CN201749171U - 实验同步发电机功角测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验同步发电机功角测量装置，它包括光电编码器，信号处理单元，功角计算单元和人机界面；其中，所述光电编码器、信号处理单元和功角计算单元依次相连，人机界面与功角计算单元相连；所述功角计算单元包括通信口和模拟量输出接口；本实用新型的功角测量装置利用光电编码器得到发电机转轴位置信号，再根据经信号处理单元处理过的发电机端电压信号或系统侧电压信号，由功角计算单元直接计算出发电机功角，测量精度高，结构简单可靠，使用方便，便于用户开展实验教学。

Description

实验同步发电机功角测量装置 

技术领域

本实用新型涉及一种同步发电机的功角测量装置，尤其涉及一种实验同步发电机功角测量装置。 

背景技术

随着国家经济实力的不断上升，国家对高等教育和职业教育的投入不断增加，高校对专业实验、实训设备的需求也迅速上升，促进了国内专业教育装备行业的快速发展。 

对于高校开设有电力自动化及相关专业而言，  “功角”是多门专业课程必须讲述的重要概念，包括电力系统稳态分析、电力系统暂态分析、电力系统自动化等。如何通过实验的方式使学生掌握功角的概念及在电力系统中的重要性，其首要解决的问题是实验发电机的功角测量问题。同样对于具有电力系统动模的学校而言，要对物理仿真的电力系统展开研究，也必须解决实验发电机功角测量问题。 

由于实验室环境的特殊性，实验发电机又多为小功率(一般小于50kW)，且经过特殊设计，以实现小功率发电机模拟电力工业现场大功率发电机特性的目的。因此实验发电机的功角测量一般不采用电力工业现场的功角测量方式。 

传统实验发电机功角测量方式是基于闪光测速原理来测量功角δ。即在发电机端部固定一个以转子轴为圆心的带刻度圆盘，在转子的端部安装带指针。闪光源多采用日光灯，闪光频率与电源电压频率一致，再通过在电路中串接电容等方式使加在日光灯两端的交流电波形为尖峰波，是闪光持续时间缩短，只有在电压峰值附近时才闪光。这样，日光灯的闪光时刻便可以代表所施电压的相位。如果电机旋转一周所需的时间与闪关灯两次闪光的间隔时间相等或是整数倍，则指针每次到达同一位置时通过眼睛观察就好像停在一个地方不动，此时发电机电压频率与电源频率同步。发电机与系统并网后，在输出有功功率＝0时，发电机电势Eq与系统电压Us的频率同步，则功角δ＝0，此时指针所所指刻度即是δ＝0的位置。当增加发电机有功功率输出时，功角δ将从零增加到δ1，此时通过闪光灯观测到的指针将处于一个新的位置，这新的位置与原来δ＝0的位置的夹角值乘以发电机极对数便是功角值δ1。采用此种方式的缺点在于精度很低、观察不方便，可操作性差，且只能检测功角值，不能检测机组转速等其它相关参数。 

发明内容

本实用新型的目的是针对传统技术的缺点和不足，提供一种试验同步发电机的功角测量装置。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种实验同步发电机功角测量装置，它包括光电编码器，信号处理单元，功角计算单元和人机界面；其中，所述光电编码器、信号处理单元和功角计算单元依次相连，人机界面与功角计算单元相连；所述功角计算单元包括通信口和模拟量输出接口。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型的功角测量装置利用光电编码器得到发电机转轴位置信号，再根据经信号处理单元处理过的发电机端电压信号或系统侧电压信号，由功角计算单元直接计算出发电机功角，测量精度高，结构简单可靠，使用方便，便于用户开展实验教学。 

附图说明

图1为本实用新型实施例的实验同步发电机功角测量装置的结构示意框图； 

图2是信号处理单元的电路图。 

具体实施方式

本实用新型提出一种同步发电机功角测量装置，适用于电力系统动模发电机组和实验发电机组。发电机转子同轴装设具有过零脉冲的光电编码器，发电机端或系统侧装设电压互感器。功角测量装置包括信号处理单元和功角计算单元，信号处理单元将电压互感器二次侧正弦波信号转换为同频方波以及将编码器脉冲信号转换为与功角计算单元匹配的同频脉冲信号；功角计算单元通过采集编码器的脉冲信号以及方波信号，通过程序算法处理，即可计算出发电机功角δ，并通过人机界面显示，通过通信或模拟量的方式输出。 

光电编码器每转1周发出固定数量值的A、B脉冲和一个Z脉冲(过零脉冲)，功角计算单元测得两个Z脉冲的时间差为ΔT1或对时基脉冲计数值为C1(如不考虑系统频率波动所带来的ΔT1或C1的变化，则ΔT1或C1可以采用固定值)，在发电机输出有功功率P＝0时测得Z脉冲与发电机端或系统侧电压过零点的时间差为ΔT0或对时基脉冲计数值为C0，任一Z脉冲与定子电压过零点的时间差为ΔT2或对时基脉冲计数值为C2，则δ＝(ΔT2-ΔT0)*P*360/ΔT1或δ＝(C2-C0)*P*360/C1，P为发电机极对数，δ值的精度与功角计算单元的定时器精度或时基脉冲频率成正比。δ值可以通过与功角计算单元连接的人机界面显示或转换为模拟量信号输出。 

为让本实用新型的特征和优点更加清楚的被了解，本实用新型结合具体实施例并配合附图说明如下。 

图1为根据本实用新型一实施例的实验同步发电机功角测量装置的示意图。 

图1中，功角测量装置1适用于同步发电机组2，同步发电机组2的发电机端或系统侧装设电压互感器4。 

功角测量装置1包括光电编码器3，信号处理单元5，功角计算单元6，人机界面7，通信口8，模拟量输出接口9。光电编码器3机械连接于实验发电机组2的转子轴，光电编码器3、信号处理单元5和功角计算单元6依次相连，电压互感器4与信号处理单元5相连，人机界面7与功角计算单元6相连，通信口8和模拟量输出接口9均属于功角计算单元6的一部分。 

光电编码器3采用增量型光电编码器，光电编码器3的选型原则根据功角计算单元6的类型和使用场合所需精度来确定。在本实施例中，光电编码器3采用瑞普科技有限公司生产的ZSP3.806-401G100BZ1/12-24F型增量型光电编码器，电源电压DC24V，每转输出1000个A，B正交脉冲和1个过零Z脉冲。 

信号处理单元5根据功角计算单元6所采用的类型，将输入信号转换为与之匹配的信号。图2是在本实施例中信号处理单元5的电路图。图2中，电压互感器4的副边输出正弦波信号Us1，电性接入信号处理单元5。Us1通过由U1A、R1构成的过零比较电路，将Us1转换为同频方波信号输入由U1B、R2、C1构成的积分电路，积分电路的作用是去除干扰信号，积分电路输出到由U2A构成的整形电路，提高方波信号的前沿陡度，整形电路输出与Us1同频的方波信号，电性接入功角计算单元6。 

功角计算单元6可以采用PLC、DSP、单片机、PC机、PAC中的一种。发电机组并网后，光电编码器3将发电组2转速信号(A、B脉冲)及转子轴信号(Z脉冲)通过信号处理单元5将传送至功角计算单元6，电压互感器6将电压信号通过信号处理单元5传送至功角计算单元6，功角计算单元6根据采集的信号，通过内部程序处理，计算出功角δ，功角δ可以通过人机界面7显示，通过通信口8和模拟量输出接口9输出。在本实施例中，功角计算单元6采用西门子公司生产的S7-224XPCN型PLC，PLC具有两个通信口PROT0和PROT1，PROT0与人机界面7通过RS_485/PPI通信连接；PROT1作为对外通信接口8，可以将功角δ通过RS_485总线输出。PLC具有1路D/A，作为模拟量输出9，可以将功角δ转换为DC4-20mA或DC±10V信号输出。 

人机界面7可以采用数码管、液晶屏、触摸屏、工业电脑等多种通用人机界面。数码管、液晶屏与功角计算单元6电性连接，触摸屏、工业电脑与功角计算单元6通信连接。在本实施例中，人机界面采用西门子触摸屏K-TP178micro，与功角计算单元6通过RS_485/PPI通信连接。 

Claims (1)

1.一种实验同步发电机功角测量装置，其特征在于，它包括光电编码器，信号处理单元，功角计算单元和人机界面；其中，所述光电编码器、信号处理单元和功角计算单元依次相连，人机界面与功角计算单元相连；所述功角计算单元包括通信口和模拟量输出接口。

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