瞬态电压调整率及恢复时间的测定是同步发电机试验中的一个重要试验项目，所测得的参数是励磁系统性能参数的重要组成部分，作为电机生产厂家，有必要为客户提供客观、科学的测试数据。根据《GB10585中小型同步电机励磁系统基本技术要求》及西门子公司《IFC6/ 1FJ6船用无刷同步发电机试验大纲》的规定，一般的做法是在试验过程中给发电机突加一规定负载，待电机端电压稳定后再将负载甩掉，在此过程中用光线示波器拍摄发电机端电压的变化曲线，然后经过定标、测量波形高度、折算、作图等多道程序才能得出结果。这种方法一是效率低下，负载突变与波形拍摄难以同步，定标不准则难以拍到完整的波形变化，二是数据处理误差很大，定标、测量、作图受人为因素的影响很大，因此，该试验项目一直是困扰电机试验的一个难题。应某厂强烈要求，机械工业部第八设计研究院在为该厂研制“三相交流同步发电机微机测试系统”时，对这一问题进行了深入的研究，着重采用了一些新技术，大胆进行了新的尝试和探索，较好地解决了上述问题。

　　2系统设计思想根据厂方要求，负载突加、突甩至电压波形恢复的时间约在5s左右，在此期间应同时测量三相电压的波形变化及每一个周波中电压的峰值。因此，考虑电压变化时并不是一个标准的正弦波以及谐波因素的影响，在测量过程中要测量的并不是电压的真有效值，而是连续5s的电压的实际变化波形，若采用数字化测量，这5s的波形实际是由一系列离散的点组成，而峰值只能从这些点中找出，因而，不仅要求硬件精度高，而且也要求数据采集速度快，综合以上因素，我们设计方案如下：（ 1）采用动态响应时间5 s、650V/ 3. 5V（有效值）的电压传感器对电压进行高速动态跟踪输出。

　　（ 2）采用自带时钟、自主工作、自带256K SRA M的瞬态卡，其最高采样速率200kHz，精度0. 05级，输入电压±5V， 0～15通道可调，插接于计算机的XT/ AT插槽，对数据实施高速采集、慢速释放。

　　3硬件组成及工作原理5 s的高速传感器已形成产品，在国内市场上不难买到，且使用简单、方便，下面仅介绍瞬态卡的组成及工作原理。

　　其工作过程如下：（ 1） PC母线经译码器产生8个口地址，其中2个为写数据指令（ 113W和117W） ， 3个为读数据指令（ 111R、112R、117R） ， 3个为脉冲信号（ 110R、114W、115W） ，同时通过双向三态门把计算机的数据读入或写出。

　　（ 2）控制器产生各脉冲时序控制各部分协调工作。首先，时钟发生器产生设定的采样频率f c和通过多路开关计数器设定输入通道的起始和终止通道号，循环进行采集信号，并把设定的触发地址数写入前置和延迟电路。

　　（ 3）控制器设定上述参数后，输入信号（ CH0～CH15）经多路开关、放大器到达ADC，控制器先发出置零脉冲115W，然后等待外触发信号到来即开始启动ADC工作，直到SRAM存满、发出信号给控制器， ADC即停止工作。

　　（ 4）瞬态卡采用12位ADC，其数据格式为两个字节，第1字节为高8位，第2字节为低8位，低8位的D0= 0时表示是高通道号数据， D1～D3不用。

　　（ 5）计算机通过译码器用117R查询D0位= 1，如D0= 1表示SRAM存满，然后发一次110R脉冲（地址加1的计数脉冲） ，再用111R、112R读数据的高8位和低8位，如此循环往复至数据全部读完为止。

　　4软件编程主控软件采用Visual BASIC编程。由于VB是一种高级语言，对端口的低级操作能力不强，因此此处应用动态连接库ASM . DLL来解决这一问题；并建立ACCESS数据库，慢速保存高速采集的数据。从“3”中可看出，瞬态卡的功能是较强的，由于在同步发电机瞬态试验中的应用尚处于探索阶段，为避免系统过于复杂，作了如下处理：（ 1）设定瞬态卡的采集速率为20kHz， CH0、CH1、CH2对应同步发电机的U、V、W三相。

　　（ 2）瞬态卡有外触发电路以确保ADC与外界的同步工作，由于在采样频率20kHz时可连续采集6. 54s的波形数据，而实际需测量的波形为5s左右，因此把瞬态卡设置为键盘立即触发方式，先启动A DC再紧接着给电机突加、突甩负载，通过操作人员的配合，可以拍摄到完整的波形。

　　（ 3）在用117R查询SRAM已满标志时，为防止电路（析）噪声，适当放慢了查询的频率。

　　根据上述原则，部分关键程序如下：Declare Sub vbout Lib“ASM . DLL”（ ByV al nPort As Integer， ByVal nData A s Integer ）‘nPORT为口地址， nDATA为返回的数据Declare Function vbinp Lib“ASM . DLL”（ ByVal nPort A s Integer） As Integer Call vbout（ H116， 0）‘SRAM地址置零Call vbout（ H113， 32）’写入高低通道号Call vbout（ H117， 255）‘写入控制字FFH Call vbout（ H114， 52）’写入控制字34H Call vbout（ H117， 0）‘设定触发地址数为0 Call vbout（ H114， 100）’写入采样周期Call vbout（ H114， 0）‘写入控制字0 Call vbout（ H115， 0）’启动ADC工作Do For i= 1 T o 5000‘放慢查询频率DoEvents’响应外部事务Next i samp - end= vbinp（ H117）‘读117H数samp - end= sample - end And 1’据D0位DoEvents Loop Until sample - end= 1‘判断SRAM已满Beep’发声提示SRAM数据已满‘以下为数据转移程序，首先判断高通道号，确定与U、V、W相的关系，然后再读入数据Call vbout（ H116， 0）’SRAM地址置零add= vbinp（ H110）‘启动地址计数器加1 For i= 1 T o3aa= vbinp（ H111）‘读数据的高8位b= vbinp（ H112）‘读数据低8位b= b And 1’读D0位Ifb= 0 Then Exit For Next‘确定高通道号后开始向计算机内存转移数据并进行处理ii= 0 Do Until ii> = （ 43690-i）For k1= 1 To 3 pulse= vbinp（ H110）aa= vbinp（ H111）b= vbinp（ H112）Next‘数据处理过程略ii= ii+ 1 DoEvents Loop

　　5系统精度同步发电机瞬态试验过程中其电压峰值可达900V以上，用一般的光线示波器其最大标度值也有100V/ cm，人为因素的影响是很大的，因此不能直接对系统的测试精度进行标定、验证，经过和计量部门的分析，我们采用了如下可行的间接方法：（ 1）本系统中，电压传感器的精度为0. 1级，瞬态卡的精度为0. 05级，根据均方根误差计算公式，系统的测量精度完全满足0. 2级精度要求。在数据处理方面，也可能带来一定误差，说明如下：在确定电压的峰值点时，由于系统测得的波形是由一系列离散的点组成，最大值点不一定是波形的峰值点，有可能有一定的偏移，考虑极端的情况，假设系统测得两个点均匀分布在波峰的两侧，此时可认为这两点间的波形为正弦波，系统采样速率为20kHz，发电机由于机组惯性作用，负载突变时可认为转速不变，以端电压50Hz计算，每相电压的一个周波里可测得133个点，因此，由于计算方法所引起的误差就是（ 1-SIN （ 90°- 360°/266 ）×100% = 0. 028%.当然，由于波形的突变作用，这个数字可能略有增加，但不会超过0. 05%，因此，理论上系统的0. 5级精度是完全可以达到的。

　　（ 2）精度考核本系统精度考核分以下几步进行：1）本系统中，数据采集卡的采样频率由卡上的晶振决定，数据转换精度由A / D转换位数决定，这两者是严格确定的；考核传感器时，用示波器的两个通道接传感器信号的输入、输出端，调节两个通道的增益，结果其波形可以完全吻合，当输入信号发生突变时，两个波形的变化也是一致的，因此其动态响应速度和精度也是符合要求的。

　　2）调节发电机的端电压，在200V、250V、…550V、600V等不同的稳态电压下，用系统测得的数值和0. 2级仪表测得的数值进行比较，任意列举3组数据如下： 0. 2级仪表读数为250V时系统测得每个周波的数据为： 249. 5、249. 9、249. 9、250. 3、249. 5、250. 0、249. 9…； 0. 2级仪表读数为450V时系统测得每个周波的数据为： 450. 6、449. 9、449. 3、450. 0、449. 0、450. 0、450. 9…； 0. 2级仪表读数为550V时系统测得每个周波的数据为： 548. 8、551. 0、550. 1、550. 0、549. 2、549. 0、549. 5…。根据0. 5级精度的定义，在250V时允许的误差为±650×0. 25%±250×0. 25%=±2. 25V，其余可依此类推，从以上数据可以看出，其数据变化幅度均在0. 5级精度范围内。至于每个周波的数据均有所不同，我们认为一方面是系统误差引起，另一方面是因为发电机端电压虽然在宏观上表现为某一稳定值，但微观上每个周波也是不完全相同，有可能有一定波动。

　　3）采用本系统对同一台发电机进行5次同一负载的突加、突甩试验以考核其试验结果的重复性，结果如下：变化率（ % ）分别为14. 9、15. 7；14. 5、15. 8； 14. 2、15. 9； 15. 1、16. 1； 14. 6、15. 5；恢复时间（ s）分别为0. 16、0. 29； 0. 16、0. 29； 0. 17、0. 30； 0. 17、0. 30； 0. 17、0. 28.由上可见每次测得的数据均有变化，我们分析认为一方面是系统误差引起，另一方面与负载突变的时机有关，如在电压过零时和峰值点时发生负载突变时其变化率和恢复时间肯定是有所不同的，综合考虑，其数据的重复性也应是符合要求的。

　　4）以上考核方法均在系统使用现场进行，其测试数据、结果及误差分析均得到厂方认可。

　　6系统特点及存在问题该系统自1997年9月在太原某厂投入运行至今，尚未发生任何故障。据厂家反映，性能非常稳定、可靠，测试精度较原来也有了很大的提高，极大的简化了试验过程，缩短了试验时间，原来做该项试验需要半天到一天的工作量，现在不论操作员有无试验经验，几分钟即可完成，而且还可输出整洁、美观的试验报告，完全可以替代价格昂贵的数字示波器，作为电机试验设备和手段更新换代的首选方案。但由于此次试验工艺革新是一次探索过程，也由于资金和时间等因素，在某些方面无法做深入的探索，因此尚有一些地方可以改进，具体表现在：（ 1）由于资金问题，本系统只采用了一块瞬态卡。瞬态卡工作时是在三个通道间轮流采集数据，每个通道间时差50 s，因此严格来说，并不是“同时”采集三相波形，解决的办法是采用3块瞬态卡，采用同一触发信号使3块瞬态卡同步工作，即可实现真正意义上的“同时”。

　　（ 2）为简化电路，本系统采用的是瞬态卡的键盘触发方式。可利用其外触发方式，设置前置触发地址数，通过电路连锁，使突加负载时给瞬态卡一个触发信号，即可实现ADC的工作与负载突变之间的绝对同步，并且可设置记录电压突变前的波形长度。

　　（ 3）通过软件编程或按上述两点改进再配用无感分流器，本系统还可应用于同步发电机试验的以下项目：电枢绕组开（短）路时励磁电流衰减试验、三相突然短路试验、电压恢复试验。