电导及介电自适应调控的复合绝缘材料及其应用

非线性复合绝缘材料有助于解决电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此介绍了Zn O压敏陶瓷微球及其复合绝缘材料的制备方法,实现了同时具有非线性电导特性和非线性介电特性随外加电场而自适应变化的复合材料。材料的非线性特性主要由压敏微球填料决定,而对于绝缘材料基体的要求较为宽松;当材料中的压敏微球体积分数超过30%时,复合物具有很好的非线性特性,其电导非线性系数可达到16.9而介电常数也能够比线性区增加5倍以上;材料的压敏电压也能够根据填料体积分数进行一定范围内的调节。采用非线性电导特性和非线性介电特性的复合材料取代传统电缆附件中控制电缆接头电场应力的压控管和应力锥的材料对电场的应力控制效果更好,对于110 k V的交流电缆终端内电场分布的仿真计算表明,在应力锥绝缘部分采用非线性材料能够将关键位置处的场强从采用固定材料时的4.7 k V/mm降低至2.2 k V/mm以下,并且材料的电导率越大、非线性系数越大时,均匀场强的效果越好。     

ZnO压敏微球/硅橡胶复合材料介电弛豫特性

控制高压设备内部电场均匀分布是有效防止高压设备绝缘材料老化及故障的关键,ZnO压敏微球/硅橡胶(Si R)复合材料因其非线性电导和介电特性,常用于高压设备均压结构中。该文制备ZnO体积分数为5%～40%的ZnO/SiR复合材料,在0.1Hz～1.0MHz频率范围以及-40～160℃温度范围内,利用宽频介电谱仪获得不同ZnO体积分数的ZnO/SiR复合材料的弛豫过程,可知ZnO/SiR复合材料中存在β弛豫、内部偶极极化(intermediate dipolar effect,IDE)弛豫和α弛豫3种弛豫形式,分别由硅橡胶基体的粘流态转变、聚合物支链运动以及ZnO压敏微球引起。通过对IDE弛豫时间对数与温度倒数的线性拟合可知,ZnO/SiR复合材料IDE弛豫的产生机制为ZnO压敏微球内部热激活载流子的迁移与积累。研究结果为ZnO/SiR复合材料的弛豫过程提供了基础数据,并为该复合物在高压设备中的应用提供参考。     

改善不均匀电场的非线性复合材料研究进展

电场分布不均匀现象是高压电力绝缘设备及部件广泛存在的难题,给高压设备的设计、制造带来很大的技术难度和成本,并且危及设备长期运行的安全可靠性。采用具有与外加电场相关的非线性压敏电导或介电特性的复合材料,可以实现材料性能参数与空间电场大小的自适应匹配,达到智能地改善绝缘介质空间电场分布均匀性的效果。为此,详细综述了用于改善电力绝缘不均匀电场分布的非线性电导复合材料在国际上的基础和应用研究成果,并指出了该领域预期的发展方向是研究兼具非线性电导和介电特性的"smart"复合材料,实现自适应调控电力设备内部的电场分布。另外迫切需要揭示纳米颗粒与绝缘材料的界面特性及界面模型,为进一步调控绝缘材料的电场特性等提供理论支撑。     

SiC掺杂对直流电缆附件用硅橡胶材料非线性电导特性的优化研究

电气设备部件的性能提升不仅要依靠传统几何方法来改善绝缘结构,更要侧重于对绝缘材料自身性能的优化。该文通过实验研究了碳化硅（SiC）/硅橡胶复合材料的直流电导特性和直流击穿特性。随着温度升高,SiC晶格散射会阻碍载流子迁移,宏观上表现为电导特性非线性系数降低,而更多高能载流子的出现则会使非线性区阈值场强减小。随着SiC体积分数及粒径的增加,复合材料直流击穿场强虽有一定程度降低,但整体仍满足运行设计要求。在兼顾关键位置电场分布、损耗功率及局部温升的条件下,该文通过仿真探究了非线性电导特性参数的合理范围,所制备的掺杂10%体积分数SiC/硅橡胶复合材料作为应力锥增强绝缘参与电场调控,可有效改善电缆终端内部电场强度分布,应力锥导体锥面处电场强度降低幅度达到50%。该研究结果有望从材料改性角度为提升电缆附件性能提供思路。     

非线性绝缘电介质AC介电特性参数及其测量

为调控电场分布避免电场集中,由聚合物与无机半导体填料制备的非线性绝缘电介质在许多高压设备中得到应用。非线性绝缘电介质介电特性的测试是其理论与应用技术研究的重要基础。研发了一套基于虚拟仪器技术的非线性绝缘介质交流介电特性测试装置,实现交流激励电压和响应电流瞬时波形的测试。参照激励电压通过确定的算法将响应电流分解成阻性电流和容性电流。通过对电压与电流波形的分析,获得瞬态测量条件下的静态、动态参数与电场强度关系曲线及等效参数等,可更全面地表征非线性绝缘电介质交流介电特性。结合测量实例,详细描述了各参数及其与电场强度关系曲线的获得过程。     

微波烧结La掺杂CaCu3Ti4O12陶瓷的结构、介电和压敏性能

采用微波快速烧结法制备了La掺杂CaCu3Ti4O12致密陶瓷,研究了其结构、介电和压敏性能。所有Ca1-3x/2LaxCu3Ti4O12陶瓷均形成了CCTO晶相,但是La含量低于0.10时存在CuO第二相。随着La含量增加,Ca1-3x/2LaxCu3Ti4O12陶瓷介电常数随频率和温度变化越来越小;压敏电压逐渐增大,非线性系数也明显改善。其中La含量x=0.15时,Ca1-3x/2LaxCu3Ti4O12陶瓷具有良好的压敏性能:压敏电场强度为5.25 kV/cm,非线性系数为26.3。     

环氧树脂非线性电导复合材料表面电荷与沿面闪络特性研究

针对直流气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)盆式绝缘子表面电荷积累与沿面闪络的问题,制备了不同Si C质量分数的环氧树脂非线性电导复合材料,研究了Si C含量对Si C/环氧树脂非线性电导复合材料的体电导率、表面电荷、沿面闪络电压等相关特性的影响。结果表明:Si C质量分数大于50%的环氧树脂复合材料试样在高电场下呈现非线性电导特性。随着Si C含量和外加直流电场强度的增加,Si C/环氧树脂复合材料的表面电位增加量明显下降。Si C质量分数大于50%的环氧树脂复合材料在高电场下对其表面电荷积累具有抑制作用,减少了沿面闪络现象的发生。     

不均匀电场下纳米氧化锌改性环氧树脂的绝缘特性

为研究纳米ZnO掺杂对环氧树脂复合材料绝缘特性的影响,以纳米ZnO改性双酚A型环氧树脂材料为研究对象,考察了不同掺杂量下复合材料直流电导、介电常数等绝缘特征参数的变化趋势;并利用针板电极系统,分别对ZnO/环氧和SiO_2/环氧复合材料进行了起始局放电压对比测试。研究发现,当纳米ZnO质量分数15%时,复合材料开始呈现非线性电导特性,复合材料介电常数也发生显著变化,质量分数为30%时其电导非线性系数可达到18.7,介电常数则可上升至5.9。相同电极结构下,纳米ZnO/环氧复合材料的起始局放电压显著高于SiO_2/环氧复合材料,ZnO质量分数为15%时起始局放起始电压达到最大值,分别比无掺杂树脂及纳米SiO_2掺杂树脂提高了33%和22%。研究表明,纳米ZnO粒子的引入显著提高了环氧树脂复合材料的绝缘性能,纳米ZnO粒子的界面效应和非线性电导特性在改善复合树脂绝缘特性方面发挥了主要作用。     

掺杂ZnO/环氧树脂基体的制备及其非线性电导改性研究

航天器在地球同步轨道(GEO)上运行时,由于受到高能电子辐射的影响,会使得介质材料表面和深层带电,电子积聚在电阻率很高的介质材料中,且难以释放,严重影响了航天器卫星的正常运行。本文以介质材料本身的特性出发,对环氧树脂(EP)基体中添加ZnO微米颗粒的方法进行改性,研制了一种新的非线性电导改性环氧树脂复合材料,并对其进行了强电场作用下电导试验和击穿试验。试验结果表明,经过改性后的ZnO/环氧树脂复合材料具有优良的非线性电导特性,在同一电场下,电流密度分别是1%试样最大,5%试样最小;当电场大于20k V/mm后,电流密度随电场的增加呈指数增长。且改性后的DC击穿场强基本不变,填料含量为5%的试样DC击穿强度最高,且其击穿强度分散性较小。     

非线性复合材料对不均匀电场的改善效果仿真分析

为改善绝缘介质空间电场的分布,针对实际运行中高压试验所采用的针-板电极以及330 kV电力系统中复合绝缘子的不均匀电场,建立其仿真模型,分析探讨了非线性复合材料对不均匀电场的改善效果及其内在作用机制。在直流和交流电压作用下,采用非线性复合材料局部替换高电场强度区域的绝缘材料,则其轴向电场强度最大值与平均值之比分别从9.06和5.22降为1.03和1.77。仿真分析结果表明,非线性复合材料可以有效改善绝缘介质空间电场分布;采用局部替换的方法可以使得绝缘材料的介质损耗和泄漏电流相对较小。     

直接变换的变送器线路的分析

主要介绍线性与非线性R、L、C参数及特性与线路原理图,可供工程技术人员参考,选择和设计.     

Characteristics of the optical resonator composed of the nonlinear directional coupler

This paper describes a simple method of analysis of an optical resonator composed of a nonlinear directional coupler. Assuming the coupler is made in semiconductor‐doped glass by the K⁺‐ion diffused technique, the transmission and reflection characteristics are calculated and demonstrated. The parameter dependence of the bistability appearing in the transmitted and reflected light is also presented. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(3): 1–10, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20036     

Nonlinear distortion analysis via perturbation method

An analytical method based on the classical perturbation method and the harmonic balance method is presented to analyze the distortion due to circuit nonlinearities. Starting from the time‐domain‐modified nodal analysis formulation for a nonlinear dynamic circuit, a calculation procedure of the periodic solution is developed, leading to general formulae for harmonics and nonlinear distortion figures. These formulae are then particularized for the widely used polynomial and exponential nonlinearities. Circuit simulations are performed showing the accuracy of the presented formulae. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

非线性油膜力和啮合力作用下 齿轮系统的振动特性研究

同时考虑非线性齿轮啮合力和非线性油膜力的影响,建立齿轮–转子–滑动轴承系统的动力学模型。研究2种强非线性因素的共同作用下,系统的非线性动态响应。研究结果表明：转速相对较低时,非线性啮合力对系统振动的影响较大;随着转速的升高,非线性油膜力对振动的影响逐渐增大,并出现“半频涡动”现象,而非线性啮合力的作用相对减小;在一定的转速范围内,“半频涡动”引起的频率成分的振幅甚至超过不平衡质量引起的1倍频的振幅。这是考虑非线性油膜力和非线性啮合力作用时得到的新的结论,这些结论是过去采用线性油膜力模型时难以得到的。     

非线性系统的线性化

由于非线性系统线性化时采用泰勒展开式可能会得出错误的结果,指出了系统的线性化应该是在方程式推导过程中同时进行.对磁悬浮系统,在拉格朗日方程建立过程中求取相应的偏导数从而得出系统的线性化方程.给出了用Simulink的非线性系统仿真方法,并用非线性系统在小偏差下的仿真结果与线性化系统的结果进行对比.结果表明,这样的求取过程物理概念清楚、简单,有助于正确列写系统的方程式.     

基于非线性度变换的NPID在SVC中的应用分析

分析静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)控制系统的组成和补偿原理,将非线性度变换NPID控制方法引入SVC控制系统.仿真试验表明该方法在SVC应用中可以明显提高系统的响应速度,加速系统稳定.     

A minimum five‐component five‐term single‐nonlinearity chaotic jerk circuit based on a twin‐jerk single‐op‐amp technique

A minimum 5‐component 5‐term single‐nonlinearity chaotic jerk circuit is presented as the first simplest chaotic jerk circuit in a category that a single op‐amp is employed. Such a simplest circuit displays 5 simultaneous advantages of (1) 5 minimum basic electronic components, (2) 5 minimum algebraic terms in a set of 3 coupled first‐order ordinary differential equations (ODEs), (3) a single minimum term of nonlinearity in the ODEs, (4) a simple passive component for nonlinearity, and (5) a single op‐amp. The proposed 5‐term single‐nonlinearity chaotic jerk circuit and a slightly modified version of an existing 6‐term 2‐nonlinearity chaotic jerk circuit form mirrored images of each other. Although both mirrored circuits yield 2 different sets of the ODEs, both sets however can be recast into a pair of twin jerk equations. Both mirrored circuits are therefore algebraically twin 5‐component chaotic jerk circuits, leading to a twin‐jerk single‐op‐amp approach to the proposed minimum chaotic jerk circuit. Two cross verifications of trajectories of both circuits are illustrated through numerical and experimental results. Dynamical properties are also presented.     

A novel adaptive control approach for nonlinearly parameterized systems

Nonlinearly parameterized systems are commonly encountered in control of practical systems. However, the conventional adaptive estimation and control strategies, based on the essential assumption of linear parameterization, are incapable of dealing with this class of systems. This incapability in turn becomes a bottleneck for prevalent applications of adaptive control. In literature, there have been some attempts to break through this bottleneck by investigating the characteristics of nonlinearities. However, it is still open for an implementable strategy that is powerful for nonlinearly parameterized systems as the certainty equivalence principle for linearly parameterized systems. This paper aims to contribute an attempt to this open problem by proposing a novel adaptive control approach. On the one hand, the controller is conceptually simple, and it does not explicitly rely on the expression of system nonlinearities. On the other hand, the controller is able to achieve system stability and parameter convergence. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

薄壳的非线型稳定性

本文从任意曲线坐标系中任意形状壳体非线性理论的普适平衡方程出发，导出了任意形状壳体的非线性稳定性方程的统一形式，并对其中的物量进行了详细的讨论。     

一种新的三绕组自耦变压器的非线性建模

自耦变压器的精确建模在分析变压器运行于磁饱和区域的特性时至关重要。从单相三绕组自耦变压器的电磁关系入手,推导出折算到高压侧的三绕组自耦变压器的等效电路。给出模型中的线性绕组漏阻抗参数和非线性激磁阻抗参数的计算方法,并详细介绍了利用磁等值回路图得到激磁电抗非线性电感的方法。然后给出了利用JA磁滞模型编程实现非线性电感的方法。最后通过FORTRAN语言在PSCAD中搭建三绕组自耦变压器模型。仿真结果验证了所建模型能够准确地反映自耦变压器的非线性特性。