水轮机转速采样优化方法

频率/电压转换：

1.基本思路

频率/电压转换的基本思路，是从被测电压的周期中，减去一个固定的时间，得到占空比与被测频率成比例的脉冲系列，再将此脉冲系列进行滤波，得到与被测频率成正比的直流采样电压。

2.频率采样

首先经变压器T降压后得到电压较低的采样电压u_X2，又经VD₁～VD₄进行全波整流，再由线性光耦合管得到频率的采样电压u_A，如图4-16a所示。u_A的波形如图4-16b所示。

图4-16 频率采样

a）采样电路 b）采样电压

3.占空比可调电路

如图4-17a所示，将采样电压u_A输入到PC₂（555时基电路）的2脚，则当u_A小于电源电压的1/3（4V）时，PC₂的3脚翻转为高电位，如图4-17b中曲线③之上升沿。同时，7脚对地处于截止状态。

图4-17 占空比可调电路

a）电路构成 b）占空比可调的波形

这时，电源通过电位器RP向电容器C₁充电，PC₂的6脚电位开始上升。充电曲线如图4-17b中之曲线②所示。当U_C上升到电源电压的2/3（8V）时，PC₂的3脚又翻转为低电位，如图4-17b中曲线③之下降沿。同时，7脚对地导通，电容器C₁放电。当2脚上的采样电压又下降到低于4V时，PC₂的3脚又翻转为高电位，如此周而复始，就得到了占空比可调的脉冲系列。

在图4-17b中，T_C是脉冲周期，等于发电机输出电压的周期之半，t₂是电容器C₁的充电时间，在RP不变的情况下，t₂的值是不变的。所以，占空比：

D=t₁/T_C

式中 D———脉冲系列的占空比；

t₁———脉冲宽度，ms；(www.xing528.com)

T_C———脉冲周期，ms。

很显然，B点输出的脉冲系列的占空比的大小就反映了发电机输出电压的频率。其中，曲线③的脉冲宽度是：

t₁=T_C-t₂

t₁和t₂的比值可以通过调节RP来改变。

如果发电机的转速过快，输出电压的频率增高，周期T_C减小，占空比D也减小。

4.滤波和比较

如图4-18a所示，把图4-17输出的占空比可调的脉冲系列经C₃、R₅和C₄滤波后，就得到和被测频率对应的直流电压U_X，又从RP上得到和50Hz对应的基准电压U_G。把U_X和U_G分别输入到运算放大器PC₃的两个输入端，进行比较。当发电机的转速过快，输出电压的频率超过了50Hz时，占空比D和U_X都将减小：

U_X<U_G

图4-18 滤波和比较

a）电路结构 b）输出信号与被测频率的关系

U_C和U_O都为“+”；

反之，当发电机的转速过慢，输出电压的频率低于50Hz时，占空比D和U_X都将增大：

U_X>U_G

U_C和U_O都为“-”。

PC₄接成电压跟随电路，以加大其输出功率。最后得到的输出信号U_O和被测频率的关系如图4-18b所示。