同步电机故障运行的计算机算法实现

摘要：随着科学技术的发展，同步电机也可以当做发电机运行，交流电在同步发电机中很容易导致短路现象，因此对于同步电机的故障处理尤为重要。基于此，本文以同步电机故障运行作为研究对象，通过同步电机故障造成的危害进行分析，探究三相短路故障产生时同步电机计算机算法的实现，从而减少短路现象对电机和电网造成的损害。

关键词：同步电机；故障运行；算法实现

引言：伴随着社会的进步与发展，同步电机可以当做发电机使用，人们日常生产与生活中使用的交流电能都是由同步发电机产生，同步电机不仅可以作为发电机，还可以作为电动机，驱动一些大功率机械进行生产。同步电机还可以有效改善电网功率因数，作为同步补偿机使用，从而满足电网中对功率的要求，有利于社会生产的发展和人们生活的便利。

1. 同步电机故障造成的危害

同步电机发生故障的时候主要有三相短路、单相接地短路和两相接地短路，无论是哪一种短路都会对电机本身和整个系统造成严重的损害，对于电机来说，如果短路发生，电机内部会产生电磁力，导致电枢绕组端部出现弯曲现象。还会产生电磁转矩，如果电磁转矩达到了额定数值的几倍或者十几倍，电机产生震动后整个机器结构都会出现冲击盈利，使整个电机的机座部位和转轴部分发生严重的变形。此外，如果同步电机发生短路故障，电机会严重发热，各个绕组出现大电流，因为电流衰减加速，电机会被破坏，电机中使用的金属材料强度与硬度下降，导致电机变形，使用寿命缩减，严重的情况下还会威胁到人身安全[1]。

2. 三相短路故障时同步电机计算机算法实现

2.1三相短路故障时计算机算法在同步电机中的应用

同步电机中，如果出现三相短路故障，首先要了解同步电机的原始方程，然后根据这些原始方程式，得出坐标系统中存在的发电机基本方程，确定同步电机的稳态运行情况，并且对无阻尼绕组同步发电机、计及阻尼绕组同步发电机在运行的过程中突然发生三相短路进行分析，随后探究三相短路状况下产生的影响。三相短路在同步电机中属于常见的故障，只要找出相应的计算机算法进行控制，就可以最大程度上将故障产生的概率和带来的威胁降低到最小，从而维护同步电机的运行安全。运用数字化计算机算法，分析同步电机在各个阶段的过程，可以采用叠加的原理，确定同步电机在短路之前电机端电压与绕组电流的情况，其中包括正负轴分量，经过计算后，得出短路之前同步电机的功率角。随后确定同步电机在短路之前的励磁电流，求出的空载电势以及励磁电流。当同步电机发生短路后，会出现绕组变化，这些变化量需要进行计算机计算，最终得出同步电机在三相短路的时候，存在的电磁转矩[2]。

同步电机在三相短路故障的时候，使用计算机进行计算，具体方法为：首先在计算机系统中输入原始参数值，然后计算得出初始的值，并将其形成微分方程组后求解状态空间方程，一般情况下，人们会采用四阶变步长的龙格库塔法或罗森博洛克 卡拉汉法的方法进行计算，得出结果。结果可以使用派克逆进行变换，变化后得出三相坐标系中所有的分量值，这种情况下，该计算机计算方法十分简单，清晰简明，操作人员无需进行繁琐操作，简约了大量的时间。

2.2三相短路故障时，解析法与计算机算法之间的联系

除此之外，还可以使用解析法进行计算，也是从三相短路的整个过程入手，先观察同步电机在短路以后整个电磁场中发生的变化，然后推断出定子绕组电流、转子绕组电流和电磁转矩的近似表达式，这个计算的过程比较繁琐复杂，工作人员在计算的时候必须保证自身有相关物理知识作为基础，除此之外还要有丰富的工作经验，只有这样才能够理解到表达式之间不同的含义，得到电流和转矩的图形首先要输入它正确的表达式，虽然这些表达式只不过是一个近似值，变大的时候复杂且容易出错。

随意，伴随着经济的发展与科技手段的进步，人们对同步电机在进行故障处理的时候，使用计算机算法替代了解析法，使整个计算的过程更加简单明了。计算机算法中可以使用微分方程组，利用派克分量表示的状态空间方程，这种状态空间方程很容易得到，只要得出三相短路故障时有关的初始值，就能使用计算机算法进行数值的解决，在计算机的支持下，计算过程简单，无需人工，计算机自动完成后，人们根据计算机显示的数据进行分析，就能够了解同步电机在三相短路时发生的物理过程，如果工作人员并不了解有关的物理过程，也可以在计算机算法的帮助下对同步电机的相关数值进行精确的解答。

总而言之，社会发展下，人们生产生活开始朝着更加先进的方向发展，计算机的使用不仅提高了生产效率，还为机械设备的运行提供安全保障，第一时间诊断出故障发生的情况。同步发电机在发生故障时需要针对其物理概念，了解数学模型后建立微分方程，并将其带入到同步电机所有的参数中，在计算机系统的技術支持下自动计算，从而对故障实现分析，保证同步电机的平稳运行。

参考文献：

[1]蒋晓玲.同步电机故障运行的计算机算法实现[D].上海交通大学，2010.

[2]杜博超.电动汽车永磁同步电机驱动系统故障诊断与容错技术研究[D].哈尔滨工业大学，2016.

作何简介：明铭（1994-），男，湖北省武汉市人，汉族，无职称，大专，研究方向：无。