利用轉(zhuǎn)子位置與空載電勢(shì)在相位上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用轉(zhuǎn)子位置信號(hào)代替空載電勢(shì)參與相位比較。

　　較早應(yīng)用的是閃光燈法[4]，是在被測(cè)試同步機(jī)的軸上裝一金屬圓盤，在圓盤上畫上與被測(cè)試電機(jī)的極對(duì)數(shù)相同的明顯的標(biāo)記。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，用閃光燈照射圓盤，閃光燈的電源來(lái)自被測(cè)試電機(jī)的端電壓，并將閃光燈置于同步檔，這時(shí)閃光燈的閃光頻率與被測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步，看上去圓盤上的標(biāo)記的位置靜止不動(dòng)。在金屬盤的圓周外圍安裝一個(gè)靜止的圓弧形刻度盤，先確定被測(cè)試電機(jī)空載時(shí)標(biāo)記的位置。當(dāng)被測(cè)試電機(jī)帶負(fù)載后，再觀察標(biāo)記位置相對(duì)空載時(shí)所偏移的電角度，這就是被測(cè)試同步電機(jī)的功角大小。這種方法比較直觀，但當(dāng)被測(cè)試電機(jī)的極對(duì)數(shù)較多時(shí)其測(cè)量的準(zhǔn)確度不高。

　　相位計(jì)法[4]是在被測(cè)試電機(jī)的電樞槽口安裝幾匝細(xì)導(dǎo)線作為d軸位置的測(cè)量繞組，其極距應(yīng)與該電機(jī)原有繞組一樣;或在被測(cè)試電機(jī)的軸上安裝一臺(tái)極數(shù)相同的，其d軸與主機(jī)重合的微型同步電機(jī)，以便獲得空載時(shí)電勢(shì)Eq的信號(hào)。將被測(cè)試電機(jī)的端電壓U經(jīng)過(guò)移相器和空載電勢(shì)Eq的信號(hào)一起送到相位計(jì)。當(dāng)被測(cè)試電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)移相器，使相位計(jì)的指示為零，被測(cè)試電機(jī)帶負(fù)載后相位計(jì)的讀數(shù)即為功角δ之值。如果是采用帶有模擬量輸出的相位計(jì)，可測(cè)得與被測(cè)功角δ成正比的電信號(hào)，結(jié)合用光線示波器可拍攝功角δ變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線?；蛘哂梦⑿陀?jì)算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，獲取功角δ變化過(guò)程的數(shù)據(jù)。這種方法實(shí)行難度大，因?yàn)殡姍C(jī)改造絕非易事。

　　數(shù)字式功角測(cè)量?jī)x[4]是在被試電機(jī)的軸上裝一個(gè)投射式或反射式的光電圓盤，盤上均勻分布的孔數(shù)或黑白相間的標(biāo)記塊數(shù)與被試電機(jī)的極對(duì)數(shù)p相等。當(dāng)圓盤隨同步電機(jī)作同步速旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，光電二極管產(chǎn)生代表Eq的矩形脈沖。由帶可調(diào)電阻的RC移相器給初始零相位的設(shè)定提供移相之用，即當(dāng)被試電機(jī)為空載(δ=0)時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)端電壓U的相位使之與Eq同相，當(dāng)被試電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，輸出的脈沖寬度折算成的角度即代表被試功角的大小。實(shí)際上是通過(guò)獲得機(jī)端電壓與其空載電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角度，即采樣――相位檢測(cè)――時(shí)間差――顯示(即Φ=T)，以測(cè)取功角。但是該方法僅僅給出了測(cè)量功角的一個(gè)方法，并不適于實(shí)時(shí)監(jiān)視。因?yàn)闇y(cè)量功角要求有一個(gè)空載過(guò)程，以便取得實(shí)際測(cè)量時(shí)的Eq相量角度，在實(shí)際應(yīng)用中特別是在實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中，這是不現(xiàn)實(shí)的。

　　磁阻位置傳感器法[5]通過(guò)磁阻位置傳感器來(lái)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位移獲得發(fā)電機(jī)空載電勢(shì)Eq矢量。設(shè)電機(jī)磁極為一對(duì)，利用電機(jī)轉(zhuǎn)軸裝有的60磁齒齒輪，由磁阻位置傳感器產(chǎn)生的信號(hào)頻率為50×60=3000Hz，當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將信號(hào)整形后經(jīng)60分頻器即可獲得所需要的方波信號(hào)。首先進(jìn)行一次空載過(guò)程，以獲取方波信號(hào)與從電壓側(cè)得到的方波信號(hào)相位之差，調(diào)整磁阻傳感器的安裝位置，直到上述偏差為零。帶負(fù)載后，所得差值即為功角δ。

　　無(wú)論汽輪發(fā)電機(jī)組還是水輪發(fā)電機(jī)組都裝有測(cè)速裝置，因此文獻(xiàn)[7]提出利用轉(zhuǎn)速表來(lái)測(cè)量功角。該裝置的構(gòu)成是:在發(fā)電機(jī)的軸上安裝一個(gè)60個(gè)齒的齒輪，這60個(gè)齒大小完全一樣，均布在圓盤上。轉(zhuǎn)速表的測(cè)量電路負(fù)責(zé)檢測(cè)齒輪所發(fā)出的脈沖，每60個(gè)脈沖代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周。轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)速度由下式表示(T0為兩個(gè)相鄰脈沖的時(shí)間間隔):

?

　　只要已知轉(zhuǎn)子在初始時(shí)刻的位置θ0以及任意時(shí)刻的速度ωr(t)，就可以準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子在任意時(shí)刻的位置θ(t)。ωr(t)由轉(zhuǎn)速表負(fù)責(zé)測(cè)量，其測(cè)量精度與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以在正確確定θ0后，能通用于電力系統(tǒng)的任意狀態(tài)，并且也通用于汽輪發(fā)電機(jī)組和水輪發(fā)電機(jī)組。