阅读说明：本技术 用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置及测量方法 (Device and method for measuring time constant of rotating speed probe and preamplifier ) 是由 王锁斌 钟晶亮 邓彤天 王文强 姜延灿 徐章福 张世海 冉景川 李翔 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置及测量方法,测量装置包括转速校验台、磁阻式传感器、前置放大器和数据采集仪,其中,随着所述测速齿轮盘的转动,所述测速孔槽在经过所述磁阻式传感器的转速探头下方时,所述磁阻式传感器的转速探头与所述测速齿轮盘平面之间的间隙瞬间改变,进而形成间隙电压的阶跃输入,并通过所述前置放大器传输给所述数据采集仪。基于该间隙电压信号,根据传递函数模型,利用最小二乘法进行仿真模拟计算,即可得到转速探头及前置放大器的时间常数,为汽轮机机组调速系统建模提供了可靠的计算依据,有效解决了发电机组在转速探头安装到位的情况下,无法对其时间常数进行静态或者动态测试的问题。(The invention discloses a device and a method for measuring time constants of a rotating speed probe and a preamplifier, wherein the measuring device comprises a rotating speed calibration stand, a reluctance type sensor, the preamplifier and a data acquisition instrument, wherein along with the rotation of a speed measuring gear disc, when a speed measuring hole groove passes below the rotating speed probe of the reluctance type sensor, a gap between the rotating speed probe of the reluctance type sensor and the plane of the speed measuring gear disc is instantly changed, so that step input of gap voltage is formed, and the step input is transmitted to the data acquisition instrument through the preamplifier. Based on the gap voltage signal, according to a transfer function model, the time constants of the rotating speed probe and the preamplifier can be obtained by performing simulation calculation by using a least square method, so that a reliable calculation basis is provided for modeling of a speed regulating system of the steam turbine unit, and the problem that the time constant of the generator unit cannot be statically or dynamically tested under the condition that the rotating speed probe is installed in place is effectively solved.)

用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置及测量方法，属于转速探头及前置放大器校准技术领域。

背景技术

现代电力系统的特征之一是将现代控制理论与计算技术引入系统，这为系统的离线计算分析和在线的实时控制创造了条件。但无论是计算或控制都必须建立在准确可信的数学模型的基础上，这些数学模型包括发电机、励磁系统、原动机及调速系统以及综合负荷模型等。电力系统安全稳定计算的关键之一就是获取符合实际的系统动态参数和建立上述系统的准确数学模型。

以往在电力系统分析计算中，汽轮机及其调速系统多数采用经典模型和参数，转速测量环节的时间常数往往采用经验值，这给计算结果带来了偏差，进而以经典模型和参数为基础的各类电力系统稳定控制策略等也受到影响。

此外，目前大多数机组进行汽轮发电机组调节系统参数测试期间，转速探头都已经安装到位，无法进行时间常数测试。

发明内容

基于上述，本发明提供一种用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置及测量方法，以解决发电机组在转速探头安装到位的情况下，无法对其时间常数进行静态或者动态测试的问题。

本发明的技术方案是：一种用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置，所述装置包括：

转速校验台，包括测速齿轮盘，所述测速齿轮盘的平面具有测速孔槽；

磁阻式传感器，设置于所述测速齿轮盘的平面上方，且，所述磁阻式传感器的转速探头垂直于所述测速齿轮盘的平面设置；

前置放大器，所述前置放大器的信号输入端与所述磁阻式传感器的信号输出端电气连接；

数据采集仪，所述数据采集仪的信号输入端与所述前置放大器的信号输出端电气连接；

其中，随着所述测速齿轮盘的转动，所述测速孔槽在经过所述磁阻式传感器的转速探头下方时，所述磁阻式传感器的转速探头与所述测速齿轮盘平面之间的间隙瞬间改变，进而形成间隙电压的阶跃输入，并通过所述前置放大器传输给所述数据采集仪。

在其中一个例子中，所述装置还包括：

支架，设置于所述转速校验台上方；

其中，所述磁阻式传感器设置于所述支架上。

在其中一个例子中，所述测速孔槽为非渐开式孔槽。

在其中一个例子中，所述数据采集仪为高速数据采集仪。

在其中一个例子中，所述转速校验台为NE9272A转速校验台。

本发明还提供一种所述用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置的测量方法，包括：

S1、启动电源，使所述磁阻式传感器、所述前置放大器和所述数据采集仪处于工作状态；

S2、使所述测速齿轮盘转动，所述磁阻式传感器将测量的间隙电压信号通过所述前置放大器传输给所述数据采集仪；

S3、基于所述间隙电压信号，根据传递函数模型，利用最小二乘法进行仿真模拟计算，得到转速探头及前置放大器的时间常数。

在其中一个例子中，所述传递函数为：

式中：GapVoltage为间隙电压的阶跃变化量，Tr为转速探头和前置放大器对应的一阶惯性环节时间常数。

在其中一个例子中，利用Matlab软件Simulink平台搭建所述传递函数模型。

本发明的工作原理是：磁阻式传感器是以电磁感应原理为基础，磁阻式传感器内的永久磁钢产生恒定磁场，汽轮机带动测速齿轮旋转后，测速齿轮的渐开线齿切割该磁场，测速齿轮与磁阻式传感器铁芯之间的间隙发生变化，使磁阻式传感器线圈内的磁通量改变，从而在测速传感器的线圈产生周期变化的感应电动势，该感应电动势的大小与探头和齿轮的间隙有关。

本发明的有益效果是：本发明将磁阻式传感器垂直于测速齿轮盘平面安装于转速校验台上方，快速拨动测速齿轮盘，当探头经过测速齿轮盘平面自带的测速长方形孔槽时，探头和测速齿轮盘平面之间的间隙瞬间改变，进而形成间隙电压的阶跃输入，利用数据采集仪记录该间隙电压的变化，基于该间隙电压信号，根据传递函数模型，利用最小二乘法进行仿真模拟计算，即可得到转速探头及前置放大器的时间常数，为汽轮机机组调速系统建模提供了可靠的计算依据。

与现有技术相比，本发明提出了在转速探头安装前即可测量转速探头及前置放大器时间常数的方法，有效解决了发电机组在转速探头安装到位的情况下，无法对其时间常数进行静态或者动态测试的问题。

不论是汽轮机转速还是泵类转速的测量，只要测速探头是电涡流式传感器，其转速探头及前置放大器的时间常数均可由本方法在探头现场安装前，放入本测量装置进行测量计算。

附图说明

图1为本发明测量装置的结构示意图；

图2为测速齿轮盘的平面结构图；

图3为本发明测量原理的示意图；

图4为间隙电压变化信号；

图5为转速探头及前置器时间常数辨识结果；

附图标记说明：

1测速齿轮盘，2磁阻式传感器，3支架，4紧固螺栓，5测速孔槽。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2，本发明实施例一种用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置，该装置包括：

转速校验台，包括测速齿轮盘1，在测速齿轮盘1的平面具有测速孔槽5。优选的，该测速孔槽5为非渐开式孔槽，以便在转速探头经过该测速孔槽5时能够产生间隙电压的阶跃变化。转速校验台可以为NE9272A转速校验台。

磁阻式传感器2，安装在测速齿轮盘1的平面上方，且，磁阻式传感器2的转速探头垂直于测速齿轮盘1的平面设置。在一个示例中，在转速校验台上方安装一支架3，磁阻式传感器2通过紧固螺栓4安装在支架3上。

前置放大器，前置放大器的信号输入端与磁阻式传感器2的信号输出端电气连接，以接收磁阻式传感器2产生的电压信号，并且将该信号放大。

数据采集仪，数据采集仪的信号输入端与前置放大器的信号输出端电气连接，以接收从前置放大器输送过来的电压信号。数据采集仪可以为高速采集仪，能够对采集高转速信号。

工作时，随着测速齿轮盘1的转动，测速孔槽5在经过磁阻式传感器2的转速探头下方时，磁阻式传感器2的转速探头与测速齿轮盘1平面之间的间隙瞬间改变，进而形成间隙电压的阶跃输入，并通过前置放大器传输给数据采集仪。

在一个示例中，磁阻式传感器2和前置放大器的电源可以接入转速校验台，由转速校验台提供，也可以由其他电源接入。

请参阅图3，本发明实施例一种所述用于测量转速探头及前置放大器时间常数的装置的测量方法，在按前述测量装置组装后，按以下方法进行测量：

S1、启动电源，使磁阻式传感器2、前置放大器和数据采集仪处于工作状态。

S2、使测速齿轮盘1转动，当测速孔槽5在经过磁阻式传感器2的转速探头下方时，磁阻式传感器2形成间隙电压的阶跃输入并通过前置放大器传输给数据采集仪。

S3、基于间隙电压信号(如图3所示)，根据传递函数模型，利用最小二乘法进行仿真模拟计算，得到转速探头及前置放大器的时间常数。

在一个示例中，传递函数为：

式中：GapVoltage为间隙电压的阶跃变化量，Tr为转速探头和前置放大器对应的一阶惯性环节时间常数。可利用Matlab软件Simulink平台搭建该传递函数模型。

在一个示例中，根据如,4所示的间隙电压信号，经过传递函数模型和最小二乘法仿真模拟计算，得到转速探头及前置放大器的时间常数为0.002s。

表1转速测量环节实测模型参数

图5为转速探头和前置放大器时间常数的间隙电压实测值和间隙电压仿真值，可知采用本测量方法仿真获得的时间常数与实测的时间常数几乎重合，准确率较高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。