运用Maxwell模型对植物油纸绝缘系统老化状态的研究

植物绝缘油被广泛运用于油浸式变压器,研究植物油变压器油纸绝缘系统的老化状态至关重要.本文引入分数微积分的概念,建立了分数阶Maxwell介电模型参数辨识的数学模型,同时根据实验得到的复介电常数实虚部的值求得分数Maxwell模型中的各个参数,根据最小二乘法建立目标函数,采用粒子群算法实现参数辨识,得到了不同老化状态下油纸试品的Maxwell模型参数,并利用混合蛙跳算法对其进行验证.得到模型特征参数后,根据模型重构得到的数据,进而研究了绝缘老化对分数Maxwell介电模型参数影响的规律.研究表明:随着老化程度的加深而增大的介电常数ε与聚合度D_p有着较好的线性关系,弛豫时间τ与D_p间有着较好的指函数关系.提出的分数阶Maxwell模型参数可用于量化评估油纸绝缘的老化状态.     

基于修正Cole-Cole模型的Nomex绝缘纸频域介电特性研究

矿用干式变压器Nomex绝缘在老化过程中其介电特性会发生改变,为定量描述其频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)随测量温度和老化的变化规律,本文采用修正Cole-Cole模型研究了Nomex绝缘纸的FDS特性,将该模型参量作为Nomex绝缘纸的FDS特征参量,用以反映其绝缘性能。在对不同测量温度和老化程度下Nomex绝缘纸介电特性进行测量后,提取了修正Cole-Cole模型参数,分析其变化规律后发现,随着测量温度的上升,复介电常数实部和虚部的频谱曲线向上和向高频方向偏移;随着老化时间的增加,Nomex复介电常数实部和虚部均有变大的趋势且在低频段下上升速度更快;随着测量温度升高,α和β弛豫过程中介质极化率增大,时间常数减小同时其直流电导率增大,随着老化时间的增加其介电特性出现相同的变化趋势。     

分数阶系统的迭代最小二乘辨识算法

针对等比例阶次的分数阶系统的特点,提出了一种分数阶系统频域辨识的迭代最小二乘算法,并将运算数据的实部和虚部分离计算引入辨识过程,简化了计算的复杂度。此算法是整数阶系统辨识频域最小二乘算法的推广。通过无噪声和有噪声两种情况下的仿真实验,证明了该算法的有效性。     

基于Kramers Kronig关系的油纸绝缘直流电导计算方法

针对区分介电谱中电导和极化过程的方法较为缺乏,等效模型中表征电导的参数唯一性计算方法不足的问题.以油纸绝缘介质的电导过程为研究对象,在实验条件下制备不同水分含量的油纸绝缘样品,并测量频域响应谱线.基于Kramers-Kronig关系对测量复极化率实部谱线进行数值积分,获得弛豫损耗谱线,进而得到电导损耗谱线;并使用最小二乘法对电导损耗谱线进行拟合,计算出电导值.研究结果表明,使用Kramers-Kronig变换可以从测量复极化率虚部谱线中有效分离弛豫损耗谱线和电导损耗谱线,进而得到直流电导值;随着油纸绝缘样品含水率增加,介电谱的损耗峰特征逐渐消失,电导过程增强.     

基于状态空间方程的油纸绝缘系统等效电路参数辨识

合理地辨识油纸绝缘系统等效电路的参数是绝缘老化特性分析的基础.根据回复电压测试原理,提出建立回复电压时域响应的状态空间模型,并利用控制理论中状态空间方程的求解方法结合自适应粒子群算法搜索出最优解,从而得到等效电路的未知参数值.利用国外学者所提供的一组300 MV·A油纸绝缘变压器不同充电时间下的回复电压响应曲线进行辨识,并将辨识结果所对应的回复电压曲线与测量曲线对比,二者重合度高,验证了计算模型及辨识方法的有效性.同时,分析了模型支路数不同时对辨识结果的影响,初步得出该台变压器选择6条支路辨识拟合效果最佳的结论.为油纸绝缘系统等值电路参数的辨识提供了一种新思路.     

介电松弛的基本分数模型及其在频率域上的松弛特征

分数阶动力学方程从本质上讲具有耗散性质,对力学黏弹过程的描述取得了成功的应用.本文介绍了介电松弛的基本分数单元——容阻器,利用容阻器建立了介电松弛的基本分数模型,给出了各模型的本构方程和复介电常数,分析对比了它们的松弛特性.结果表明分数模型可以给出丰富的具有不同频率特性的松弛过程,如Cole-Cole方程可以作为分数模型的特例给出.本文还用分数Poynting-Thomson模型对丙三醇的介电松弛行为进行了拟合,对介电常数与介电损耗都给出了很好的描述.     

SiO_2含量对损耗型CoFeB-SiO_2颗粒膜电磁性能的影响

研究一种可应用于抗电磁干扰和微波吸收的磁性纳米颗粒膜,选用FeCoB作为磁性合金,SiO2为电介质材料,采用磁控溅射工艺制备纳米颗粒膜.重点研究电介质SiO2体积分数对颗粒膜微结构以及电磁性能的影响规律和作用机理.结果表明,适当的电介质体积分数可使颗粒膜保持微波高磁导率和高磁损耗并有效降低介电常数,2 GHz时,复磁导率的实部μ′=31,虚部μ″=45,复介电常数实部ε′=671,虚部ε″=593.     

基于传输线理论的电磁波反射系数正交分析研究

分析电磁参数对电磁波反射系数R的影响是电磁波屏蔽吸波研究的热点之一。考虑到影响电磁波反射系数R的因素很多,同时研究多个因素而成为关键点。在前人学者基础上,基于传输线理论,利用正交试验设计进行安排试验,分析研究电磁参数的四个因素以及电磁波频率f、吸波层厚度d六个因素对反射系数的影响。模拟实验结果表面： 对电磁波的反射系数R的影响大小分别为吸波层厚度d、相对复磁导率虚部 、相对复磁导率实部 、相对复介电常数虚部 、电磁波频率f、相对复介电常数实部 ;在X波段区间内,吸波层厚度d对电磁波反射系数具有显著影响,而相对复介电常数实部和虚部、相对复磁导率实部和虚部、电磁波频率产生影响,但不够显著。     

两相复合材料等效复介电常数的计算

提出了一种弥散体为球状、体积随机分布的两相复合材料介电性能计算模型,通过生成随机数并利用幂指数变换建立随机数与半径之间的对应关系,实现了弥散相与基体的不同体积比.利用有限元法计算了模型中的电位分布,通过能量平衡法求解等效复介电常数的实部和虚部.采用统计平均的处理方法,弥补了具体的计算模型各向异性的缺陷,实现了各向同性的复合材料介电性能的计算.在此基础上研究了基体和弥散体电导率对等效复介电常数的影响规律,并从界面极化的角度揭示了相应的物理过程.     

基于传输线理论的电磁波反射系数正交分析

分析电磁参数对电磁波反射系数R的影响是电磁波屏蔽吸波研究的热点之一。考虑到影响电磁波反射系数R的因素很多,同时研究多个因素而成为关键点。在国内外学者研究的基础上,基于传输线理论,借助正交试验设计法安排试验方案。分析研究电磁参数的四个因素以及电磁波频率f、吸波层厚度d共六个因素对反射系数的影响。试验结果表明:各个因素对电磁波反射系数R的影响程度从大到小的排列顺序依次是吸波层厚度d、相对复磁导率虚部、相对复磁导率实部、相对复介电常数虚部、电磁波频率f、相对复介电常数实部;在X波段区间内,吸波层厚度d对电磁波反射系数R具有显著影响,而相对复介电常数实部和虚部、相对复磁导率实部和虚部和电磁波频率对电磁波反射系数R影响不够显著。     

SiO2含量对损耗型CoFeB-SiO2颗粒膜电磁性能的影响

研究一种可应用于抗电磁干扰和微波吸收的磁性纳米颗粒膜,选用FeCoB作为磁性合金,SiO2为电介质材料,采用磁控溅射工艺制备纳米颗粒膜．重点研究电介质SiO2体积分数对颗粒膜微结构以及电磁性能的影响规律和作用机理．结果表明,适当的电介质体积分数可使颗粒膜保持微波高磁导率和高磁损耗并有效降低介电常数,2GHz时,复磁导率的实部μ’=31,虚部μ″=45,复介电常数实部ε’=671,虚部ε″=593．     

采用谐振腔微扰法的NiZn铁氧体介电常数测量

谐振腔微扰法广泛用于材料微波介电性能的测量,它与常规的测量方法相比,具有样品尺寸小、计算公式简单的优点,在近似计算频率、谐振腔品质因数、材料的介电常数等方面具有较高的应用价值.采用谐振腔微扰法,测量不同配方NiZn铁氧体在微波频段的复介电常数,计算得到介电常数的虚部ε″和实部ε',进而分析Ni和Zn的含量对NiZn铁氧体材料介电常数的影响.     

两相复合材料等效复介电常数的计算

提出了一种弥散体为球状、体积随机分布的两相复合材料介电性能计算模型,通过生成随机数并利用幂指数变换建立随机数与半径之间的对应关系,实现了弥散相与基体的不同体积比．利用有限元法计算了模型中的电位分布,通过能量平衡法求解等效复介电常数的实部和虚部．采用统计平均的处理方法,弥补了具体的计算模型各向异性的缺陷,实现了各向同性的复合材料介电性能的计算．在此基础上研究了基体和弥散体电导率对等效复介电常数的影响规律,并从界面极化的角度揭示了相应的物理过程。     

以复小波变换系数为特征量的局放模式识别

复小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力,且复小波变换提供了独有的相位信息.文中对4种典型绝缘缺陷产生的局部放电脉冲波形进行复小波变换,用模糊聚类的方法分别对各尺度复小波系数的实部R、虚部I以及复合信息系数R|I|聚类分析,将聚类的能量作为模式识别的特征量.通过大量的实验获得放电样本,用构建的BP神经网络作为分类器,对4种典型绝缘缺陷产生的局部放电进行了有效识别,结果表明:从复小波的复合信息系数R|I|中提取的特征量优于从实部R、虚部I以及实小波系数中提取的特征量.     

冷却速率对高碳铬铁粉电磁性能的影响

采用矢量网络参数法在1~18 GНz频段内分别对电阻炉、空气和水浴中冷却的高碳铬铁粉的电磁性能进行研究.随着冷却速率的提高,高碳铬铁粉的相对复介电常数实部和虚部在大多数频率下均增大.空冷和水冷粉料的相对复介电常数虚部在12~18 GНz频率范围内因极化弛豫而产生较大的峰值.同一频率下相对复磁导率实部随冷却速率变化的趋势与相对复介电常数相反.水冷粉料的相对复磁导率虚部在3~5GНz以外的频段内均大于另两组冷却粉料,且三组粉料的虚部在低频及高频条件下均具有峰值.在2.45 GНz的微波加热频率下,炉冷、空冷及水冷粉料的反射损耗分别为-2.30、-2.15和-2.07 dB.水冷粉料的介电损耗因子及磁损耗因子最大,微波场下具有最佳的升温速率与反应效果.     

2.45 GHz不同条件对冰复介电常数测量影响的实验研究

用谐振腔微扰法在微波频率2.45 GHz下对冰的复介电常数的进行了测量,着重研究了不同浓度的杂质金属离子（Na+, K+ ,Ca2+）和不同平均输出功率微波加热二次去离子水至沸腾后结成冰的复介电常数的影响.测量结果表明,冰的复介电常数的实部与杂质离子浓度成线性关系,而虚部则成非线性关系,并且不同平均输出功率的微波加热后的冰的复介电常数实部不同.     

基于等效电路模型和DPSD算法的介电性能测试算法的研究

本文提出了一种关于介电材料的相对介电常数(εr)的介质损耗(tgδ)的测量算法。通过实际电容器的并联和串联等效电路模型分别与DPSD算法相结合实现介电材料相关介电参数的测量算法。大量程序模拟实验的结果证明,不同等效模型实现的算法具有相同的结果。该算法可以用于不同频率下介电材料介电性能的测量。     

应用于类球体细胞电旋转分析中的介电参数求解算法

根据薄膜理论建立了一种面向类球体细胞的单壳介电模型,分析了细胞在电旋转静流场中的受力,并由旋转力矩和斯托克斯流体阻力矩平衡原理,推导得到细胞各层介电参数方程组.利用引入压缩因子的粒子群优化算法求解细胞的介电参数,并讨论了压缩因子的变化对求解结果的影响.以Granulocytes白细胞为例进行算法验证,得到细胞膜的电导率和相对介电常数分别为7.25μS/m和10.3,细胞质的电导率和相对介电常数分别为0.487 S/m和136,且压缩因子的变化仅影响各组解的搜索概率,加速系数为2.015时所需解的搜索概率达到最高值.算法结果与白细胞介电参数的经验数据相吻合,表明该算法具有较高的精确性和稳定性.     

具有复介电常量对称结构一维三元光子晶体透射谱的研究

利用传输矩阵法理论,研究含复介电常量对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明：当各层介质的介电常量均为实数时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质介电常量含正虚部时,禁带中的透射峰出现透射衰减现象,若含有负虚部时,透射峰则出现透射增益现象;随着复介电正虚部的增大,透射峰出现单调衰减,而随着复介电负虚部绝对值的增大,透射增益达到一极大值,随后减小;在不同介质层引入复介电常量引起透射峰的透射率衰减或增益强度不同。这些特性对设计光放大器、衰减器等新型光学器件有一定的参考价值。     

分数阶系统的一种频域辨识算法

研究了利用频率响应数据辨识分数阶传递函数的问题.根据分数阶传递函数模型中,公因子阶次和分母系数是非线性参数,而分子系数则是线性参数,给出了一种频域辨识算法:利用模拟退火算法估计公因子阶次和分母系数,相应的分子系数通过求解线性最小二乘问题得到.该算法可以估计出包括公因子阶次在内的所有模型参数.无噪声和有噪声频率响应数据2种情况下的仿真算例验证了算法的有效性.