专利名称：利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，属于电力系统电机学领域。
背景技术：
在电力系统生产实践过程中，人们需要不断地监测同步电机的运行状态，以使同步电机工作在最佳状态。目前，电力系统生产现场普遍利用各种仪表显示同步电机的电流、电压、功率等有关电气量，特别是使用功角仪测量同步电机的功角及有关电气量，并通过电视画面显示同步电机的电气功角矢量图(如图6、图15所示)，为运行人员提供直观的电气矢量图。但是，目前使用的各种电气测量仪器也有不足，以可以显示凸极同步电机电气量和电气矢量图的功角仪为例，这种同步电机功角仪的缺点是1、功角仪只能显示同步电机的电气功角矢量图(如图6所示)，而不能直接显示同步电机定子、转子之间的机械关系。2、虽然，这种功角仪可以显示同步电机的电气功角矢量图、势、励磁电势、机端电压和功角等电气量，但是，它却无法用最佳线段显示同步电机有功、无功功率的大小、同步电机其他量的有功和无功分量的大小。3、不能满足从事同步电机监视和操作的各种专业人员的需要。随着电力科技的发展，大部分电厂发电机组实现了程序集中控制，从事发电机运行监控和操作的电气专业人员与其他专业人员相比，所占比反映同步电机的定子电枢电例越来越少。而同步电机功角仪所显示的电气功角矢量图对于那些非电气专业人员来说理解比较困难。4、这种功角仪还能用于同步电机同期并网监视。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，该方法可从电气和机械两方面直观反映同步电机的各种运行状态，有利于各种专业运行人员从电气、机械两方面辨证理解同步电机工作原理，为机械化分析同步电机并网运行状态提供了直观的模型。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，它包括以下步骤a、获取同步电机及系统的各种电信号；b、通过复合功角仪内部的数据采集部分将上述电信号转换成数字信号，并将数字信号输入计算机主机；c、利用键盘和鼠标向计算机主机输入相关参数或命令；
d、由计算机对相关数据进行程序处理，按计算程序演算，得到有关点的坐标及相关数据并将结果输入显像程序；e、计算机利用主要点的坐标及运算结果，通过显像程序处理，绘制同步电机的各种电气及机械模型图，由显示器显示随电机参数变化而变化的动态复合功角图，并实现报警等功能。
所述程序处理包括显像程序和计算程序两部分处理；所述显像程序处理包括建立图像坐标、成像；所述计算程序处理包括确定参数、参数计算、确定同步电机直轴同步电抗值、报警。
由于本发明采用以上技术方案，即利用复合功角仪实时获取同步电机三相电压、电流信号、励磁电压、电流信号，励磁调节信号以及系统三相电压信号；执行其内部的控制程序，实时计算同步电机的定子电压有功、无功分量，定子电流有功、无功分量等；绘制表示同步电机各种特性的电气和机械模型图；并通过显示器显示出来，所以，本发明与传统的利用同步电机功角仪测量同步电机运行状态的方法相比具有以下优点1、本发明可从电气和机械两方面直观反映同步电机的运行状态。本发明不仅可以显示同步电机的电气功角矢量图，还可以显示同步电机的复合功角图、电机机械模型图、电机机械模型简图和电机同期复合功角图。与传统的功角仪显示的图形相比增加了同步电机转子、定子刚体，同步电机转子、定子杠杆，弹簧等的机械模型，和转子、定子刚体和杠杆连同弹簧随电机运行状态变化而变化图。2、利用本发明测量同步电机运行状态而绘制的电机复合功角图较电气矢量图增加了同步电机的机械模型图，并添加了EqM、EdN辅助线，较原矢量图可以更易看出同步电机的功率分配，定子电压有功、无功分量，定子电流有功、无功分量和弹簧拉力的有功和无功分量；还可显示励磁调节信号大小。3、利用本发明复合功角仪测量电机运行状态而绘制的电机运行状态图形有利于各种专业运行人员从电气、机械两方面辨证理解同步电机工作的原理，为机械化分析同步电机并网运行状态提供了直观的模型，可以做为同步电机励磁特性分析、励磁调试、同期并网、运行监视和控制等工作的有效工具。4、利用本发明绘制的同步电机同期功角图可以用于同步电机同期并网监视用。
图1为本发明复合功角仪结构示意图；图2为本发明复合功角仪外部连接关系图；图3为本发明复合功角仪I/V转换回路的工作原理图；图4为本发明复合功角仪数据采集部分具体电路图；图5为利用本发明复合功角仪测量凸极同步电机运行状态绘制的复合功角图；图6为利用本发明复合功角仪测量凸极同步电机运行状态绘制的复合功角分图I---电气功角矢量图；
图7为利用本发明复合功角仪测量凸极同步电机运行状态绘制的复合功角分图II---电机机械模型图；图8为利用本发明复合功角仪测量凸极同步电机运行状态绘制的复合功角分图III---电机机械模型简图；图9为利用本发明复合功角仪测量凸极同步电机运行状态绘制的复合功角分图IV---同期复合功角图；图10为利用本发明复合功角仪测量凸极同步电机运行状态建立的各种图形的坐标模型；图11为同步电机数字标识显示画面；图12为绘制的发电机空载和零功率因数曲线；图13为绘制的发电机气隙电势与饱和电抗的关系曲线；图14为利用本发明复合功角仪测量隐极同步电机运行状态绘制的复合功角图；图15为利用本发明复合功角仪测量隐极同步电机运行状态绘制的复合功角分图I---电气功角矢量图；图16为利用本发明复合功角仪测量隐极同步电机运行状态绘制的复合功角分图II---电机机械模型图；图17为利用本发明复合功角仪测量隐极同步电机运行状态绘制的复合功角分图III---电机机械模型简图；图18为利用本发明复合功角仪测量隐极同步电机运行状态绘制的复合功角分图IV---同期复合功角图；图19为利用本发明复合功角仪测量隐极同步电机运行状态建立的各种图形的坐标模型。
具体实施例方式
如图1所示，本发明复合功角仪由数据采集部分1和计算机设备2构成。数据采集部分1包括I/V转换回路和AD转换芯片，其功能是采集关于同步电机的各种电信号，并将电信号转换成数字信号，传输至计算机2。计算机主机2内存储有图形显像程序和计算程序，计算机主机2根据获得的关于同步电机的有关参数按照计算程序演算，得出图形有关点的坐标及相关数据，再将结果输入显像程序，计算机利用主要点的坐标及运算结果，通过显像程序处理由计算机的显示器显示随电机参数变化而变化的表示同步电机运行状态的电气、机械模型图、动态复合功角图，并实现报警等功能。
如图2所示，本发明复合功角仪通过导线与电力系统中的测量装置相连，接收表1所列的同步电机和电力系统中测量装置(即变送器)输出的电信号
表1电量变送器接收和输出的电信号
复合功角仪数据采集部分的工作主要分为三步1、通过各种电量变送器接收电机信号并将各信号转化为0-±20mA的模拟电流信号。2、由I/V转换回路将电量变送器输出的电流信号转化为0-±5V的电压信号。3、将0-±5V的电压信号接入数据采集接口卡，经A/D转换变为数字量而被送入微机内存。图3示出I/V转换回路的工作原理，变送器输出的电流信号通过电阻、时，将的0-±5V电压信号输送给A/D转换装置。图4示出数据采集系统A/D转换装置工作原理图，主要技术条件为
a、需获取同一时刻机端电压、系统电压的瞬时值，送入微机内存，进行计算即数据采集系统A/D转换装置需要将同一时刻的机端三相瞬时线电压vABuCBuCA和系统三相瞬时线电压uXABuXBCuXCA输入微机，由微机对各组瞬时电压进行计算。
b、A/D转换装置可以采集48个信号，可以利用之外的作为备用。
复合功角仪将输入复合功角仪的各种信号，由A/D芯片完成电信号的数据化转换，并将数字化的各种信号通过串行口或并行口输入计算机主机，由计算机主机将输入的信号进行计算程序和显像程序的处理，绘制出表示同步电机运行状态的图形。
利用本发明复合功角仪测量同步电机运行状态的方法是1、获取同步电机三相电压、电流信号、励磁电压、电流信号，励磁调节信号，系统三相电压信号，同步电机出口开关及其励磁回路开关状态信号；2、通过数据采集部分完成电信号的数据化转换，并将数字信号输入计算机主机；3、利用键盘和鼠标向计算机主机输入相关参数或命令；4、计算机主机对电机的有关运行参数进行运算，对相关数据进行计算程序处理；经过程序处理，将得到的数据进入显像程序，确定主要点的瞬时坐标；5、计算机主机利用主要点的坐标，通过显像程序处理，绘制同步电机的各种电气和机械模型图，由显示器显示随电机参数变化而变化的同步电机动态复合功角图。
由于同步电机按电机转子形状不同分为凸极同步电机和隐极同步电机两大类，所以，同步电机复合功角仪按电机种类也分为凸极同步电机复合功角仪和隐极同步电机复合功角仪。下面结合不同类型的同步电机，详细描述利用复合功角仪如何测量不同类型电机的方法。
(一)利用复合功角仪测量凸极同步电机运行状态的方法1、通过复合功角仪外部接线，获取同步电机三相电压、电流信号，励磁电压、电流信号，励磁调节信号，系统三相电压信号，同步电机出口开关及其励磁回路开关状态信号。
2、通过复合功角仪的数据采集部分将上述电信号转换成数字信号输入到计算机主机。
通过复合功角仪内部的A/D转换芯片，将输入复合功角仪的各种信号进行数据化转换，转化成数据，并将数字化的各种信号通过串口或并口输入计算机主机，由微机将输入的信号进行程序处理。
3、利用键盘和鼠标向计算机主机输入相关参数或命令；4、利用计算机主机对上述数据进行程序处理；所述程序处理包括显像程序和计算程序两部分，要点如下1)显像程序①建立图像坐标凸极同步电机复合功角仪共显示五种图形，它们分别是凸极同步电机复合功角图，如图5所示；凸极同步电机复合功角图分图I-电气功角矢量图，如图6所示；凸极同步电机复合功角图分图II-电机机械模型图，如图7所示；凸极同步电机复合功角图分图III-电机机械模型简图，如图8所示；凸极同步电机复合功角图分图IV-同期复合功角图，如图9所示。根据各图的共同特点，利用待求数据建立坐标模型，如图10所示，图5坐标点字母右下角用0表示，图6坐标点字母右下角用1表示，图7坐标点字母右下角用2和3表示，图8坐标点字母右下角用4表示，图9坐标点字母右下角用5表示，各点坐标用待求量表示如下图5 A0(a，b)B0(c，d)C0(e，0)D0(0，0)E0(f，g)F0(f，0) G0(c，0)图6 A1(a，b)C1(e，0)D1(0，0)E1(f，g)图7A2(a2,b2)]]>B2(c2,d2)]]>C2(e2,0)]]>D2(0，0)E2(f2,g2)]]>A3(-a2,-b2)]]>B3(-c2,-d2)]]>C3(-e2,0)]]>E3(-f2,-g2)]]>图8 A4(a，b)B4(c，d) C4(e，0) D4(0，0)E4(f，g)图9 A5(h，i)C5(j，0)D5(0，0)②成像要点a)各图的坐标点只和本图组合，只在本图成像，图像平滑移动，当同步电机定子电流不等于零时图5图像取代图9图像。
b)同步电机转子刚体轴心分别以点D0D2D4D5为圆心，以同步电机额定工作时C0D0线段的 长度为半径画圆，圆为白色。
c)同步电机转子刚体分别以点D0D2D4D5为圆心，以同步电机额定工作时C0D0线段的 长度为半径画圆，转子刚体圆与转子刚体轴心圆相交部分仍为白色，其余用深蓝色表示。
d)同步电机转子杠杆杠杆为深蓝色(与转子刚体同色)，线粗与轴心圆的直径相同，转子杠杆为T形杠杆时，图5、图8、图9的T形杠杆的顶部横杆长度是同步电机额定运行时D0C0线段的两倍且居中，杠杆与转子轴心相交部分仍为白色。图7中的T形杠杆的顶部横杆长度是同步电机额定运行时D2C2长度的两倍且居中，杠杆与转子轴心相交部分仍为白色。
点D0与点A0之间，点A3与点A2之间，点D4与点A4之间，点D5与点A5之间用杠杆连接。
e)定子刚体以点D2为圆心，以同步电机额定工作时C0D0线段的 长度为半径画圆，此圆和转子刚体圆，转子轴心圆及转子杠杆重合之外的部分，用浅灰色表示。
在点C0与点D0，点C4与点D4，点C5与点D5之间分别用细实线连接，两侧各延长同步电机额定工作时C0D0线段的 长度，与转子刚体圆、转子轴心圆相交部分用虚线表示，线下方用平行的细短斜线作阴影标记，转子刚体圆、转子轴心圆部分不作阴影标记。
f)定子杠杆点C2点C3之间用定子杠杆表示，定子杠杆粗细与转子杠杆同，颜色与定子刚体圆同，与转子刚体圆，轴心圆相交部分仍显示转子刚体圆及轴心圆的颜色。
点C0与点D0，点C4与点D4，点C5与点D5之间用黑粗线连接表示杠杆，线粗为轴心圆半径，与转子轴心圆、转子刚体圆相交部分用细虚线表示。
g)弹簧黑色，形象逼真，随着弹簧的伸长和缩短，有拉伸和收缩的视觉，弹簧与杠杆之间应有明显的连接点。
点B0与C0点之间，点E0与C0点之间，点B2与点C2之间，点E2与点C2之间，点B3与点C3之间，点E3与点C3之间，点B4与点C4，点E4与点C4之间之间弹簧连接。
h)弹簧与杠杆之间的连接点用白色圆表示，圆的直径略小于杠杆直径，居杠杆和弹簧轴心，和弹簧之间有明显的连接视觉。杠杆顶端表示连接点的圆的圆心距杠杆两边的距离等于距杠杆端部的距离。
i)线段点E0与点F0，点B0与点G0点，点C0与点G0，用细黑线连接。
j)矢量点D1和点A1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点A1；点E1和点A1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点A1；点C1和点E1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点E1；点D1和点C1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点点C1。线段E1A1在线段D1A1的下方。
k)坐标点的标识点A0标“E0”，点B0标“E0”，点C0标“U”，点D0标“O”，点E0标“E”，点F0标“M”，点G0标“N”；点A1上部标“ ”，左下部标“ ”，点C1标“ ”，点D1标“O”，点E1下部标“ ”；点A2标“ ”，点B2标“ ”，点C2标“ ”，点D2标“O”，点E2标“ ”点A4标“ ”，点B4标“ ”，点C4标“ ”，点D4标“O”，点E4标“ ”点A5标“ ”，点C5标“ ”，点D5标“O”标识随着坐标点的位置的移动而移动，各标识与对应的作标点的相对位置保持不变。
l)功角标识表示功角的虚线通转子中心，与杠杆轴心重合，长不大于同步电机额定工作时C0D0线段长度的三分之一。在功角范围内标“δ”，功角两侧杠杆之间用圆弧连接，且圆弧顶点随杠杆的位置变化而变化，圆弧半径大于转子刚体圆的半径，圆弧圆心与定子轴心重合。
m)励磁调节信号标识根据计算机计算的结果，按E01、E02……E0n值，将各调节量以不同的颜色，按所占百分长度，调增信号依次由励磁杠杆顶部向转子轴心紧密排列，调减信号则由转子轴心顺次延励磁电势反方向直线紧密排列，如图5所示。
在图5屏幕上标识各调节信号及其颜色。
n)同期图象要求以点D5为圆心，分别以线段D5A5、D5C5为半径画虚线圆。当 足够大，分辨不出D5A5杠杆的位置时，电机转子刚体之外的杠杆扫描部分，用雾状浅蓝色覆盖；当足够�。梢苑直娉龈芨薉5A5的位置时，用图9所示的图形表示。
o)图7所示的机械模型可以动态逆时针旋转，屏面标识模型转速与实物转速的比值，转速比可以选择。
p)图形报警显示各电气量或磁通量报警时，标识变红色闪光，微机喇叭响，复合功角图及其分图画面相应线段变红色闪光，解除报警时报警标识或线段变红色不闪光。各种量报警时，图10所示的对应报警线段参见表2，并使相应的复合功角图或其分图对应的图形闪红色光报警，解除报警时报警图形变红色不闪光。用鼠标点击某参数时，图10所示的对应线段显示报警颜色，参见表2，并使相应的复合功角图及其分图对应的图形变红色。
表2凸极同步电机复合功角图报警表
q)数字标识显示画面做如图11所示的电机一次图形，并标识所示字母，在字母后显示相应的数字量，且可以进行实际值和标么值切换，报警时标识及数字变红色闪光，微机喇叭响，解除报警后变红色不闪光。标识和数字显示的条件(a)当同步电机并网后，即电机出口断路器DL合闸时，此时电机出口断路器DL的状态信号UDL高电位，电机出口断路器DL变蓝色，数字显示画面不显示系统侧的电压(UxabUxbcUxca)及频率(fx)的字母标识和数字，显示其它标识和数字。
(b)当同步电机解列或并网期间，即电机出口断路器DL分闸时，此时电机出口断路器DL的状态信号UDL低电位，电机出口断路器DL标识白色，显示所有标识和数字。
(c)同步电机工励或备励开关接通时，其状态信号UZG或UZB高电位，相应开关变蓝色；励磁开关断开时其状态信号UZG或UZB低电位，相应开关标识白色。
(e)同步电机出口断路器DL分闸时，令同步电机转子磁通量∑Φ0的数字显示值与定子总磁通量∑∑Φ的值相等。同步电机出口断路器DL合闸时，按计算值显示电机转子磁通量∑Φ0的数值。
按上述显像要求，经程序处理可得到图5、图6、图7、图8、图9所示的五种图形，这五种图形之间可以任意组合，五种图形任一画面可以和数字显示画面图11组合。可以小范围调整给定的图5、图7、图8、图9中的同步电机定子、转子半径，定子、转子轴心半径，杠杆粗细，弹簧连接点半径的大�。豢梢越�5、图7、图8、图9所示的模型制作成各种立体机械模型。
2)计算程序要点(1)确定参数给定参数电机定子漏抗Xσ(保梯电抗)，交轴同步电抗Xq，同步电机电压、电流、频率折算系数KU、KI、Kω，系统电压、频率折算系数KXU、KXω，有功、无功功率折算系数KP、KQ、Km，同步电机励磁电压及工备励电压折算系数KLKGLKBL，同步电机励磁电流及工、备励电流折算系数Kf、KGf、KBf，负序电压折算系数KF，同步电机机端电压同期折算系数KT、KN，系统电压同期折算系数KXT、KXN，励磁调节信号电压折算系数KTJ。主要参数允许范围主要参数包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、功角、系统电压。电机额定参数，主要包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、系统电压。
(2)参数计算a Pj＝KPP ∑P＝KmPjb Qj＝KQQ ∑Q＝KmQjc Iaj＝KIIaIbj＝KIIbIcj＝KIIcd Uabj＝KUUabUbcj＝KUUbcUcaj＝KUUcae If＝KfiLIGf＝KGfiGIBf＝KBfiBYf F＝Kωf FX＝KXωfXg UFj＝KFUFh Uxabj＝KXUUxabUxbcj＝KXUUxbcUxcaj＝KXUUxcai uLj＝KLuLuGj＝KGLuGuBj＝KBLuB(3)确定凸极同步电机直轴同步电抗Xd值确定凸极同步电机直轴同步电抗Xd值的两种方法a、根据同步电机通常工作时气隙电势Eδ的值直接给定直轴同步电抗Xd值，Xd值不变。
b、根据同步电机气隙电势Eδ与直轴同步电抗Xd的函数关系，由Eδ值确定Xd值a)录制图12所示的发电机空载(Ia＝0)和零功率因数(Ia＝IN)曲线，即U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线。
b)确定同步电机气息电势Eδ与直轴同步电抗Xd的函数关系根据U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线图，取If1If2… Ifnn个励磁电流值，由零功率因数曲线确定U＝fN(I)曲线上的与If1If2…Ifn对应的点B1B2…Bn，过点B B1B2…Bn分别作n个全等特性三角形(其中CD垂直于横坐标，CD＝IN*Xσ)，分别交空载特性曲线U＝f0(I)于点C C1C2…Cn，连接点O和点C1，并延长OC1交过点B1平行于纵坐标轴的直线于点A1，同理连接点O和点C2、…连接点O和点Cn，并延长OC2…延长OCn，与平行于纵坐标轴的分别过点B2…Bn的直线交于点A2…An。
则Eδ1Eδ2…Eδn，所对应的同步饱和电抗分别为Xd1=A1B1IN,]]>Xd2=A2B2IN]]>…Xdn=AnBnIN,]]>根据Eδ1，Eδ2… Eδn，一一对应的同步饱和电抗Xd1，Xd2…Xdn的关系绘制气隙电势与饱和电抗的关系图，如图13所示，由此曲线确定Xd＝f(Eδ)函数。
c)求Eδ令 U·a=Uabf3=e;]]>则 E·δ=e+jI·aj*Xσ;]]>Eδ=|E·δ|]]>d)将Eδ值代如Xd＝f(Eδ)函数，得Xd值(4)计算a---H·=e+jI·aj*Xq=H∠δ]]>由此式确定δ(90°＞δ＞-90°)b Id＝Iajsin(δ+)c Iq＝Iajcos(δ+)d a＝(e*cosδ+Id*Xd)*cosδe b＝(e*cosδ+Id*Xd)*sinδf c＝e+Id*Xd*cosδg d＝Id*Xd*sinδh f＝e*cos2δi---g=12e*sin2δ]]>
j励磁分量计算设综合放大器自动励磁调节总量为∑U，各分量分别为ΔU＝KTJU1U′＝KTJU2Δf＝KTJU3…X＝KTJUn；∑U＝KTJ(U1+U2+……+Un)，f1=KTJU1ΣU]]>f2=KTJU2ΣU]]>……fn=KTJUnΣU]]>计算E01=f1a2+b2]]>E02=f2a2+b2]]>……E0n=fna2+b2]]>k磁通量标么值计算设同步电动机某磁通量在频率为额定值时，磁通量标么值与相应电压标么值相同，根据频率、电压、磁通量的关系，确定电机励磁磁通、定子总磁通的标么值，并用数字显示，将计算值于给定值比较，当大于规定值时报警。
i根据需要计算各量标么值。
(5)当同期并网或解列时，既Ia＝Ib＝Ic＝0时，將输入微机的各组同步电机电压与系统电压量进行下列计算 d---U·U·x=UUx∠δx]]>e---δ‾x=δ1+δ2+····δnn]]>(其中δ1δ2…δn为一定时间内测得的第一、第二…第n个δx的值，且下一个测量值进入时，舍去第一个δ1值，再下一个测量值进入时，舍去第二个δ2值，以此类推进行新旧更换，时间长短及n值可以设定)f h＝KNUabj*cosδxg i＝KNUabj*sinδxh j＝KXNUxabj(6)将各种电气量于给定值比较，当大于规定范围时报警。
(二)利用隐极复合功角仪测量隐极同步电机运行状态的方法1、通过复合功角仪外部接线，获取同步电机三相电压、电流信号，励磁电压、电流信号，励磁调节信号，系统三相电压信号，同步电机出口开关及其励磁回路开关状态信号。
2、通过复合功角仪内部的数据采集部分将上述电机信号转换成数字信号输入到计算机主机。
通过复合功角仪内部的A/D转换芯片，将输入复合功角仪的各种信号进行数据化转换，转化成数据，并将数字化的各种信号通过串口或并口输入计算机主机，由微机将输入的信号进行程序处理。
3、利用键盘和鼠标向计算机主机输入相关参数或命令；4、利用计算机主机对上述数据进行程序处理；所述程序处理包括显像程序和计算程序两部分，要点如下1)显像程序要点
①建立图像坐标隐极同步电机复合功角仪共显示五种图形，它们分别是隐极同步电机复合功角，见图14；隐极同步电机复合功角分图I-电气功角矢量图，见图15；隐极同步电机复合功角分图II-电机机械模型，见图16；隐极同步电机复合功角分图III-电机机械模型简图，见图17；隐极同步电机复合功角分图IV-同期复合功角图，见图18。根据各图共同特点，利用待求数据建立坐标模型，如图19所示。图14坐标点字母右下角用10表示，图15坐标点字母右下角用11表示，图16坐标点字母右下角用12和13表示，图17坐标点字母右下角用14表示，图18坐标点字母右下角用15表示，各点坐标用待求量表示如下图14 A10(a，b)C10(e，0)D10(0，0)G10(a，0)图15 A11(a，b)C11(e，0)D11(0，0)图16A12(a2,b2)]]>C12(e2,0)]]>D12(0，0)A13(-a2,-b2)]]>C13(-e2,0)]]>图17 A14(a，b)C14(e，0)D14(0，0)图18 A15(h，i)C15(j，0)D15(0，0)②成像要点a)各图的坐标点只和本图组合，只在本图成像，图像平滑移动，当同步电机定子电流不等于零时图14图像取代图18图像。
b)同步电机转子刚体轴心分别以点D10D12D14D15为圆心，以同步电机额定工作时C10D10线段的 长度为半径画圆，圆为白色。
c)同步电机转子刚体分别以点D10D12D14D15为圆心，以同步电机额定工作时C10D10线段的 长度为半径画圆，转子刚体圆与转子刚体轴心圆相交部分仍为白色，其余用深蓝色表示。
d)同步电机转子杠杆杠杆为蓝色(与转子刚体同色)，线粗与轴心圆的直径相同，杠杆与转子轴心相交部分仍为白色。
点D10与点A10之间，点A12与点A13之间，点A14与点D14之间，点A15与点D15之间用杠杆连接。
e)定子刚体以点D12为圆心，以同步电机额定工作时C10D10线段的 长度为半径画圆，此圆和转子刚体圆，转子轴心圆及转子杠杆重合之外的部分，用浅灰色表示。
在点C10与点D10，点C14与点D14，点C15与点D15之间分别用细实线连接，两侧各延长同步电机额定工作时C10D10线段的 长度，与转子刚体圆、转子轴心圆相交部分用虚线表示，线下方用平行的细短斜线作阴影标记，转子刚体圆、转子轴心圆部分不作阴影标记。
f)定子杠杆点C12点C13之间用定子杠杆表示，定子杠杆粗与转子杠杆同，颜色与定子刚体同，与转子刚体圆，轴心圆相交部分仍显示转子刚体圆及轴心圆的颜色。
点C10与点D10点C14与点D14，点C15与点D15之间用黑粗细线连接表示杠杆，线粗为轴心圆半径，与转子刚体圆、转子轴心圆相交部分用细虚线表示。
g)弹簧黑色，形象逼真，随着弹簧的伸长和缩短，有拉伸和收缩的视觉，弹簧与杠杆之间应有明显的连接点。
点A10与C10点之间，点A12与点C12之间，点A13与点C13之间，点A14与点C14之间弹簧连接。
h)弹簧与杠杆之间的连接点用白色圆表示，圆直径略小于杠杆直径，居杠杆和弹簧轴心，和弹簧之间有明显的连接视觉。杠杆顶端表示连接点的圆的圆心距杠杆两边的距离等于距杠杆端部的距离。
i)线段点A10点G10点，点C10点G10，用细黑线连接。
j)矢量点D11和点A11之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点A11；点D11和点C11之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点点C11。
k)坐标点的标识点A10标“E0”，点C10标“U”，点D10标“O”，点G10标“M”；点A11标“E0”，点C11标“U”，点D11标“O”；点A12标“ ”，点C2标“ ”，点D2标“O”；点A14标“ ”，点C14标“ ”，点D14标“O”；点A15标“E0”，点C15标“U”，点D15标“O”标识随着坐标点的位置的移动而移动，各标识与对应的作标点的相对位置保持不变。
l)功角标识表示功角的虚线通转子中心，与杠杆轴心重合，长不大于同步电机额定工作时C10D10线段长度的三分之一。在功角范围内标“δ”，功角两侧杠杆之间用圆弧连接，且圆弧顶点随杠杆的位置变化而变化，圆弧半径大于转子刚体圆的半径，圆弧圆心与定子轴心重合。
m)励磁调节信号标识根据计算机计算的结果，按E01、E02……E0n值，将各调节量以不同的颜色，按所占百分长度，调增信号依次由励磁杠杆顶部向转子轴心紧密排列，调减信号则由转子轴心顺次延励磁电势反方直线紧密排列，如图14所示。
在图14显示屏幕上标识各调节信号的颜色n)同期图象要求以点D15为圆心，分别以线段D15A15、D15C15为半径画虚线圆。当 足够大，分辨不出D15A15杠杆的位置时，电机转子刚体之外的杠杆扫描部分，用雾状浅蓝色覆盖；当 足够小，可以分辨出杠杆D15A15的位置时，用图18所示的图形表示。
o)图16所示的机械模型可以动态逆时针旋转，屏面标识模型转速与实物转速的比值，转速比可以选择。
p)图形报警显示各电气量或磁通量报警时，标识变红色闪光，微机喇叭响，复合功角图及其分图画面相应线段变红色闪光，解除报警时报警标识及线段变红色不闪光。各种量报警时，图19所示的对应报警线段参见表3，并使相应的复合功角图或其分图对应的图形闪红色光报警，解除报警时报警图形变红色不闪光。用鼠标点击某参数时，图19所示的对应线段显示报警颜色，参见表3，并使相应的复合功角图或其分图对应的图形变红色。
表3隐极同步电机复合功角图报警表
q)数字标识显示画面做如图11所示的电机一次图形，并标识所示字母，在字母后显示相应的数字量，且可以进行实际值和标么值切换，报警时标识及数字变红色闪光，微机喇叭响，解除报警后变红色不闪光。标识和数字显示的条件(a)当同步电机并网后，即电机出口断路器DL合闸时，此时电机出口断路器DL的状态信号UDL高电位，电机出口断路器DL变蓝色，数字显示画面不显示系统侧的电压(UxabUxbcUxca)及频率(fX)的字母标识和数字，显示其它标识和数字。
(b)当同步电机解列或并网期间，即电机出口断路器DL分闸时，此时电机出口断路器DL的状态信号UDL低电位，电机出口断路器DL标识白色，显示所有标识和数字。
(c)同步电机工励或备励开关接通时，其状态信号UZG或UZB高电位，相应开关变蓝色；励磁开关断开时其状态信号UZG或UZB低电位，相应开关标识白色。
(e)同步电机出口断路器DL分闸时，令同步电机转子磁通量∑Φ0的数字显示值与定子总磁通量∑∑Φ的值相等。同步电机出口断路器DL合闸时，按计算值显示电机转子磁通量∑Φ0的数值。
按上述显像要求，经程序处理可得到图14、图15、图16、图17、图18所示的五种图形，这五种图形之间可以任意组合，五种图形任一画面可以和数字显示画面图11组合。可以小范围调整给定的图14、图16、图17、图18中的同步电机定子、转子半径，定子、转子轴心半径，杠杆粗细，弹簧连接点半径的大�。豢梢越�14、图16、图17、图18所示的模型制作成各种立体机械模型。
2)计算程序要点(1)确定参数给定参数电机定子漏抗Xσ，同步电机电压、电流、频率折算系数KU、KI、Kω，系统电压、频率折算系数KXU、KXω，有功、无功功率折算系数KP、KQ、Km，励磁电压及工、备励电压折算系数KLKGLKBL，同步电机励磁电流及工、备励电流折算系数Kf、KGf、KBf，同步电机计算系数m，负序电压折算系数KF，同步电机机端电压同期折算系数KT、KN，系统电压同期折算系数KXT、KXN，励磁调节信号电压折算系数KTJ。主要参数允许范围主要参数包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、功角、系统电压。电机额定参数，主要包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、系统电压。
(2)参数计算a Pj＝KPP ∑P＝KmPjb QJ＝KQQ ∑Q＝KmQjc Iaj＝KIIaIbj＝KIIbIcj＝KIIcd Uabj＝KUUabUbcj＝KUUbcUcaj＝KUUcae If＝KfiLLGf＝KGfiGIBf＝KBfiBYf F＝Kωf FX＝KXωfXg UFj＝KFUFh Uxabj＝KXUUxabUxbcj＝KXUUxbcUxcaj＝KXUUxcai uLJ＝KLuLuGj＝KGLuGuBj＝KBLuB(3)隐极同步电机直轴同步电抗Xd值确定隐极同步电机直轴同步电抗Xd值有两种方法a根据同步电机通常工作时气隙电势Eδ的值直接给定直轴同步电抗Xd值，Xd值不变。
b根据同步电机气隙电势Eδ和直轴同步电抗Xd的函数关系确定Xd值a)录制图12所示的发电机空载(Ia＝0)和零功率因数(Ia＝IN)曲线，即U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线。
b)确定同步电机气息电势Eδ与直轴同步电抗Xd的函数关系根据U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线图，取If1If2…Ifnn个励磁电流值，由零功率因数曲线确定U＝fN(I)曲线上的与If1If2…Ifn对应的点B1B2…Bn，过点B B1B2…Bn分别作n个全等特性三角形(其中CD垂直于横坐标，CD＝IN*Xσ)，分别交空载特性曲线U＝f0(I)于点C C1C2…Cn，连接点O和点C1，并延长OC1交过点B1平行于纵坐标轴的直线于点A1，同理连接点O和点C2、…连接点O和点Cn，并延长OC2…延长OCn，与平行于纵坐标轴的分别过点B2…Bn的直线交于点A2…An。
则Eδ1Eδ2…Eδn所对应的同步饱和电抗分别为Xd1=A1B1IN,]]>Xd2=A2B2IN]]>…Xdn=AnBnIN,]]>根据Eδ1，Eδ2…Eδn一一对应的同步饱和电抗Xd1，Xd2…Xdn的关系绘制气隙电势与饱和电抗的关系图，如图13所示，由此曲线确定Xd＝f(Eδ)函数。
c)计算令 U·a=Uabf3=e;]]>则 E·δ=e+jI·aj*Xσ;]]>Eδ=|E·δ|]]>d)将Eδ值代如Xd＝f(Eδ)函数，得Xd值(4)计算a---a=e+Q1meXd]]>b---b=PjmeXd]]>c励磁分量计算设综合放大器自动励磁调节总量为∑U，各分量分别为ΔU＝KTJU1U′＝KTJU2Δf＝KTJU3…X＝KTJUn；∑U＝KTJ(U1+U2+……+Un)，f1=KTJU1ΣU]]>f2=KTJU2ΣU]]>……fn=KTJUnΣU]]>计算E01=f1a2+b2]]>E02=f2a2+b2]]>……E0n=fna2+b2]]>d磁通量标么值计算设同步电动机某磁通量在频率为额定值时，磁通量标么值与相应电压标么值相同，根据频率、电压、磁通量的关系，确定电机励磁磁通、定子总磁通的标么值，将计算值于给定值比较，当大于规定值时报警。
e将各种电气量于给定值比较，当大于规定值时报警。
(5)当同期并网或解列时，既Ia＝Ib＝Ic＝0时，將同步电机电压与系统电压信号输入微机进行下列计算 d---U·U·x=UUx∠δx]]>e---δ‾x=δ1+δ2+····δnn]]>(其中δ1δ2…δn为一定时间内测得的第一、第二…第n个δx的值，且下一个测量值进入时，舍去第一个δ1值，再下一个测量值进入时，舍去第二个δ2值，以此类推进行新旧更换，时间长短及n值可以设定)f h＝KNUabj*cosδxg i＝KNUabj*sinδxh j＝KXNUxabj(6)将各种电气量于给定值比较，当大于规定范围时报警。
利用本发明复合功角仪测量同步电机运行状态绘制的电气、机械模型图与利用传统的功角仪测量电机运行状态绘制的单一的电气功角矢量图相比较，具有以下优点从凸极同步电机和隐极同步电机两方面分别比较；(一)凸极同步电机复合功角仪与传统的功角仪比较1、凸极同步电机复合功角仪可显示五种图形，它不但显示了凸极同步电机复合功角，还显示了复合功角分图，参见图5-图9，能实现图象和声响报警。而，传统的功角仪只显示电气矢量图，参见图6。
2、凸极同步电机复合功角仪显示的复合功角图(图5)具有双重含义一方面表示凸极同步电机电气功角矢量图，另一方面表示利用磁通量显示的机械功角图。凸极电机复合功角图表示功角具有电气和机械双重特性。而，原功角图只显示电气矢量，只反应功角的电气特性。
3、复合功角仪显示的图形较电气矢量图增加了同步电机的机械模型，图7所示机械模型定子、转子杠杆分别为电机定子内总合成磁通∑∑Φ、励磁合成磁通∑Φ0，交轴和直轴弹簧的弹性系数分别为 和 (其中m为电机定子相数，kw表示定子线圈有效匝数，lq、ld分别为电机交轴和直轴同步电感系数)，且该图形模拟电机定子和转子逆时针旋转。图5、图8所示机械模型以定子为参照物，定子、转子杠杆分别为∑∑Φ、∑Φ0，交轴和直轴弹簧的弹性系数分别为 和 机械功角图从机械方面直观显示了电机定子和转子相互作用的关系，工作人员可以参照机械模型理解电机做功的原理，准确调节电机参数。
4、复合功角图较电气矢量图增加了辅助线，如图5所示1)如用OE0、OU长度分别表示发电机励磁电势和机端电压，UEq、UEd分别表示同步电机定子电势的交轴分量和直轴分量，EqM、MU分别表示同步电机定子交轴电势的有功和无功分量，点M在OU线段上或与点U重合分别表示交轴电势所做的感性无功为负值或零，点Eq在OU直线的上方、下方或与直线重合，分别表示交轴电势所做的有功为正值、负值或为零，EdN、NU分别表示同步电机定子直轴电势的有功和无功分量，点N在OU线段上、OU线段延长线上或与点U重合分别表示直轴电势所做的感性无功为负值、正值或为零，点Ed在OU直线的上方、下方或与直线重合，分别表示直轴电势所做的有功为正值、负值或为零。
2)如果用OE0、OU长度分别表示发电机励磁磁通量和定子线圈内合成总磁通量，UEq、UEd分别表示同步电机定子电枢反应合成磁通量的交轴分量和直轴分量。
3)如果用OE0、OU长度分别表示同步电机转子杠杆和定子杠杆，UEq、UEd分别表示同步电机转子杠杆对定子杠杆交轴和直轴方向产生拉力的弹簧被拉伸的长度，线段EqM、EdN分别表示交轴和直轴弹簧被拉伸而产生有功的长度分量，逆时针或顺时针方向的拉力分别产生正有功或负有功，线段MU、UN分别表示交轴和直轴弹簧被拉伸而产生无功的分量，延点O至点U方向拉力产生正感性无功，反之产生负感性无功。粗略地看，可以把EqM±EdN的和看成有功功率，把MU±UN的和看成无功功率，弹簧产生的力一致时相加，反之相减。
5、凸极同步电机复合功角图(图5)较电气矢量图(图6)增加了显示励磁调节信号的图形。
增加励磁调节显示，可以帮助运行人员直观检查自动励磁调节器的工作状态，直观判断调节信号对电力系统稳定运行的影响，事故情况下及时正确地调整励磁。
6、新增加的同期图像(图9)直观显示了同步电机转子刚体磁杠杆和电力系统磁杠杆的相对位置，可以帮主运行人员正确调整电机转速和机端电压。
(二)隐极同步电机功角仪与现有的功角仪比较1、隐极同步电机复合功角仪显示五种图形，它不但显示了隐极同步电机复合功角，还显示了复合功角分图，参见图14-图18，能实现图象和声响报警。现有的功角仪只显示电气矢量图，参见图15。
2、隐极同步电机复合功角仪显示的复合功角图(图14)具有双重含义一方面表示隐极同步电机电气功角矢量图，另一方面表示利用磁通量显示的机械功角图。隐极电机复合功角图显示同步电机功角具有电气和机械双重特性。而，原功角图(图15)只显示电气矢量，只反应功角的电气特性。
3、复合功角仪显示的图形，较现在的功角仪显示的电气矢量图增加了同步电机的机械模型，从机械方面直观显示了电机定子和转子相互作用的关系，图16所示机械模型定子、转子杠杆分别为电机定子内总合成磁通∑∑Φ、励磁合成磁通∑Φ0，弹簧的弹性系数为 (其中m为电机定子相数，kw表示定子线圈有效匝数，l分别为电机同步电感系数)，且该图形模拟电机定子和转子逆时针旋转。图14、图17所示机械模型以定子为参照物，定子、转子杠杆分别为∑∑Φ、∑Φ0，弹簧的弹性系数分别为 机械功角图从机械方面直观显示了电机定子和转子相互作用的关系，工作人员可以参照机械模型理解电机做功的原理，准确调节电机参数。
4、复合功角图较电气矢量图增加了辅助线，如图14所示1)用OE0、OU长度分别表示电机励磁电势和机端电压，E0U、E0M、UM分别表示电机定子电势、定子电势的有功分量和无功分量；点M在OU线段上、在OU线段的延长线上及与点U重合分别表示电机发容性无功、感性无功及无功为零。点E0在OU直线的上、下方或与OU重合分别说明电机为发电机、电动机或有功为零。
2)用OE0、OU长度分别表示电机励磁磁通量杠杆和定子线圈内总磁通量杠杆，E0U、E0M、UM分别表示发电机机械杠杆弹簧被拉伸的长度、弹簧被拉伸长度的有功分量和无功分量；点M在OU线段上、在OU线段的延长线上及与点U重合分别表示电机发容性无功、感性无功及无功为零。点E0在OU杠杆的上、下方或与OU直线重合分别说明弹簧对定子逆时针、顺时针产生转矩或不产生转矩，电机则以发电机、电动机或有功为零的方式运行。
3)如果用UE0的长度表示电机视在功率W的大小，则E0M、UM的长度分别表示发电机的有功功率和无功功率的大小。
4)如果用UE0的长度表示电机定子电流I大�。駿0M、UM的长度分别表示电机定子电流的有功和无功分量IP和IQ的大小。
5)隐极同步电机复合功角图(图14)较电气矢量图(图15)增加了显示励磁调节信号的图形。
增加励磁调节显示，可以帮助运行人员直观检查自动励磁调节器的工作状态，直观判断调节信号对电力系统稳定运行的影，事故情况下及时正确地调整励磁。
6)新增加的同期图像(图18)直观显示了同步电机转子刚体磁杠杆和电力系统磁杠杆的相对位置，可以帮主运行人员正确调整电机转速和机端电压。
权利要求
1.一种利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，它包括以下步骤a、获取同步电机及系统的各种电信号b、通过复合功角仪内部的数据采集部分将上述电信号转换成数字信号，并将数字信号输入计算机主机；c、利用键盘和鼠标向计算机主机输入相关参数或命令；d、由计算机对相关数据进行程序处理，按计算程序演算，得到有关点的坐标及相关数据并将结果输入显像程序；e、计算机利用主要点的坐标及运算结果，通过显像程序处理，绘制同步电机的各种电气及机械模型图，由显示器显示随电机参数变化而变化的动态复合功角图，并实现报警等功能。
2.根据权利要求1所述的利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，其特征在于所述程序处理包括显像程序和计算程序两部分处理所述显像程序处理包括建立图像坐标、成像；所述计算程序处理包括确定参数、参数计算、确定同步电机直轴同步电抗值、报警。
3.根据权利要求2所述的利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，其特征在于对隐极同步电机的程序处理包括显像程序和计算程序处理，其步骤以下所述显像程序处理①建立隐极同步电机复合功角图、电气功角矢量图、电机机械模型、电机机械模型简图、同期复合功角图的图像坐标；各点坐标用待求量表示如下复合功角图A10(a,b) C10(e,0) D10(O，0) G10(a,0)电气功角矢量图 A11(a,b) C11(e,0) D11(0，0)电机机械模型A12(a2,b2)]]>C12(e2,0)]]>D12(0，1)A13(-a2,-b2)]]>C13(-e2,0)]]>电机机械模型简图 A14(a，b)C14(e，0)D14(0，0)同期复合功角图A15(h，i)C16(j，0)D15(0，0)②成像要点a)各图的坐标点只和本图组合，只在本图成像，图像平滑移动；b)同步电机转子刚体轴心分别以点D10D12D14D15为圆心，以同步电机额定工作时C10D10线段的 长度为半径画圆，圆为白色；c)同步电机转子刚体分别以点D10D12D14D15为圆心，以同步电机额定工作时C10D10线段的 长度为半径画圆，转子刚体圆与转子刚体轴心圆相交部分仍为白色，其余用深蓝色表示；d)同步电机转子杠杆杠杆为蓝色(与转子刚体同色)，线粗与轴心圆的直径相同，杠杆与转子轴心相交部分仍为白色，点D10与点A10之间，点A12与点A13之间，点A14与点D14之间，点A15与点D15之间用杠杆连接；e)定子刚体以点D12为圆心，以同步电机额定工作时C10D10线段的 长度为半径画圆，此圆和转子刚体圆，转子轴心圆及转子杠杆重合之外的部分，用浅灰色表示；在点C10与点D10，点C14与点D14，点C15与点D15之间分别用细实线连接，两侧各延长同步电机额定工作时C10D10线段的 长度，与转子刚体圆、转子轴心圆相交部分用虚线表示，线下方用平行的细短斜线作阴影标记，转子刚体圆、转子轴心圆部分不作阴影标记；f)定子杠杆点C12点C13之间用定子杠杆表示，定子杠杆粗与转子杠杆同，颜色与定子刚体同，与转子刚体圆，轴心圆相交部分仍显示转子刚体圆及轴心圆的颜色；点C10与点D10，点C14与点D14点C15与点D15之间用黑粗细线连接表示杠杆，线粗为轴心圆半径，与转子刚体圆、转子轴心圆相交部分用细虚线表示；g)弹簧黑色，形象逼真，随着弹簧的伸长和缩短，有拉伸和收缩的视觉，弹簧与杠杆之间应有明显的连接点；点A10与C10点之间，点A12与点C12之间，点A13与点C13之间，点A14与点C14之间弹簧连接；h)弹簧与杠杆之间的连接点用白色圆表示，圆直径略小于杠杆直径，居杠杆和弹簧轴心，和弹簧之间有明显的连接视觉；杠杆顶端表示连接点的圆的圆心距杠杆两边的距离等于距杠杆端部的距离；i)线段点A10点G10点，点C10点G10，用细黑线连接；j)矢量点D11和点A11之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点A11；点D11和点C11之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点点C11，k)坐标点的标识点A10标“E0”，点C10标“U”，点D10标“O”，点G10标“M”；点A11标“ ”，点C11标“ ”，点D11标“O”；点A12标“ ”，点C2标“ ”，点D2标“O”；点A14标“ ”，点C14标“ ”，点D14标“O”；点A15标“ ”，点C15标“ ”，点D15标“O”标识随着坐标点的位置的移动而移动，各标识与对应的作标点的相对位置保持不变；l)功角标识表示功角的虚线通转子中心，与杠杆轴心重合，长不大于同步电机额定工作时C10D10线段长度的三分之一。在功角范围内标“δ”，功角两侧杠杆之间用圆弧连接，且圆弧顶点随杠杆的位置变化而变化，圆弧半径大于转子刚体圆的半径，圆弧圆心与定子轴心重合；m)励磁调节信号标识根据计算机计算的结果，按E01、E02……E0n值，将各调节量以不同的颜色，按所占百分长度，调增信号依次由励磁杠杆顶部向转子轴心紧密排列，调减信号则由转子轴心顺次延励磁电势反方直线紧密排列；n)同期图象要求以点D15为圆心，分别以线段D15A15、D15C15为半径画虚线圆；o)机械模型可以动态逆时针旋转，屏面标识模型转速与实物转速的比值，转速比可以选择；p)图形报警显示各电气量或磁通量报警时，标识变红色闪光，微机喇叭响，复合功角图及其分图画面相应线段变红色闪光，解除报警时报警标识及线段变红色不闪光；所述计算程序处理(1)确定参数给定参数电机定子漏抗Xσ，同步电机电压、电流、频率折算系数KU、KI、Kω，系统电压、频率折算系数KXU、KYω，有功、无功功率折算系数KP、KQ、Km，励磁电压及工、备励电压折算系数KLKGLKBL，同步电机励磁电流及工、备励电流折算系数Kf、KGf、KBf，同步电机计算系数m，负序电压折算系数KF，同步电机机端电压同期折算系数KT、KN，系统电压同期折算系数KXT、KXN，励磁调节信号电压折算系数KTJ；主要参数允许范围主要参数包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、功角、系统电压；电机额定参数，主要包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、系统电压；(2)参数计算a Pj＝KPP ∑P＝KmPjb Qj＝KQQ ∑Q＝KmQjc Iaj＝KIIaIbj＝KIIbIcj＝KIIcd Uabj＝KUUabUbcj＝KUUbcUcaj＝KUUcae If＝KfiLIGf＝KGfiGIBf＝KBfiBYt F＝Kωf FX＝KXωfXg UFj＝KFUFh Uxabj＝KXUUxabUxbcj＝KXUUxbcUxcaj＝KXUUxcai uLj＝KLuLuGj＝KGLuGuBj＝KBLuB(3)隐极同步电机直轴同步电抗Xd值确定隐极同步电机直轴同步电抗Xd值有两种方法a根据同步电机通常工作时气隙电势Eδ的值直接给定直轴同步电抗Xd值，Xd值不变；b根据同步电机气隙电势Eδ和直轴同步电抗Xd的函数关系确定Xd值a)绘制发电机空载(Ia＝0)和零功率因数(Ia＝IN)曲线，即U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线；b)确定同步电机气息电势Eδ与直轴同步电抗Xd的函数关系根据U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线图，取If1If2…Ifnn个励磁电流值，由零功率因数曲线确定U＝fN(I)曲线上的与If1If2…Ifn对应的点B1B2…Bn，过点B B1B2…Bn分别作n个全等特性三角形(其中CD垂直于横坐标，CD＝IN*Xσ)，分别交空载特性曲线U＝f0(I)于点C C1C2…Cn，连接点O和点C1，并延长OC1交过点B1平行于纵坐标轴的直线于点A1，同理连接点O和点C2、…连接点O和点Cn，并延长OC2…延长OCn，与平行于纵坐标轴的分别过点B2…Bn的直线交于点A2…An；则Eδ1Eδ2…Eδn所对应的同步饱和电抗分别为Xd1=A1B1IN,]]>Xd2=A2B2IN]]>…Xdn=AnBnIN,]]>根据Eδ1，Eδ2…Eδn一一对应的同步饱和电抗Xd1，Xd2…Xdn的关系绘制气隙电势与饱和电抗的关系图，c)计算令 U·a=Uabf3=e;]]>则 E·δ=e+jI·aj*Xσ;]]>Eδ=|E·δ|]]>d)将Eδ值代如Xd＝f(Eδ)函数，得Xd值(4)计算a---a=e+QjmeXd]]>b---b=PjmeXd]]>c励磁分量计算设综合放大器自动励磁调节总量为∑U，各分量分别为ΔU＝KTJU1U′＝KTJU2Δf＝KTJU3…X＝KTJUn；∑U＝KTJ(U1+U2+……+Un)，f1=KTJU1ΣU]]>f2=KTJU2ΣU]]>……fn=KTJUnΣU]]>计算E01=f1a2+b2]]>E02=f2a2+b2]]>……E0n=fna2+b2]]>d磁通量标么值计算设同步电动机某磁通量在频率为额定值时，磁通量标么值与相应电压标么值相同，根据频率、电压、磁通量的关系，确定电机励磁磁通、定子总磁通的标么值，将计算值于给定值比较，当大于规定值时报警；e将各种电气量于给定值比较，当大于规定值时报警；(5)当同期并网或解列时，既Ia＝Ib＝Ic＝0时，將同步电机电压与系统电压信号输入微机进行下列计算 d---U·U·x=UUx∠δx]]>e---δ‾x=δ1+δ2+····δnn]]>(其中δ1δ2…δn为一定时间内测得的第一、第二…第n个δx的值，且下一个测量值进入时，舍去第一个δ1值，再下一个测量值进入时，舍去第二个δ2值，以此类推进行新旧更换，时间长短及n值可以设定)f h＝KNUabj*cosδxg i＝KNUabj*sinδxh j＝KXNUxabj(6)将各种电气量于给定值比较，当大于规定范围时报警。
4.根据权利要求2所述的利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，其特征在于对凸极同步电机的程序处理包括显像程序和计算程序处理，其步骤以下所述显像程序处理①建立凸极同步电机复合功角图、电气功角矢量图、电机机械模型、电机机械模型简图、同期复合功角图的图像坐标；各点坐标用待求量表示如下复合功角图A0(a，b) B0(c，d) C0(e，0) D0(0，0) E0(f，g) F0(f，0) G0(c，0)电气功角矢量图A1(a，b) C1(e，0) D1(0，0) E1(f，g)电机机械模型A2(a2,b2)]]>B2(c2,d2)]]>C2(e2,0)]]>D2(0，0)E2(f2,g2)]]>A3(-a2,-b2)]]>B3(-c2,-d2)]]>C3(-e2,0)]]>E3(-f2,-g2)]]>电机机械模型简图A4(a，b) B4(c，d) C4(e，0) D4(0，0) E4(f，g)同期复合功角图A5(h，i)C5(j，0) D5(0，0)②成像要点a)各图的坐标点只和本图组合，只在本图成像，图像平滑移动b)同步电机转子刚体轴心分别以点D0D2D4D5为圆心，以同步电机额定工作时C0D0线段的 长度为半径画圆；c)同步电机转子刚体分别以点D0D2D4D5为圆心，以同步电机额定工作时C0D0线段的 长度为半径画圆；d)同步电机转子杠杆杠杆为深蓝色(与转子刚体同色)，线粗与轴心圆的直径相同，转子杠杆为T形杠杆时，复合功角图、电机机械模型简图、同期复合功角图的T形杠杆的顶部横杆长度是同步电机额定运行时D0C0线段的两倍且居中；电机机械模型中的T形杠杆的顶部横杆长度是同步电机额定运行时D2C2长度的两倍且居中；点D0与点A0之间，点A3与点A2之间，点D4与点A4之间，点D5与点A5之间用杠杆连接；e)定子刚体以点D2为圆心，以同步电机额定工作时C0D0线段的 长度为半径画圆，此圆和转子刚体圆；在点C0与点D0，点C4与点D4，点C5与点D5之间分别用细实线连接，两侧各延长同步电机额定工作时C0D0线段的 长度，与转子刚体圆、转子轴心圆相交部分用虚线表示，线下方用平行的细短斜线作阴影标记，转子刚体圆、转子轴心圆部分不作阴影标记；f)定子杠杆点C2点C3之间用定子杠杆表示，定子杠杆粗细与转子杠杆同；点C0与点D0，点C4与点D4，点C5与点D5之间用黑粗线连接表示杠杆，线粗为轴心圆半径，与转子轴心圆、转子刚体圆相交部分用细虚线表示；g)弹簧黑色，形象逼真，随着弹簧的伸长和缩短，有拉伸和收缩的视觉，弹簧与杠杆之间应有明显的连接点；点B0与C0点之间，点E0与C0点之间，点B2与点C2之间，点E2与点C2之间，点B3与点C3之间，点E3与点C3之间，点B4与点C4，点E4与点C4之间之间弹簧连接；h)弹簧与杠杆之间的连接点用白色圆表示，圆的直径略小于杠杆直径，居杠杆和弹簧轴心，和弹簧之间有明显的连接视觉；杠杆顶端表示连接点的圆的圆心距杠杆两边的距离等于距杠杆端部的距离；i)线段点E0与点F0，点B0与点G0点，点C0与点G0，用细黑线连接；j)矢量点D1和点A1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点A1；点E1和点A之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点A1；点C1和点E1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点E1；点D1和点C1之间，用带一个箭头的线段表示，箭头指向点点C1线段E1A1在线段D1A1的下方；k)坐标点的标识点A0标“E0”，点B0标“E0”，点C0标“U”，点D0标“O”，点E0标“E0”，点F0标“M”，点G0标“N”；点A1上部标“ ”，左下部标“ ”，点C1标“ ”，点D1标“O”，点E1下部标“ ”；点A2标“ ”，点B2标“ ”，点C2标“ ”，点D2标“O”，点E2标“ ”点A4标“ ”，点B4标“ ”，点C4标“ ”，点D4标“O”，点E4标“ ”点A5标“ ”，点C5标“ ”，点D5标“O”标识随着坐标点的位置的移动而移动，各标识与对应的作标点的相对位置保持不变；l)功角标识表示功角的虚线通转子中心，与杠杆轴心重合，长不大于同步电机额定工作时C0D0线段长度的三分之一在功角范围内标“δ”，功角两侧杠杆之间用圆弧连接，且圆弧顶点随杠杆的位置变化而变化，圆弧半径大于转子刚体圆的半径，圆弧圆心与定子轴心重合；m)励磁调节信号标识根据计算机计算的结果，按E01、E02……E0n值，将各调节量以不同的颜色，按所占百分长度，调增信号依次由励磁杠杆顶部向转子轴心紧密排列，调减信号则由转子轴心顺次延励磁电势反方向直线紧密排列；n)同期图象要求以点D5为圆心，分别以线段D5A5、D5C5为半径画虚线圆；p)机械模型可以动态逆时针旋转，屏面标识模型转速与实物转速的比值，转速比可以选择；p)图形报警显示各电气量或磁通量报警时，标识变红色闪光，微机喇叭响，复合功角图及其分图画面相应线段变红色闪光，解除报警时报警标识或线段变红色不闪光；所述计算程序处理(1)确定参数给定参数电机定子漏抗Xσ(保梯电抗)，交轴同步电抗Xq，同步电机电压、电流、频率折算系数KU、KI、Kω，系统电压、频率折算系数KXU、KXω，有功、无功功率折算系数KP、KQ、Km，同步电机励磁电压及工备励电压折算系数KLKGLKBL，同步电机励磁电流及工、备励电流折算系数Kf、KGf、KBf，负序电压折算系数KF，同步电机机端电压同期折算系数KT、KN，系统电压同期折算系数KXT、KXN，励磁调节信号电压折算系数KTJ；主要参数允许范围主要参数包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、功角、系统电压；电机额定参数，主要包括电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、定子磁通量、转子磁通量、系统电压；(2)参数计算a PJ＝KPP ∑P＝KmPjb QJ＝KQQ ∑Q＝KmQjc Iaj＝KIIaIbj＝KIIbIcj＝KIIcd Uabj＝KUUabUcbj＝KUUbcUcaj＝KUUcae If＝KfiLIGf＝KGfiGIBf＝KBfiBYf F＝Kωf FX＝KXωfXg UFj＝KFUFh Uxabj＝KXUUxabUxbcj＝KXUUxbcUxcaj＝KXUUxcai uLJ＝KLuLuGj＝KGLuGuBj＝KBLuB(3)确定凸极同步电机直轴同步电抗Xd值确定凸极同步电机直轴同步电抗Xd值的两种方法a、根据同步电机通常工作时气隙电势Eδ的值直接给定直轴同步电抗Xd值，Xd值不变；b、根据同步电机气隙电势Eδ与直轴同步电抗Xd的函数关系，由Eδ值确定Xd值a)绘制发电机空载(Ia＝0)和零功率因数(Ia＝IN)曲线，即U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线；b)确定同步电机气息电势Eδ与直轴同步电抗Xd的函数关系根据U＝f0(I)和U＝fN(I)曲线图，取If1If2…Ifnn个励磁电流值，由零功率因数曲线确定U＝fN(I)曲线上的与If1If2…Ifn对应的点B1B2…Bn，过点B B1B2…Bn分别作n个全等特性三角形(其中CD垂直于横坐标，CD＝IN*Xσ)，分别交空载特性曲线U＝f0(I)于点C C1C2…Cn，连接点O和点C1，并延长OC1交过点B1平行于纵坐标轴的直线于点A1，同理连接点O和点C2、…连接点O和点Cn，并延长OC2…延长OCn，与平行于纵坐标轴的分别过点B2…Bn的直线交于点A2…An，则Eδ1Eδ2…Eδn所对应的同步饱和电抗分别为；Xd1=A1B1IN,]]>Xd2=A2B2IN]]>…Xdn=AnBnIN,]]>根据Eδ1，Eδ2…Eδn一一对应的同步饱和电抗Xd1，Xd2…Xdn的关系绘制气隙电势与饱和电抗的关系图，c)求Eδ令 U·a=Uabf3=e;]]>则 E·δ=e+jI·aj*Xσ;]]>Eδ=|E·δ|]]>d)将Eδ值代如Xd＝f(Eδ)函数，得Xd值(4)计算a---H·=e+jI·aj*Xq=H∠δ]]>由此式确定δ(90°＞δ＞-90°)b Id＝Iajsin(δ+)C Iq＝Iajcos(δ+)d a＝(e*cosδ+Id*Xd)*cosδe b＝(e*cosδ+Id*Xd)*sinδf c＝e+Id*Xd*cosδg d＝Id*Xd*sinδh f＝e*cos2δi---g=12e*sin2δ]]>j励磁分量计算设综合放大器自动励磁调节总量为∑U，各分量分别为ΔU＝KTJU1U′＝KTJU2Δf＝KTJU3…X＝KTJUn；∑U＝KTJ(U1+U2+……+Un)，f1=KTJU1ΣU]]>f2=KTJU2ΣU]]>……fn=KTJUNΣU]]>计算E01=f1a2+b2]]>E02=f2a2+b2]]>……E0n=fna2+b2]]>k磁通量标么值计算设同步电动机某磁通量在频率为额定值时，磁通量标么值与相应电压标么值相同，根据频率、电压、磁通量的关系，确定电机励磁磁通、定子总磁通的标么值，并用数字显示，将计算值于给定值比较，当大于规定值时报警；i根据需要计算各量标么值；(5)当同期并网或解列时，既Ia＝Ib＝Ic＝0时，將输入微机的各组同步电机电压与系统电压量进行下列计算 d---U·U·x=UUx∠δx]]>e---δ‾x=δ1+δ2+····δnn]]>(其中δ1δ2…δn为一定时间内测得的第一、第二…第n个δx的值，且下一个测量值进入时，舍去第一个δ1值，再下一个测量值进入时，舍去第二个δ2值，以此类推进行新旧更换，时间长短及n值可以设定)f h＝KNUabj*cosδxg i＝KNUabj*sinδxh j＝KXNUxabj(6)将各种电气量于给定值比较，当大于规定范围时报警。
全文摘要
本发明公开了一种利用复合功角仪测量同步电机运行状态的方法，它包括以下步骤a.获取同步电机及系统各种电信号；b.通过复合功角仪内部的数据采集部分将上述电信号转换成数字信号，并将数字信号输入计算机主机；c.利用键盘和鼠标向计算机主机输入相关参数或命令；d.计算机主机对电机的有关数据按程序演算，得到有关点的坐标及相关数据，并将结果输入显像程序；e.计算机主机利用主要点的坐标及运算结果，通过显像程序处理，由显示器显示随电机参数变化而变化的动态复合功角图。本发明提供的方法可从电气和机械两方面直观反映同步电机的运行状态。
文档编号G01L3/00GK1472542SQ02125299
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月2日 优先权日2002年8月2日
发明者王照雷 申请人:王照雷
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