2025年第52卷第11期文章目次
2025, 52(11):1148-1159.
DOI: 10.12177/emca.2025.108
摘要:
【目的】单转子压缩机具有体积小、可靠性高以及成本效益显著的优势，因此被广泛应用于家用空调领域。然而，单转子压缩机转子旋转时产生的不平衡离心力导致其负载存在周期性波动，产生转速脉动和振动噪声，且在压缩机低频运行时更加严重。为解决此问题，本文提出了一种基于极值搜索算法(ESA)的压缩机转速脉动抑制方法，旨在提高压缩机在低频工况下的转速稳定性。【方法】首先，分析了单转子压缩机正常工作时的负载特性。在此基础上，提出了一种根据负载转矩直流分量和基波分量的叠加值构造前馈补偿电流的控制方法。然后，证明了在补偿增益和相位偏移角变化时，电机转速波动幅值存在极值，并利用ESA根据转速波动幅值动态调节补偿电流的幅值和相位偏移角，从而实现自适应转速脉动抑制。最后，针对传统ESA存在的收敛速度缓慢问题，提出了一种基于不完全微分比例积分微分控制的改进型ESA，以提升响应速度。【结果】利用Plecs软件进行仿真，结果表明在中低速或者变转矩工况下，采用基于传统ESA的电流补偿方法后，压缩机转速脉动得到了大幅抑制；采用基于本文所提改进型ESA的电流补偿方法后，相较于传统ESA，在保证稳态性能的同时提升了算法的收敛速度，优化了动态性能。【结论】本文所提基于改进型ESA的压缩机转速脉动抑制方法能实现各种工况下前馈补偿电流幅值和相位偏移角的最优调节，有效减小负载转矩波动导致的转速脉动，为压缩机驱动系统的控制优化和各种先进算法的结合提供了新思路。
【目的】单转子压缩机具有体积小、可靠性高以及成本效益显著的优势，因此被广泛应用于家用空调领域。然而，单转子压缩机转子旋转时产生的不平衡离心力导致其负载存在周期性波动，产生转速脉动和振动噪声，且在压缩机低频运行时更加严重。为解决此问题，本文提出了一种基于极值搜索算法(ESA)的压缩机转速脉动抑制方法，旨在提高压缩机在低频工况下的转速稳定性。【方法】首先，分析了单转子压缩机正常工作时的负载特性。在此基础上，提出了一种根据负载转矩直流分量和基波分量的叠加值构造前馈补偿电流的控制方法。然后，证明了在补偿增益和相位偏移角变化时，电机转速波动幅值存在极值，并利用ESA根据转速波动幅值动态调节补偿电流的幅值和相位偏移角，从而实现自适应转速脉动抑制。最后，针对传统ESA存在的收敛速度缓慢问题，提出了一种基于不完全微分比例积分微分控制的改进型ESA，以提升响应速度。【结果】利用Plecs软件进行仿真，结果表明在中低速或者变转矩工况下，采用基于传统ESA的电流补偿方法后，压缩机转速脉动得到了大幅抑制；采用基于本文所提改进型ESA的电流补偿方法后，相较于传统ESA，在保证稳态性能的同时提升了算法的收敛速度，优化了动态性能。【结论】本文所提基于改进型ESA的压缩机转速脉动抑制方法能实现各种工况下前馈补偿电流幅值和相位偏移角的最优调节，有效减小负载转矩波动导致的转速脉动，为压缩机驱动系统的控制优化和各种先进算法的结合提供了新思路。
2025, 52(11):1160-1169.
DOI: 10.12177/emca.2025.107
摘要:
【目的】针对风电并网功率波动问题，本文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)与线性自抗扰控制(LADRC)的风机转子动能功率平滑策略，以解决传统方法相位延迟、抗扰能力不足的问题。【方法】首先，建立永磁直驱风力发电系统的空气动力学模型和数学模型；其次，设计LADRC用于转速环控制，同时提出基于EKF的转子动能算法，动态更新噪声统计特性并优化功率指令估计；最后，通过搭建仿真模型，在高风速区湍流和额定风速区湍流工况下将本文所提EKF-LADRC策略与传统比例积分(PI)控制及自抗扰控制(ADRC)进行对比分析。【结果】仿真结果表明，在高风速区湍流工况下，相较于PI控制和ADRC，EKF-LADRC将功率标准差分别降低了87.5%、69.5%，并将转速波动抑制在0.02 r/min；在额定风速区湍流工况下，功率输出平滑性显著提升。仿真结果验证了所提策略在不同风况下抑制功率波动的有效性。【结论】本文所提基于EKF的转子动能算法与LADRC协同策略能够显著降低功率波动，增强系统鲁棒性。EKF的自适应噪声估计消除了传统滤波器的相位延迟；LADRC的扰动补偿确保了对湍流风速的快速响应。该策略不仅在动态性能上优于传统方法，还能在极端工况下保持运行稳定性，其计算高效性和工程可实现性对需要严格电能质量标准的高比例可再生能源电网具有重要应用价值。
【目的】针对风电并网功率波动问题，本文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)与线性自抗扰控制(LADRC)的风机转子动能功率平滑策略，以解决传统方法相位延迟、抗扰能力不足的问题。【方法】首先，建立永磁直驱风力发电系统的空气动力学模型和数学模型；其次，设计LADRC用于转速环控制，同时提出基于EKF的转子动能算法，动态更新噪声统计特性并优化功率指令估计；最后，通过搭建仿真模型，在高风速区湍流和额定风速区湍流工况下将本文所提EKF-LADRC策略与传统比例积分(PI)控制及自抗扰控制(ADRC)进行对比分析。【结果】仿真结果表明，在高风速区湍流工况下，相较于PI控制和ADRC，EKF-LADRC将功率标准差分别降低了87.5%、69.5%，并将转速波动抑制在0.02 r/min；在额定风速区湍流工况下，功率输出平滑性显著提升。仿真结果验证了所提策略在不同风况下抑制功率波动的有效性。【结论】本文所提基于EKF的转子动能算法与LADRC协同策略能够显著降低功率波动，增强系统鲁棒性。EKF的自适应噪声估计消除了传统滤波器的相位延迟；LADRC的扰动补偿确保了对湍流风速的快速响应。该策略不仅在动态性能上优于传统方法，还能在极端工况下保持运行稳定性，其计算高效性和工程可实现性对需要严格电能质量标准的高比例可再生能源电网具有重要应用价值。
2025, 52(11):1170-1181.
DOI: 10.12177/emca.2025.115
摘要:
【目的】针对高比例光伏接入引发的配电网电压波动与网络损耗增加问题，本文提出了一种基于时序综合电压-有功灵敏度的储能电源优化配置策略。【方法】首先，建立节点电压与有功功率变化之间的静态综合灵敏度矩阵，以量化功率注入对所有节点电压偏差的影响。其次，为反映光伏出力与负荷波动的时序特征，引入时序权重因子修正不同时段电压偏移的影响，从而形成时序综合灵敏度指标，用于确定储能系统的优先接入位置。在此基础上，构建同时最小化储能系统综合运行成本、配电网电压偏移和总网络损耗的多目标优化模型。然后，采用改进粒子群优化算法求解多目标优化模型，通过动态调整惯性权重和学习因子，提高算法的收敛速度并避免陷入局部最优。最后，采用生成对抗网络生成多种配电网运行场景，以丰富优化数据集，提高光伏与负荷不确定性下解的鲁棒性。【结果】算例结果表明，与传统电压灵敏度分析方法相比，所提时序灵敏度分析方法有效提升了节点电压调节的针对性和精度。优化后的储能系统配置在确保节点电压保持在允许运行范围内的同时，实现了经济性与可再生能源消纳能力的协同提升。【结论】所提策略显著加快了配电网储能规划过程，提升了其在光伏波动条件下维持电压稳定的能力，促进了高比例光伏配电网的经济与可靠运行。
【目的】针对高比例光伏接入引发的配电网电压波动与网络损耗增加问题，本文提出了一种基于时序综合电压-有功灵敏度的储能电源优化配置策略。【方法】首先，建立节点电压与有功功率变化之间的静态综合灵敏度矩阵，以量化功率注入对所有节点电压偏差的影响。其次，为反映光伏出力与负荷波动的时序特征，引入时序权重因子修正不同时段电压偏移的影响，从而形成时序综合灵敏度指标，用于确定储能系统的优先接入位置。在此基础上，构建同时最小化储能系统综合运行成本、配电网电压偏移和总网络损耗的多目标优化模型。然后，采用改进粒子群优化算法求解多目标优化模型，通过动态调整惯性权重和学习因子，提高算法的收敛速度并避免陷入局部最优。最后，采用生成对抗网络生成多种配电网运行场景，以丰富优化数据集，提高光伏与负荷不确定性下解的鲁棒性。【结果】算例结果表明，与传统电压灵敏度分析方法相比，所提时序灵敏度分析方法有效提升了节点电压调节的针对性和精度。优化后的储能系统配置在确保节点电压保持在允许运行范围内的同时，实现了经济性与可再生能源消纳能力的协同提升。【结论】所提策略显著加快了配电网储能规划过程，提升了其在光伏波动条件下维持电压稳定的能力，促进了高比例光伏配电网的经济与可靠运行。
2025, 52(11):1182-1192.
DOI: 10.12177/emca.2025.116
摘要:
【目的】传统电磁场仿真软件主要依赖有限差分、有限元等数值方法进行求解。尽管这些方法能够获得与试验结果较为接近的数值解，但其计算精度严重依赖于网格数量与划分质量。在提高求解精度的同时，也会导致计算时间和成本大幅增加，在大规模优化设计中尤为显著。【方法】为此，本文提出了一种融合人工智能技术的电磁仿真软件开发策略，在前处理、求解和后处理中采用人工神经网络(ANN)模型加速整个求解过程。在建模过程中，使用基于图像、语音和文本的多模态参数化建模技术；在网格划分和矩阵求解中，使用ANN模型进行分类判断或回归预测；在计算结果的处理和可视化阶段，采用机器学习拟合与插值方法对计算结果进行光滑处理，并提高分辨率。【结果】基于电磁仿真软件可以针对特定问题获取大量的有限元数据。在数据驱动环境下，能够实现对电磁场分布情况的预测、基于代理模型的交流铜耗预测、多输入输出和多工况的电机全性能预测、借助分类器的多目标加速优化以及完全基于代理模型的多目标优化和电机建模等。【结论】本研究通过数据驱动方法构建电磁产品的数字孪生体，为其状态监测、预测性维护与性能优化提供有效支持。
【目的】传统电磁场仿真软件主要依赖有限差分、有限元等数值方法进行求解。尽管这些方法能够获得与试验结果较为接近的数值解，但其计算精度严重依赖于网格数量与划分质量。在提高求解精度的同时，也会导致计算时间和成本大幅增加，在大规模优化设计中尤为显著。【方法】为此，本文提出了一种融合人工智能技术的电磁仿真软件开发策略，在前处理、求解和后处理中采用人工神经网络(ANN)模型加速整个求解过程。在建模过程中，使用基于图像、语音和文本的多模态参数化建模技术；在网格划分和矩阵求解中，使用ANN模型进行分类判断或回归预测；在计算结果的处理和可视化阶段，采用机器学习拟合与插值方法对计算结果进行光滑处理，并提高分辨率。【结果】基于电磁仿真软件可以针对特定问题获取大量的有限元数据。在数据驱动环境下，能够实现对电磁场分布情况的预测、基于代理模型的交流铜耗预测、多输入输出和多工况的电机全性能预测、借助分类器的多目标加速优化以及完全基于代理模型的多目标优化和电机建模等。【结论】本研究通过数据驱动方法构建电磁产品的数字孪生体，为其状态监测、预测性维护与性能优化提供有效支持。
2025, 52(11):1193-1204.
DOI: 10.12177/emca.2025.110
摘要:
【目的】在现代工业自动化领域，永磁同步电机的速度环动态性能直接影响系统的运行效率与稳定性。当前，负载转矩扰动、参数变化等因素对速度环动态性能影响显著，限制了电机在高精度、高动态响应场景下的应用。【方法】针对此问题，本文提出一种基于自适应滑模负载转矩观测器的变参数比例积分(PI)控制策略。该策略创新性地将滑模观测器的高精度估计能力与变参数PI控制的自适应特性相结合。通过滑模观测器实时捕捉负载转矩的瞬态变化，驱动PI控制器动态调整比例和积分参数，使系统在不同工况下都能保持最优控制状态，从而实现全局动态优化。【结果】通过仿真与试验对所提控制策略的有效性进行验证。结果表明，变参数PI控制相较于传统固定参数PI控制，其动态响应速度提升了约27.5%。相较于普通PI双闭环控制，通过速度环变参数PI控制与负载转矩辨识补偿，系统超调量减少了20.6%，恢复时间减少了56.6%，响应时间减少了50%。【结论】所提控制策略有效提升了永磁同步电机速度环的动态响应速度、稳态精度与抗扰动能力，显著增强了系统控制效果，在新能源汽车、工业机器人等领域展现出良好的工程应用前景。
【目的】在现代工业自动化领域，永磁同步电机的速度环动态性能直接影响系统的运行效率与稳定性。当前，负载转矩扰动、参数变化等因素对速度环动态性能影响显著，限制了电机在高精度、高动态响应场景下的应用。【方法】针对此问题，本文提出一种基于自适应滑模负载转矩观测器的变参数比例积分(PI)控制策略。该策略创新性地将滑模观测器的高精度估计能力与变参数PI控制的自适应特性相结合。通过滑模观测器实时捕捉负载转矩的瞬态变化，驱动PI控制器动态调整比例和积分参数，使系统在不同工况下都能保持最优控制状态，从而实现全局动态优化。【结果】通过仿真与试验对所提控制策略的有效性进行验证。结果表明，变参数PI控制相较于传统固定参数PI控制，其动态响应速度提升了约27.5%。相较于普通PI双闭环控制，通过速度环变参数PI控制与负载转矩辨识补偿，系统超调量减少了20.6%，恢复时间减少了56.6%，响应时间减少了50%。【结论】所提控制策略有效提升了永磁同步电机速度环的动态响应速度、稳态精度与抗扰动能力，显著增强了系统控制效果，在新能源汽车、工业机器人等领域展现出良好的工程应用前景。
2025, 52(11):1205-1214.
DOI: 10.12177/emca.2025.111
摘要:
【目的】港口传输大功率永磁直驱电机通常采用高电压等级设计。然而，这种方案给电磁设计、制造精度和维护可靠性带来了巨大挑战。对于变速驱动系统来说，依靠高成本的电力电子设备进行频率转换大大增加了生产成本。为解决这些问题，本文提出了一种用于永磁直驱电机的低压多支路结构设计。【方法】首先，根据港口传输大功率永磁直驱电机的设计要求，对电机的电磁方案进行设计，采用多个低压变频器供电，由各个支路共同分担整个电机的总电流。然后，对电机的定子绕组进行多支路结构设计，并通过有限元仿真分析不同支路绕组之间的耦合以及不同支路投入运行时电机的电磁性能，从理论上验证多支路电机的可行性。当不同支路投入运行时，会增加气隙磁场不均匀，影响电机的稳定性。最后，通过在转子开设辅助槽对电机的齿槽转矩进行优化。【结果】仿真结果表明，低压多支路结构方案，有效解决了低压方案电流大的问题，根据负载需求投入不同的支路运行，提高了电机整体效率；当某个变频器出现故障时，通过控制其他变频器，增大电流，使电机输出额定转矩，大大提高了电机驱动系统的可靠性；未开槽的电机齿槽转矩峰峰值为2 419.5 N·m，经过开设转子辅助槽优化后齿槽转矩峰峰值降为1 136.7 N·m，降幅为53.02%。【结论】本文所提低压多支路结构优化方案有效解决了港口传输大功率永磁直驱电机的高成本和大电流问题。该方案可根据负载要求来决定投入运行的支路数，提高了电机效率，为大功率电机设计提供了一定的参考。
【目的】港口传输大功率永磁直驱电机通常采用高电压等级设计。然而，这种方案给电磁设计、制造精度和维护可靠性带来了巨大挑战。对于变速驱动系统来说，依靠高成本的电力电子设备进行频率转换大大增加了生产成本。为解决这些问题，本文提出了一种用于永磁直驱电机的低压多支路结构设计。【方法】首先，根据港口传输大功率永磁直驱电机的设计要求，对电机的电磁方案进行设计，采用多个低压变频器供电，由各个支路共同分担整个电机的总电流。然后，对电机的定子绕组进行多支路结构设计，并通过有限元仿真分析不同支路绕组之间的耦合以及不同支路投入运行时电机的电磁性能，从理论上验证多支路电机的可行性。当不同支路投入运行时，会增加气隙磁场不均匀，影响电机的稳定性。最后，通过在转子开设辅助槽对电机的齿槽转矩进行优化。【结果】仿真结果表明，低压多支路结构方案，有效解决了低压方案电流大的问题，根据负载需求投入不同的支路运行，提高了电机整体效率；当某个变频器出现故障时，通过控制其他变频器，增大电流，使电机输出额定转矩，大大提高了电机驱动系统的可靠性；未开槽的电机齿槽转矩峰峰值为2 419.5 N·m，经过开设转子辅助槽优化后齿槽转矩峰峰值降为1 136.7 N·m，降幅为53.02%。【结论】本文所提低压多支路结构优化方案有效解决了港口传输大功率永磁直驱电机的高成本和大电流问题。该方案可根据负载要求来决定投入运行的支路数，提高了电机效率，为大功率电机设计提供了一定的参考。
2025, 52(11):1215-1227.
DOI: 10.12177/emca.2025.106
摘要:
【目的】永磁同步电机(PMSM)的高精度矢量控制面临依赖位置传感器、负载突变响应滞后及起动失步等问题。且PMSM运行时，定子内阻分压、反电动势及dq轴耦合项等时变因素会使控制精度降低。【方法】为满足高精度应用需求，本文提出了一种一体化转速辨识、负载扰动抑制以及精确磁场定向的无速度传感控制方法。首先，基于Popov超稳定性理论构建模型参考自适应系统(MRAS)，通过定子电压方程的参考模型与可调模型的输出误差，设计自适应律辨识转速，实现无速度传感器运行；其次，基于MRAS构建全维状态观测器(FOSO)，利用实测电压、电流与估计转速重构系统状态空间，通过配置反馈增益矩阵抑制负载突变引起的转速波动，形成虚拟转速环以提高抗扰能力。最后，通过开环起动解决电机起动时转子位置随机性导致的电机失步问题，并在dq轴控制电压引入定子内阻分压补偿与dq轴交叉耦合项动态补偿，减小控制电压损耗，实现定子磁场的精确定向。【结果】试验结果表明，FOSO构成的虚拟转速环能够有效抑制负载扰动，且精确磁场定向后的磁链圆更趋近于理想的圆形。【结论】本文所提一体化控制方法有效解决了PMSM在无速度传感器运行、负载突变响应与起动失步等方面的控制难点，显著提高了系统响应速度与控制精度。
【目的】永磁同步电机(PMSM)的高精度矢量控制面临依赖位置传感器、负载突变响应滞后及起动失步等问题。且PMSM运行时，定子内阻分压、反电动势及dq轴耦合项等时变因素会使控制精度降低。【方法】为满足高精度应用需求，本文提出了一种一体化转速辨识、负载扰动抑制以及精确磁场定向的无速度传感控制方法。首先，基于Popov超稳定性理论构建模型参考自适应系统(MRAS)，通过定子电压方程的参考模型与可调模型的输出误差，设计自适应律辨识转速，实现无速度传感器运行；其次，基于MRAS构建全维状态观测器(FOSO)，利用实测电压、电流与估计转速重构系统状态空间，通过配置反馈增益矩阵抑制负载突变引起的转速波动，形成虚拟转速环以提高抗扰能力。最后，通过开环起动解决电机起动时转子位置随机性导致的电机失步问题，并在dq轴控制电压引入定子内阻分压补偿与dq轴交叉耦合项动态补偿，减小控制电压损耗，实现定子磁场的精确定向。【结果】试验结果表明，FOSO构成的虚拟转速环能够有效抑制负载扰动，且精确磁场定向后的磁链圆更趋近于理想的圆形。【结论】本文所提一体化控制方法有效解决了PMSM在无速度传感器运行、负载突变响应与起动失步等方面的控制难点，显著提高了系统响应速度与控制精度。
2025, 52(11):1228-1241.
DOI: 10.12177/emca.2025.112
摘要:
【目的】针对四电机同步驱动伺服系统，本文提出了一种事件触发有限时间命令滤波控制策略，以确保伺服控制性能，同时降低控制信号更新频率，解决遥操作、大功率多轴伺服系统网络控制中的带宽资源有限的问题。【方法】首先，建立四电机同步驱动伺服系统的动力学模型，采用命令滤波反步控制技术，构建有限时间控制器，结合改进的交叉耦合同步架构，设计两组电机之间的同步反馈信号，以提高电机间的同步性能；其次，构建事件触发条件，避免芝诺现象，降低控制信号更新频率，同时将对控制性能的影响降至最低；然后，通过Lyapnov稳定性理论及有限时间稳定引理，证明闭环系统的稳定性；最终，基于Matlab/Simulink进行仿真分析，将所提ET-FNCFC与时间触发有限时间命令滤波控制(TT-FNCFC)进行对比。【结果】选取正弦信号作为系统跟踪信号。对比分析ET-FNCFC与TT-FNCFC的负载跟踪效果、跟踪误差、同步误差和触发次数。结果表明，相较于TT-FNCFC策略，本文所提ET-FNCFC策略能够快速跟踪期望信号，实现更低的同步误差，同时显著降低通信频率，节约资源。仿真结果验证了所提策略的有效性及优越性。【结论】事件触发控制策略可以有效减少通信资源的占用，有限时间同步控制不仅可以加快收敛速度，还可以实现良好的负载跟踪和电机同步，为多电机驱动系统的高性能控制提供了一种新的解决方案。
【目的】针对四电机同步驱动伺服系统，本文提出了一种事件触发有限时间命令滤波控制策略，以确保伺服控制性能，同时降低控制信号更新频率，解决遥操作、大功率多轴伺服系统网络控制中的带宽资源有限的问题。【方法】首先，建立四电机同步驱动伺服系统的动力学模型，采用命令滤波反步控制技术，构建有限时间控制器，结合改进的交叉耦合同步架构，设计两组电机之间的同步反馈信号，以提高电机间的同步性能；其次，构建事件触发条件，避免芝诺现象，降低控制信号更新频率，同时将对控制性能的影响降至最低；然后，通过Lyapnov稳定性理论及有限时间稳定引理，证明闭环系统的稳定性；最终，基于Matlab/Simulink进行仿真分析，将所提ET-FNCFC与时间触发有限时间命令滤波控制(TT-FNCFC)进行对比。【结果】选取正弦信号作为系统跟踪信号。对比分析ET-FNCFC与TT-FNCFC的负载跟踪效果、跟踪误差、同步误差和触发次数。结果表明，相较于TT-FNCFC策略，本文所提ET-FNCFC策略能够快速跟踪期望信号，实现更低的同步误差，同时显著降低通信频率，节约资源。仿真结果验证了所提策略的有效性及优越性。【结论】事件触发控制策略可以有效减少通信资源的占用，有限时间同步控制不仅可以加快收敛速度，还可以实现良好的负载跟踪和电机同步，为多电机驱动系统的高性能控制提供了一种新的解决方案。
2025, 52(11):1242-1250.
DOI: 10.12177/emca.2025.114
摘要:
【目的】为了提高机器人关节电机在高核辐射环境中的性能稳定性，对耐核辐射机器人关节电机进行设计和样机研制，以满足核工业机器人在高辐射环境下长期运维作业。【方法】首先，根据关节电机所需的基本性能参数，通过有限元方法进行仿真，得到设计理想值；然后，分析关节电机的主要组成部分，确定金属材料受核辐射影响较小，而非金属材料是薄弱环节，通过对漆包线、热缩管、胶粘材料、润滑脂和引出线等进行辐射试验验证，分析电机所用材料的耐辐射性能极限；最后，选取适当材料进行机器人关节电机实物验证，使得关节电机能够耐受5 MGy辐射量级的γ射线。【结果】通过对关节电机的设计和分析，其额定力矩大于1.5 N·m，额定转速为240 r/min时满足使用要求；关节电机经过5 MGy γ射线辐射后，依然保持受控状态，内阻明显下降，转速降低，电流增加，电机整机性能下降约为15%。【结论】通过对关节电机的设计和样机测试验证，可以保证核工业机器人在高辐射环境中进行长期运维作业，试验量级达到5 MGy，完全满足当前核辐射环境机器人的应用需求。随着辐射量级的提升，电机性能虽然呈现下降趋势，但是依然处于受控状态。本研究为核领域电机的研制提供了一定的参考和支撑。
【目的】为了提高机器人关节电机在高核辐射环境中的性能稳定性，对耐核辐射机器人关节电机进行设计和样机研制，以满足核工业机器人在高辐射环境下长期运维作业。【方法】首先，根据关节电机所需的基本性能参数，通过有限元方法进行仿真，得到设计理想值；然后，分析关节电机的主要组成部分，确定金属材料受核辐射影响较小，而非金属材料是薄弱环节，通过对漆包线、热缩管、胶粘材料、润滑脂和引出线等进行辐射试验验证，分析电机所用材料的耐辐射性能极限；最后，选取适当材料进行机器人关节电机实物验证，使得关节电机能够耐受5 MGy辐射量级的γ射线。【结果】通过对关节电机的设计和分析，其额定力矩大于1.5 N·m，额定转速为240 r/min时满足使用要求；关节电机经过5 MGy γ射线辐射后，依然保持受控状态，内阻明显下降，转速降低，电流增加，电机整机性能下降约为15%。【结论】通过对关节电机的设计和样机测试验证，可以保证核工业机器人在高辐射环境中进行长期运维作业，试验量级达到5 MGy，完全满足当前核辐射环境机器人的应用需求。随着辐射量级的提升，电机性能虽然呈现下降趋势，但是依然处于受控状态。本研究为核领域电机的研制提供了一定的参考和支撑。
2025, 52(11):1251-1261.
DOI: 10.12177/emca.2025.118
摘要:
【目的】柔性直流送出系统是中远海风电的常见方案，已在实际工程中投入使用，但该方案目前仍面临海上换流站平台成本高、集电系统损耗大等问题。针对此问题，本文对中远海风电中频汇集系统的最优频率选择进行了研究。【方法】首先，利用有限元建模对不同频率下海底三芯电缆分布参数和载流量进行精确计算。根据计算结果，参考类似规模海上风电场的接线方案进行海缆选型。然后，通过对集电系统的功率损耗及海上二极管整流平台的损耗进行计算，并将其折算为电价。最后，综合海缆、集电损耗和海上换流平台等经济性分析，对海上风电柔性直流送出系统的最优运行频率进行了选择。【结果】运行频率提升会增大集电系统投资成本和换流平台的损耗，降低换流平台的投资成本，经过海缆选型优化可以防止集电系统投资成本过分增加。【结论】本文综合海缆、集电损耗和海上换流平台等经济性分析，得出海上风电柔性直流送出系统的最优运行频率为180 Hz，在技术可行性、成本效益和运行效率之间实现了良好的平衡。
【目的】柔性直流送出系统是中远海风电的常见方案，已在实际工程中投入使用，但该方案目前仍面临海上换流站平台成本高、集电系统损耗大等问题。针对此问题，本文对中远海风电中频汇集系统的最优频率选择进行了研究。【方法】首先，利用有限元建模对不同频率下海底三芯电缆分布参数和载流量进行精确计算。根据计算结果，参考类似规模海上风电场的接线方案进行海缆选型。然后，通过对集电系统的功率损耗及海上二极管整流平台的损耗进行计算，并将其折算为电价。最后，综合海缆、集电损耗和海上换流平台等经济性分析，对海上风电柔性直流送出系统的最优运行频率进行了选择。【结果】运行频率提升会增大集电系统投资成本和换流平台的损耗，降低换流平台的投资成本，经过海缆选型优化可以防止集电系统投资成本过分增加。【结论】本文综合海缆、集电损耗和海上换流平台等经济性分析，得出海上风电柔性直流送出系统的最优运行频率为180 Hz，在技术可行性、成本效益和运行效率之间实现了良好的平衡。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
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