同步電機故障運行的計算機算法實現

摘要：隨著科學技術的發展，同步電機也可以當做發電機運行，交流電在同步發電機中很容易導致短路現象，因此對于同步電機的故障處理尤為重要。基于此，本文以同步電機故障運行作為研究對象，通過同步電機故障造成的危害進行分析，探究三相短路故障產生時同步電機計算機算法的實現，從而減少短路現象對電機和電網造成的損害。

關鍵詞：同步電機；故障運行；算法實現

引言：伴隨著社會的進步與發展，同步電機可以當做發電機使用，人們日常生產與生活中使用的交流電能都是由同步發電機產生，同步電機不僅可以作為發電機，還可以作為電動機，驅動一些大功率機械進行生產。同步電機還可以有效改善電網功率因數，作為同步補償機使用，從而滿足電網中對功率的要求，有利于社會生產的發展和人們生活的便利。

1. 同步電機故障造成的危害

同步電機發生故障的時候主要有三相短路、單相接地短路和兩相接地短路，無論是哪一種短路都會對電機本身和整個系統造成嚴重的損害，對于電機來說，如果短路發生，電機內部會產生電磁力，導致電樞繞組端部出現彎曲現象。還會產生電磁轉矩，如果電磁轉矩達到了額定數值的幾倍或者十幾倍，電機產生震動后整個機器結構都會出現沖擊盈利，使整個電機的機座部位和轉軸部分發生嚴重的變形。此外，如果同步電機發生短路故障，電機會嚴重發熱，各個繞組出現大電流，因為電流衰減加速，電機會被破壞，電機中使用的金屬材料強度與硬度下降，導致電機變形，使用壽命縮減，嚴重的情況下還會威脅到人身安全[1]。

2. 三相短路故障時同步電機計算機算法實現

2.1三相短路故障時計算機算法在同步電機中的應用

同步電機中，如果出現三相短路故障，首先要了解同步電機的原始方程，然后根據這些原始方程式，得出坐標系統中存在的發電機基本方程，確定同步電機的穩態運行情況，并且對無阻尼繞組同步發電機、計及阻尼繞組同步發電機在運行的過程中突然發生三相短路進行分析，隨后探究三相短路狀況下產生的影響。三相短路在同步電機中屬于常見的故障，只要找出相應的計算機算法進行控制，就可以最大程度上將故障產生的概率和帶來的威脅降低到最小，從而維護同步電機的運行安全。運用數字化計算機算法，分析同步電機在各個階段的過程，可以采用疊加的原理，確定同步電機在短路之前電機端電壓與繞組電流的情況，其中包括正負軸分量，經過計算后，得出短路之前同步電機的功率角。隨后確定同步電機在短路之前的勵磁電流，求出的空載電勢以及勵磁電流。當同步電機發生短路后，會出現繞組變化，這些變化量需要進行計算機計算，最終得出同步電機在三相短路的時候，存在的電磁轉矩[2]。

同步電機在三相短路故障的時候，使用計算機進行計算，具體方法為：首先在計算機系統中輸入原始參數值，然后計算得出初始的值，并將其形成微分方程組后求解狀態空間方程，一般情況下，人們會采用四階變步長的龍格庫塔法或羅森博洛克 卡拉漢法的方法進行計算，得出結果。結果可以使用派克逆進行變換，變化后得出三相坐標系中所有的分量值，這種情況下，該計算機計算方法十分簡單，清晰簡明，操作人員無需進行繁瑣操作，簡約了大量的時間。

2.2三相短路故障時，解析法與計算機算法之間的聯系

除此之外，還可以使用解析法進行計算，也是從三相短路的整個過程入手，先觀察同步電機在短路以后整個電磁場中發生的變化，然后推斷出定子繞組電流、轉子繞組電流和電磁轉矩的近似表達式，這個計算的過程比較繁瑣復雜，工作人員在計算的時候必須保證自身有相關物理知識作為基礎，除此之外還要有豐富的工作經驗，只有這樣才能夠理解到表達式之間不同的含義，得到電流和轉矩的圖形首先要輸入它正確的表達式，雖然這些表達式只不過是一個近似值，變大的時候復雜且容易出錯。

隨意，伴隨著經濟的發展與科技手段的進步，人們對同步電機在進行故障處理的時候，使用計算機算法替代了解析法，使整個計算的過程更加簡單明了。計算機算法中可以使用微分方程組，利用派克分量表示的狀態空間方程，這種狀態空間方程很容易得到，只要得出三相短路故障時有關的初始值，就能使用計算機算法進行數值的解決，在計算機的支持下，計算過程簡單，無需人工，計算機自動完成后，人們根據計算機顯示的數據進行分析，就能夠了解同步電機在三相短路時發生的物理過程，如果工作人員并不了解有關的物理過程，也可以在計算機算法的幫助下對同步電機的相關數值進行精確的解答。

總而言之，社會發展下，人們生產生活開始朝著更加先進的方向發展，計算機的使用不僅提高了生產效率，還為機械設備的運行提供安全保障，第一時間診斷出故障發生的情況。同步發電機在發生故障時需要針對其物理概念，了解數學模型后建立微分方程，并將其帶入到同步電機所有的參數中，在計算機系統的技術支持下自動計算，從而對故障實現分析，保證同步電機的平穩運行。

參考文獻：

[1]蔣曉玲.同步電機故障運行的計算機算法實現[D].上海交通大學，2010.

[2]杜博超.電動汽車永磁同步電機驅動系統故障診斷與容錯技術研究[D].哈爾濱工業大學，2016.

作何簡介：明銘（1994-），男，湖北省武漢市人，漢族，無職稱，大專，研究方向：無。