较少的标签样本完成目标电机的性能预测任务，为现代电工装备的性能分析与优化提供了新的思路和实践方法。

核电多相无刷励磁系统中旋转整流器不同开路故障模式的特征分析及诊断

作者：郝亮亮；陈建林；段贤稳；何力；陈俊

摘要：对于核电站频繁发生的多相旋转整流器开路故障，实际现场不仅需要可靠诊断，还需要对故障模式进行准确区分。利用故障在励磁机定子励磁电流中反映的特征来诊断无法被直接测量到的旋转整流器故障是一种有效的途径，但是以往研究均仅关注故障励磁电流的频域特征，能识别故障的发生而无法进一步对故障模式进行分类。为此，该文对旋转整流器一管开路、一相开路以及不同位置的两相开路故障后励磁电流时域、频域及频谱分布特征进行研究。

首先，对某11相环形无刷励磁系统的运行特性进行理论分析，基于二极管导通顺序及故障二极管在电机运行周期中所处的位置，对故障励磁电流时域特征进行分析；其次，基于故障对励磁电流的影响机理，对励磁电流故障分量进行解析，得到了旋转二极管不同模式故障下的频域及频谱分布特征，并通过某11相动模样机实验验证了理论分析的正确性；最后，结合励磁电流时域、频域以及频谱分布三者特征，提出了二极管不同模式故障的诊断方法。样机实验表明，该文提出的诊断方法能实现所有故障模式的区分，可为一般多相环形无刷励磁系统旋转整流系统故障的保护提供依据。

电力电子

碳化硅功率模块封装技术综述

作者：王来利；赵成；张彤宇；闫飞飞

摘要：碳化硅作为宽禁带半导体的代表，理论上具有极其优异的性能，有望在大功率电力电子变换器中替换传统硅IGBT，进而大幅提升变换器的效率以及功率密度等性能。但是目前商用碳化硅功率模块仍然沿用传统硅IGBT模块的封装技术，且面临着高频寄生参数大、散热能力不足、耐温低、绝缘强度不足等问题，限制了碳化硅半导体优良性能的发挥。

为了解决上述问题，充分发挥碳化硅芯片潜在的巨大优势，近年来出现了许多针对碳化硅功率模块的新型封装技术和方案，重点关注碳化硅功率模块封装中面临的电、热以及绝缘方面的挑战。该文从优化设计方法所依据的基本原理出发，对各种优化技术进行分类总结，涵盖了降低高频寄生电感、增强散热性能、提高耐高温能力以及提升绝缘强度的一系列相关技术。在此基础上，对相关的可靠性问题进行总结。最后基于碳化硅功率模块封装技术的现状，对相关技术的未来发展进行了展望。

基于拓扑优化的车用功率模块Pin-Fin设计方法

作者：李恺颜；曾正；孙鹏；王亮；邹铭锐 等

摘要：集成Pin-Fin散热器可以降低功率模块的结-流热阻，是车用电机控制器热管理的发展趋势。然而，传统参数设计方法无法定量表征Pin-Fin的形貌结构，设计自由度低、设计效果欠佳，难以实现Pin-Fin的热-流协同设计。

基于变密度拓扑优化方法，该文提出一种Pin-Fin形貌结构的设计方法，建立Pin-Fin设计的变密度拓扑优化模型，分析模型参数对优化结果和收敛性的影响规律，形成以结-流热阻和冷却液压降为目标的协同优化方法，探索Pin-Fin结构的热-流耦合规律和强化换热方法，得到最优的Pin-Fin散热器形貌结构，搭建变流器实验平台和车用电机控制器样机，对标商业化圆形Pin-Fin结构，以及三角形、菱形和水滴形等其他形貌结构，计及母线电压、负荷电流和冷却液流量的影响，实验结果验证了所提模型方法的可行性和有效性。

实验结果表明：基于拓扑优化方法设计的Pin-Fin结构，与传统结构相比可以降低12 %的结-流热阻，消除了多芯片结温差异的80 %，为车用功率模块和电机控制器研究提供新的思路。

基于模型融合的电子元器件个体剩余寿命预测方法

作者：赵昌东；项石虎；王尧

摘要：电子元器件通常为整个系统中较易发生故障的薄弱环节，并且往往承担着较为关键的任务，一旦未及时更换引发故障，可能会导致整个系统的失效。因此，对系统中电子元器件的剩余寿命进行精准预测至关重要。由于失效机理复杂、先验信息不充分、监测数据不足等原因，电子元器件的退化模型存在不确定性问题，会对剩余寿命的预测结果产生较大的影响。针对模型不确定性问题，现有研究未考虑模型的预测能力，且需要大量的先验信息或退化数据。

为解决上述问题，该文提出一种基于模型融合的电子元器件剩余寿命预测方法。具体而言，提出一种综合考虑了模型的拟合能力、复杂度与预测精度的新模型优劣性指标，并依据新指标构造了各备选模型为真实模型的概率，进而利用全概率公式对所有备选模型进行融合，最后通过融合模型求解出电子元器件个体的剩余寿命。经实际案例分析，验证了该文所提出方法的有效性和精确性。

大功率高频变压器三维温升计算及优化设计方法

作者：骆仁松；汪涛；文继峰；王子龙；虞晓阳

摘要：三维温升计算是大功率高频变压器（HFT）建模中的难点问题，准确、快速的热模型对于HFT的优化设计和稳定运行有着重要意义。目前，普遍采用降维方式建立集总参数热网络模型，其计算精度易受结构参数影响，在宽参数范围寻优中难以实现准确的热点预测。

该文基于有限差分方法（FDM）构建了HFT三维热模型，并对离散化误差及其控制方法进行分析。借助有限元仿真对三维热模型的参数适应性进行详细校验，包括结构尺寸、损耗密度及散热条件，校验结果表明，该模型在宽参数范围内的最大误差小于10%。以10 kHz、150 kW变压器为例进行优化设计，单次三维温升计算平均耗时2.8 ms，最优设计边界上的最高温升计算误差低于5.5%。根据优化设计结果加工150 kW变压器原型样机并进行额定功率测试，最高温升计算误差为3%。

正-反激变换拓扑的功率传输分配特性及设计考虑

作者：刘树林；沈一君；刘旭；庹汉宇；王成 等

摘要：通过分析正-反激变换拓扑工作于不同模式时的功率传输特性及其与负载电阻的关系，发现工作于励磁电流断续导电模式（MDCM）时的正激功率和反激功率均随负载电阻的减小而增大，工作于励磁电流连续导电模式（MCCM）时的正激功率维持不变，而反激功率随负载电阻的减小单调增加。

对于给定输出功率，推导得出了开关管电流应力与正激功率和反激功率之间的解析关系式，探讨了功率分配对正-反激变换拓扑效率的影响，并指出减小正激功率有利于降低开关管电流应力，而减小反激功率有利于提高正-反激变换拓扑效率。综合考虑功率传输特性对正-反激变换拓扑电气性能的影响，提出一种在给定负载变化范围内，确保输出功率最大时使得正激功率与反激功率相等的磁性元件参数设计方法，实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器及其调控优化方法

作者：任鹏；涂春鸣；侯玉超；郭祺；王鑫

摘要：针对现有级联型多电平变换器器件多、损耗大、功率密度低等问题，该文提出一种基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器（HCMC）拓扑结构。HCMC由全Si IGBT器件的中性点钳位（NPC）型三电平单元与由Si IGBT、SiC MOSFET器件混合的级联H桥（CHB）单元串联构成。

针对此拓扑提出一种特定的高低频混合调制策略，充分发挥SiC MOSFET开关损耗低、Si IGBT通态损耗低的优势，并对NPC单元直流侧电压和CHB单元子模块数进行优化设计。此外，为解决子模块电容电压不平衡问题，提出一种轮换均压控制策略。最后，在6kV系统无功补偿工况下进行仿真和实验，验证了HCMC拓扑结构和调制策略的可行性，并将HCMC和现有级联型多电平变换器进行综合对比，证明了所提拓扑在保证输出性能的条件下大大降低了运行损耗。

一种10 MHz高频DC-DC功率变换器及其同步整流技术

作者：管乐诗；程怡；施震宇；王懿杰；徐殿国

摘要：该文设计一种具有准零相位差同步驱动信号的10 MHz DC-DC功率变换器，通过设计逆变器输出电压与整流器输入电压近似同相位，整流器和逆变器可以采用同一驱动信号，简化了同步整流开关管的控制难度，实现了10 MHz下可靠、简洁的同步整流控制。同时，为满足主拓扑要求，构建具有二次侧准无漏感特性的嵌套环形3D变压器，大大减少了传统变压器二次侧漏感对于同步整流控制的影响，并提出由多个印制电路板（PCB）结合来制作嵌套环形3D变压器的方法。最终，设计了一台48 V输入、12 V/28 W输出的实验样机，实验结果验证了所提出的控制方法和数值设计方法的可行性。

高电压与放电

基于陷阱密度的双向拉伸聚丙烯薄膜耐γ辐照积累剂量阈值评估

作者：王雨橙；李化；王哲豪；林福昌

摘要：聚合物电介质在接受辐照后，电气性能会下降，可能使电气系统在发生电气故障前因电介质劣化而过早地终止使用寿命。以双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜为对象，研究了γ辐照积累剂量对结晶度和陷阱参数的影响规律。依据辐照陷阱产生模型，定义辐照后陷阱密度增加系数ktrap以表征薄膜电气性能劣化程度，并提出了γ辐照积累剂量阈值评估方法。

研究结果表明，γ辐照积累剂量超过10 kGy时，BOPP薄膜的结晶度显著下降，陷阱深度随辐照积累剂量的增加而增大，陷阱密度随辐照积累剂量的增加呈指数形式增大。根据陷阱密度随辐照积累剂量的分段规律，得到BOPP薄膜劣化的起始辐照积累剂量阈值为10 kGy，显著劣化的阈值为80 kGy。

恒定气隙接触器无位置传感器控制与动态特性分析

作者：王公润；董恩源；王永兴；尹升；吉盈东

摘要：为减少接触器的触头弹跳，针对恒定气隙接触器提出一种位置预测方法，使用等效磁路法与参数辨识从永磁体磁链中提取位置信息，随后依据位置信息实施控制。建立磁力机构等效磁路模型，推导出动态磁链、位移与电流的映射关系，实验验证了映射关系的合理性。

通过实验获得位移、电压与电流，根据实验数据计算磁链，采用多元回归的方法获取位移的映射的参数，完成了接触器位置预测。通过有限元模型的参数扫描功能，建立驱动力、磁链的两个曲面，通过插值的方法完成接触器的建模，从而进行位置预测以及无位置控制的仿真。

使用磁力机构驱动的接触器进行实验，实验结果表明，新型无位置传感器控制方法适用于恒定气隙接触器，验证了位置预测的准确性与控制方法的有效性。

基于马尔可夫过程的漏电保护器服役状态及其可靠性分析

作者：李奎；郝运佥；赵成晨；戴逸华；管瑞良

摘要：漏电保护器在实际服役过程中可能会发生故障，但诱发其故障暴露的激励条件不具备时，其故障并不能显现出来。

针对这一问题，提出一种计及隐藏故障的漏电保护器运行状态划分方法，建立基于马尔可夫过程的运行状态转移模型，实现漏电保护器的实际服役状态准确描述；设计基于蒙特卡洛法的漏电保护器可靠性仿真模型，以漏电故障频次、漏电流大小、保护器可靠性水平和运行时间为主要变量，对无检查和有检查下漏电保护器的状态概率进行仿真分析，确定了保证供电系统可靠性和安全性条件下的最低定期检查频次。

该方法适用于不同可靠性水平的漏电保护器的分析与评估，对其定期检查策略的制定具有指导意义。

变压器偏磁效应噪声特性的多场耦合分析与抑制

作者：潘超；安景革；刘闯；蔡国伟；孙正龙 等

摘要：针对变压器在直流扰动下的噪声问题，提出一种电磁-机械-声的多物理场耦合方法。构建三相变压器三维电磁模型，求解三相变压器在偏磁效应下的内部构件磁场与受力情况。利用电磁-机械耦合原理计算铁心和线圈的振动加速度，并基于机械-声耦合原理进一步建立声学波动模型，计算空间声压分布。以Yd接线三相三柱式变压器为例，仿真研究多种交直流混杂模式下的电磁、振动及噪声状态，总结其模-态特征及变化规律。

搭建变压器偏磁动模实验平台，测量振动噪声参数，并与仿真结果对比，验证所提方法与结论的正确性和有效性。通过分析变压器偏磁效应噪声特性，为基于信息物理融合的设备状态监测与故障辨识提供新思路。