專利名稱：實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)功角測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種同步發(fā)電機(jī)的功角測量裝置，尤其涉及一種實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī) 功角測量裝置。
背景技術(shù)：
隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷上升，國家對(duì)高等教育和職業(yè)教育的投入不斷增加，高 校對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備的需求也迅速上升，促進(jìn)了國內(nèi)專業(yè)教育裝備行業(yè)的快速發(fā)展。對(duì)于高校開設(shè)有電力自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)而言，“功角”是多門專業(yè)課程必須講述 的重要概念，包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、電力系統(tǒng)自動(dòng)化等。如何通過實(shí) 驗(yàn)的方式使學(xué)生掌握功角的概念及在電力系統(tǒng)中的重要性，其首要解決的問題是實(shí)驗(yàn)發(fā)電 機(jī)的功角測量問題。同樣對(duì)于具有電力系統(tǒng)動(dòng)模的學(xué)校而言，要對(duì)物理仿真的電力系統(tǒng)展 開研究，也必須解決實(shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)功角測量問題。由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的特殊性，實(shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)又多為小功率(一般小于50kW)，且經(jīng)過特 殊設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)小功率發(fā)電機(jī)模擬電力工業(yè)現(xiàn)場大功率發(fā)電機(jī)特性的目的。因此實(shí)驗(yàn)發(fā)電 機(jī)的功角測量一般不采用電力工業(yè)現(xiàn)場的功角測量方式。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)功角測量方式是基于閃光測速原理來測量功角δ。即在發(fā)電機(jī) 端部固定一個(gè)以轉(zhuǎn)子軸為圓心的帶刻度圓盤，在轉(zhuǎn)子的端部安裝帶指針。閃光源多采用日 光燈，閃光頻率與電源電壓頻率一致，再通過在電路中串接電容等方式使加在日光燈兩端 的交流電波形為尖峰波，是閃光持續(xù)時(shí)間縮短，只有在電壓峰值附近時(shí)才閃光。這樣，日光 燈的閃光時(shí)刻便可以代表所施電壓的相位。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間與閃關(guān)燈兩次閃 光的間隔時(shí)間相等或是整數(shù)倍，則指針每次到達(dá)同一位置時(shí)通過眼睛觀察就好像停在一個(gè) 地方不動(dòng)，此時(shí)發(fā)電機(jī)電壓頻率與電源頻率同步。發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并網(wǎng)后，在輸出有功功率= 0時(shí)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq與系統(tǒng)電壓Us的頻率同步，則功角δ =0，此時(shí)指針?biāo)缚潭燃词?δ =0的位置。當(dāng)增加發(fā)電機(jī)有功功率輸出時(shí)，功角δ將從零增加到δ 1，此時(shí)通過閃光 燈觀測到的指針將處于一個(gè)新的位置，這新的位置與原來δ =0的位置的夾角值乘以發(fā)電 機(jī)極對(duì)數(shù)便是功角值S 1。采用此種方式的缺點(diǎn)在于精度很低、觀察不方便，可操作性差，且 只能檢測功角值，不能檢測機(jī)組轉(zhuǎn)速等其它相關(guān)參數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種試驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)的功
角測量裝置。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)功角測量 裝置，它包括光電編碼器，信號(hào)處理單元，功角計(jì)算單元和人機(jī)界面；其中，所述光電編碼 器、信號(hào)處理單元和功角計(jì)算單元依次相連，人機(jī)界面與功角計(jì)算單元相連；所述功角計(jì)算 單元包括通信口和模擬量輸出接口。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的功角測量裝置利用光電編碼器得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置信號(hào)，再根據(jù)經(jīng)信號(hào)處理單元處理過的發(fā)電機(jī)端電壓信號(hào)或系統(tǒng)側(cè)電壓信號(hào)， 由功角計(jì)算單元直接計(jì)算出發(fā)電機(jī)功角，測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單可靠，使用方便，便于用戶 開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)功角測量裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是信號(hào)處理單元的電路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出一種同步發(fā)電機(jī)功角測量裝置，適用于電力系統(tǒng)動(dòng)模發(fā)電機(jī)組和 實(shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸裝設(shè)具有過零脈沖的光電編碼器，發(fā)電機(jī)端或系統(tǒng)側(cè)裝設(shè) 電壓互感器。功角測量裝置包括信號(hào)處理單元和功角計(jì)算單元，信號(hào)處理單元將電壓互感 器二次側(cè)正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換為同頻方波以及將編碼器脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為與功角計(jì)算單元匹配 的同頻脈沖信號(hào)；功角計(jì)算單元通過采集編碼器的脈沖信號(hào)以及方波信號(hào)，通過程序算法 處理，即可計(jì)算出發(fā)電機(jī)功角S，并通過人機(jī)界面顯示，通過通信或模擬量的方式輸出。光電編碼器每轉(zhuǎn)1周發(fā)出固定數(shù)量值的A、B脈沖和一個(gè)Z脈沖(過零脈沖)，功 角計(jì)算單元測得兩個(gè)Z脈沖的時(shí)間差為ΔΤ1或?qū)r(shí)基脈沖計(jì)數(shù)值為Cl (如不考慮系統(tǒng)頻 率波動(dòng)所帶來的ΔΤ1或Cl的變化，則ΔΤ1或Cl可以采用固定值)，在發(fā)電機(jī)輸出有功功 率P = 0時(shí)測得Z脈沖與發(fā)電機(jī)端或系統(tǒng)側(cè)電壓過零點(diǎn)的時(shí)間差為Δ TO或?qū)r(shí)基脈沖計(jì) 數(shù)值為C0，任一 Z脈沖與定子電壓過零點(diǎn)的時(shí)間差為Δ Τ2或?qū)r(shí)基脈沖計(jì)數(shù)值為C2，則δ =(ΔΤ2-ΔΤ0)*Ρ*360/ΔΤ1 或 δ = (C2-C0) *P*360/C1，P 為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，δ 值的精度 與功角計(jì)算單元的定時(shí)器精度或時(shí)基脈沖頻率成正比。S值可以通過與功角計(jì)算單元連接 的人機(jī)界面顯示或轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)輸出。為讓本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚的被了解，本實(shí)用新型結(jié)合具體實(shí)施例并 配合附圖說明如下。圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)功角測量裝置的示意圖。圖1中，功角測量裝置1適用于同步發(fā)電機(jī)組2，同步發(fā)電機(jī)組2的發(fā)電機(jī)端或系 統(tǒng)側(cè)裝設(shè)電壓互感器4。功角測量裝置1包括光電編碼器3，信號(hào)處理單元5，功角計(jì)算單元6，人機(jī)界面7， 通信口 8，模擬量輸出接口 9。光電編碼器3機(jī)械連接于實(shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)組2的轉(zhuǎn)子軸，光電編 碼器3、信號(hào)處理單元5和功角計(jì)算單元6依次相連，電壓互感器4與信號(hào)處理單元5相連， 人機(jī)界面7與功角計(jì)算單元6相連，通信口 8和模擬量輸出接口 9均屬于功角計(jì)算單元6 的一部分。光電編碼器3采用增量型光電編碼器，光電編碼器3的選型原則根據(jù)功角計(jì)算單 元6的類型和使用場合所需精度來確定。在本實(shí)施例中，光電編碼器3采用瑞普科技有限 公司生產(chǎn)的ZSP3. 806-401G100BZ1/12-24F型增量型光電編碼器，電源電壓DC24V，每轉(zhuǎn)輸 出1000個(gè)Α，B正交脈沖和1個(gè)過零Z脈沖。信號(hào)處理單元5根據(jù)功角計(jì)算單元6所采用的類型，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之匹配 的信號(hào)。圖2是在本實(shí)施例中信號(hào)處理單元5的電路圖。圖2中，電壓互感器4的副邊輸 出正弦波信號(hào)Usl，電性接入信號(hào)處理單元5。Usl通過由U1A、R1構(gòu)成的過零比較電路，將 Usl轉(zhuǎn)換為同頻方波信號(hào)輸入由U1B、R2、Cl構(gòu)成的積分電路，積分電路的作用是去除干擾信號(hào)，積分電路輸出到由U2A構(gòu)成的整形電路，提高方波信號(hào)的前沿陡度，整形電路輸出與 Usl同頻的方波信號(hào)，電性接入功角計(jì)算單元6。功角計(jì)算單元6可以采用PLC、DSP、單片機(jī)、PC機(jī)、PAC中的一種。發(fā)電機(jī)組并網(wǎng) 后，光電編碼器3將發(fā)電組2轉(zhuǎn)速信號(hào)(A、B脈沖)及轉(zhuǎn)子軸信號(hào)(Z脈沖)通過信號(hào)處 理單元5將傳送至功角計(jì)算單元6，電壓互感器6將電壓信號(hào)通過信號(hào)處理單元5傳送至 功角計(jì)算單元6，功角計(jì)算單元6根據(jù)采集的信號(hào)，通過內(nèi)部程序處理，計(jì)算出功角δ，功 角δ可以通過人機(jī)界面7顯示，通過通信口 8和模擬量輸出接口 9輸出。在本實(shí)施例中， 功角計(jì)算單元6采用西門子公司生產(chǎn)的S7-224XPCN型PLC，PLC具有兩個(gè)通信口 PROTO和 PROTl，PROTO與人機(jī)界面7通過RS_485/PPI通信連接；PROTl作為對(duì)外通信接口 8，可以將 功角S通過RS_485總線輸出。PLC具有1路D/A，作為模擬量輸出9，可以將功角δ轉(zhuǎn)換 為DC4-20mA或DC士 IOV信號(hào)輸出。人機(jī)界面7可以采用數(shù)碼管、液晶屏、觸摸屏、工業(yè)電腦等多種通用人機(jī)界面。數(shù) 碼管、液晶屏與功角計(jì)算單元6電性連接，觸摸屏、工業(yè)電腦與功角計(jì)算單元6通信連接。 在本實(shí)施例中，人機(jī)界面采用西門子觸摸屏K-TP178micro，與功角計(jì)算單元6通過RS_485/ PPI通信連接。
權(quán)利要求一種實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)功角測量裝置，其特征在于，它包括光電編碼器，信號(hào)處理單元，功角計(jì)算單元和人機(jī)界面；其中，所述光電編碼器、信號(hào)處理單元和功角計(jì)算單元依次相連，人機(jī)界面與功角計(jì)算單元相連；所述功角計(jì)算單元包括通信口和模擬量輸出接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)功角測量裝置，它包括光電編碼器，信號(hào)處理單元，功角計(jì)算單元和人機(jī)界面；其中，所述光電編碼器、信號(hào)處理單元和功角計(jì)算單元依次相連，人機(jī)界面與功角計(jì)算單元相連；所述功角計(jì)算單元包括通信口和模擬量輸出接口；本實(shí)用新型的功角測量裝置利用光電編碼器得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置信號(hào)，再根據(jù)經(jīng)信號(hào)處理單元處理過的發(fā)電機(jī)端電壓信號(hào)或系統(tǒng)側(cè)電壓信號(hào)，由功角計(jì)算單元直接計(jì)算出發(fā)電機(jī)功角，測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單可靠，使用方便，便于用戶開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
文檔編號(hào)G01R25/00GK201749171SQ20092021590
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者葉青, 吳敏, 袁禮, 黃華圣 申請(qǐng)人:浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司