同步電機(jī)故障運(yùn)行的計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同步電機(jī)也可以當(dāng)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，交流電在同步發(fā)電機(jī)中很容易導(dǎo)致短路現(xiàn)象，因此對于同步電機(jī)的故障處理尤為重要?；诖?，本文以同步電機(jī)故障運(yùn)行作為研究對象，通過同步電機(jī)故障造成的危害進(jìn)行分析，探究三相短路故障產(chǎn)生時(shí)同步電機(jī)計(jì)算機(jī)算法的實(shí)現(xiàn)，從而減少短路現(xiàn)象對電機(jī)和電網(wǎng)造成的損害。

關(guān)鍵詞：同步電機(jī)；故障運(yùn)行；算法實(shí)現(xiàn)

引言：伴隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，同步電機(jī)可以當(dāng)做發(fā)電機(jī)使用，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)與生活中使用的交流電能都是由同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，同步電機(jī)不僅可以作為發(fā)電機(jī)，還可以作為電動機(jī)，驅(qū)動一些大功率機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)。同步電機(jī)還可以有效改善電網(wǎng)功率因數(shù)，作為同步補(bǔ)償機(jī)使用，從而滿足電網(wǎng)中對功率的要求，有利于社會生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活的便利。

1. 同步電機(jī)故障造成的危害

同步電機(jī)發(fā)生故障的時(shí)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(jī)本身和整個(gè)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損害，對于電機(jī)來說，如果短路發(fā)生，電機(jī)內(nèi)部會產(chǎn)生電磁力，導(dǎo)致電樞繞組端部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。還會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，如果電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到了額定數(shù)值的幾倍或者十幾倍，電機(jī)產(chǎn)生震動后整個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)都會出現(xiàn)沖擊盈利，使整個(gè)電機(jī)的機(jī)座部位和轉(zhuǎn)軸部分發(fā)生嚴(yán)重的變形。此外，如果同步電機(jī)發(fā)生短路故障，電機(jī)會嚴(yán)重發(fā)熱，各個(gè)繞組出現(xiàn)大電流，因?yàn)殡娏魉p加速，電機(jī)會被破壞，電機(jī)中使用的金屬材料強(qiáng)度與硬度下降，導(dǎo)致電機(jī)變形，使用壽命縮減，嚴(yán)重的情況下還會威脅到人身安全[1]。

2. 三相短路故障時(shí)同步電機(jī)計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)

2.1三相短路故障時(shí)計(jì)算機(jī)算法在同步電機(jī)中的應(yīng)用

同步電機(jī)中，如果出現(xiàn)三相短路故障，首先要了解同步電機(jī)的原始方程，然后根據(jù)這些原始方程式，得出坐標(biāo)系統(tǒng)中存在的發(fā)電機(jī)基本方程，確定同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，并且對無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)、計(jì)及阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過程中突然發(fā)生三相短路進(jìn)行分析，隨后探究三相短路狀況下產(chǎn)生的影響。三相短路在同步電機(jī)中屬于常見的故障，只要找出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行控制，就可以最大程度上將故障產(chǎn)生的概率和帶來的威脅降低到最小，從而維護(hù)同步電機(jī)的運(yùn)行安全。運(yùn)用數(shù)字化計(jì)算機(jī)算法，分析同步電機(jī)在各個(gè)階段的過程，可以采用疊加的原理，確定同步電機(jī)在短路之前電機(jī)端電壓與繞組電流的情況，其中包括正負(fù)軸分量，經(jīng)過計(jì)算后，得出短路之前同步電機(jī)的功率角。隨后確定同步電機(jī)在短路之前的勵磁電流，求出的空載電勢以及勵磁電流。當(dāng)同步電機(jī)發(fā)生短路后，會出現(xiàn)繞組變化，這些變化量需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)計(jì)算，最終得出同步電機(jī)在三相短路的時(shí)候，存在的電磁轉(zhuǎn)矩[2]。

同步電機(jī)在三相短路故障的時(shí)候，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，具體方法為：首先在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸入原始參數(shù)值，然后計(jì)算得出初始的值，并將其形成微分方程組后求解狀態(tài)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(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果。結(jié)果可以使用派克逆進(jìn)行變換，變化后得出三相坐標(biāo)系中所有的分量值，這種情況下，該計(jì)算機(jī)計(jì)算方法十分簡單，清晰簡明，操作人員無需進(jìn)行繁瑣操作，簡約了大量的時(shí)間。

2.2三相短路故障時(shí)，解析法與計(jì)算機(jī)算法之間的聯(lián)系

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

隨意，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技手段的進(jìn)步，人們對同步電機(jī)在進(jìn)行故障處理的時(shí)候，使用計(jì)算機(jī)算法替代了解析法，使整個(gè)計(jì)算的過程更加簡單明了。計(jì)算機(jī)算法中可以使用微分方程組，利用派克分量表示的狀態(tài)空間方程，這種狀態(tài)空間方程很容易得到，只要得出三相短路故障時(shí)有關(guān)的初始值，就能使用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行數(shù)值的解決，在計(jì)算機(jī)的支持下，計(jì)算過程簡單，無需人工，計(jì)算機(jī)自動完成后，人們根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就能夠了解同步電機(jī)在三相短路時(shí)發(fā)生的物理過程，如果工作人員并不了解有關(guān)的物理過程，也可以在計(jì)算機(jī)算法的幫助下對同步電機(jī)的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行精確的解答。

總而言之，社會發(fā)展下，人們生產(chǎn)生活開始朝著更加先進(jìn)的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)的使用不僅提高了生產(chǎn)效率，還為機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行提供安全保障，第一時(shí)間診斷出故障發(fā)生的情況。同步發(fā)電機(jī)在發(fā)生故障時(shí)需要針對其物理概念，了解數(shù)學(xué)模型后建立微分方程，并將其帶入到同步電機(jī)所有的參數(shù)中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)支持下自動計(jì)算，從而對故障實(shí)現(xiàn)分析，保證同步電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣曉玲.同步電機(jī)故障運(yùn)行的計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)[D].上海交通大學(xué)，2010.

[2]杜博超.電動汽車永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷與容錯技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，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。