利用轉(zhuǎn)子位置與空載電勢在相位上的對應(yīng)關(guān)系，用轉(zhuǎn)子位置信號代替空載電勢參與相位比較。

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

　　相位計法[4]是在被測試電機的電樞槽口安裝幾匝細導(dǎo)線作為d軸位置的測量繞組，其極距應(yīng)與該電機原有繞組一樣;或在被測試電機的軸上安裝一臺極數(shù)相同的，其d軸與主機重合的微型同步電機，以便獲得空載時電勢Eq的信號。將被測試電機的端電壓U經(jīng)過移相器和空載電勢Eq的信號一起送到相位計。當(dāng)被測試電機空載運行時，調(diào)節(jié)移相器，使相位計的指示為零，被測試電機帶負載后相位計的讀數(shù)即為功角δ之值。如果是采用帶有模擬量輸出的相位計，可測得與被測功角δ成正比的電信號，結(jié)合用光線示波器可拍攝功角δ變化的動態(tài)過程曲線?；蛘哂梦⑿陀嬎銠C控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，獲取功角δ變化過程的數(shù)據(jù)。這種方法實行難度大，因為電機改造絕非易事。

　　數(shù)字式功角測量儀[4]是在被試電機的軸上裝一個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)與被試電機的極對數(shù)p相等。當(dāng)圓盤隨同步電機作同步速旋轉(zhuǎn)一周時，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)被試電機為空載(δ=0)時，調(diào)節(jié)機端電壓U的相位使之與Eq同相，當(dāng)被試電機帶負載時，輸出的脈沖寬度折算成的角度即代表被試功角的大小。實際上是通過獲得機端電壓與其空載電勢過零點的時間差，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角度，即采樣――相位檢測――時間差――顯示(即Φ=T)，以測取功角。但是該方法僅僅給出了測量功角的一個方法，并不適于實時監(jiān)視。因為測量功角要求有一個空載過程，以便取得實際測量時的Eq相量角度，在實際應(yīng)用中特別是在實時檢測系統(tǒng)中，這是不現(xiàn)實的。

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

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

?

　　只要已知轉(zhuǎn)子在初始時刻的位置θ0以及任意時刻的速度ωr(t)，就可以準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子在任意時刻的位置θ(t)。ωr(t)由轉(zhuǎn)速表負責(zé)測量，其測量精度與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)無關(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)電機組和水輪發(fā)電機組。