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電阻測試儀范文1

關鍵詞 單片機；自動；電子測試儀

中圖分類號TH7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）119-0139-02

與傳統電阻測試儀相比，自動電阻測試儀具有測量精度高、讀數方便、測量范圍廣的優點，廣泛使用在工業中，本文主要講述基于單片機的自動電阻測試儀的設計，簡化了實驗操作，減小了實驗誤差，具有非常強的實用性。

1 基于單片機的自動電阻測試儀系統設計

本設計的自動電阻測試儀主要有信號采集電路、電源電路、案件、控制電路以及LCD顯示構成等，設計目標為實現常見100Ω～10MΩ的電阻的快速測量，并能夠在顯示器中讀出測量值。A/D轉換電路原理圖見下圖1所示，A/D轉換采用德州儀器公司生產的12位串行模式轉換器，節約了51系列單片機中的I/O資源，具有很好的分辨率，本身價格適中，滿足設計需求。TLC2543工作過程為先在8，12或者16時鐘周期里寫入8位控制字決定時鐘的長度，在最后一個時鐘周期沿S/D轉換過程，從DATAOUT進行讀數，在此過程中需要注意的是分開模擬信號和數字信號，不可直接平行使用，TLC2543芯片不能布置在信號數據線的上方。

在電阻測量硬件設計中自動量程切換模式見圖2所示，切換電路的通斷通過利用四路測試電路進行實現，A/D采樣模塊通過P21-P24連接，單片機直接接通不同電平信號的過程通過程序Q1～Q4進行實現，四通電路分別接高精密電阻來作為基準電阻，精密電阻大小分別為100Ω，1KΩ，100KΩ，10MΩ。程序在待測電阻介入后采用輪詢法給予電平信號。通路1導通，通路2、3、4介質，把100Ω基準電阻接入電路，在PV1處采集的信號此時為待測電阻和基準電阻的電壓和，P21～P24采集的信號是待測電阻的電壓，測量值之間的差值就是基準電阻的電壓測量值。此時若是待測電子上的電壓值小于采集到的電壓值的1/2，就可以滿足設計需求的量程，否則就進入到下一循環，通路2導通，其他通道截止，再次測量。

軟件設計的程序主要包括主程序、鍵盤控制子程序以及LCD顯示程序等，這些程序全部采用C語言編碼，主程序的流程：開始判斷油污電阻加入判斷是否為一檔流程判斷是否為二檔流程判斷是夠為三段流程判斷是否為四段流程計算待測電阻阻值顯示。

2 測試方案和結果

在對設計系統進行測試時需要多次檢查，保證硬件原理圖、仿真電路等都完全與原理圖相一致，不能在PCB制版存在絲毫差別，保證硬件電路無虛焊。先進行硬件測試，搭接各個模塊測試電源模塊、A/D采集模塊以及輸出信號的電壓穩定性，連接單路電阻測試電路和A/D采集模塊測試待測電阻和基準電阻的電壓值，測定電壓值的精度。完成調試后整合所有模塊，重新檢查電路基本情況，更換不同電阻，觀察控制信號的變化以及顯示器上的測量值，若是測量數值不滿足要求，檢查基準電壓、線路連接以及線路干擾等，再次測量，直到電阻測量值滿足設計精度要求為止。

在軟硬件聯合調試中，主要采用的測量儀器包括數字萬用表、穩壓電源、示波器、單片機試驗箱以及高精度數字毫伏表等，測試結果見下表所示。從表中可以看出設計系統能夠滿足設計的功能需求，測量范圍非常廣泛，精度設計非常高，相對誤差不大于1%。在實際應用中由于測量環境、儀器以及方法等都會對策是產生影響，因此測量結果的誤差會有些加大，在測試中還需要采取修正的方法減小誤差。

3 結論

綜上所述，本文主要講述了基于單片機的自動電阻測試儀的設計，并對設計進行了應用試驗發現本設計實現組智能化電阻測量，電路結構簡單，相對誤差小于1%，具有很高的精確度，在實際應用中值得大力推廣。

參考文獻

[1]龔成瑩，何輝，蘭聰花等.基于STC12C5A08AD單片機的自動電阻測試儀的設計[J].自動化與儀器儀表，2012，23（2）：89-90.

電阻測試儀范文2

關鍵詞：K-2127B土壤電阻率測試儀 土壤電阻率及接地電阻測試原理 使用中注意的問題

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0123-01

土壤電阻率是評估接地電阻值的重要依據，接地電阻值是衡量接地裝置是否合格的重要因素。K-2127B土壤電阻率測試儀已經在各防雷中心廣泛應用于土壤電阻率和接地電阻的測量，合理利用該儀器可以顯著提升檢測工作的科學性和效率。

1 K-2127B土壤電阻率測試儀適用范圍

1.1 測量小型接地體接地電阻

K-2127B土壤電阻率測試儀屬小電流測量法。可以測量外部干擾電壓小于20 V的接地電阻，最大測量電阻1.99 kΩ，不能測量發電廠、變電所、中波發射天線等大中型地網。土壤電阻率測量電極距離最大30 m/90ft，最大測量電阻率1999 kΩm。

1.2 抗干擾能力強

K-2127B土壤電阻率測試儀可選50Hz或者60 Hz頻率進行測量，具有較強的抗干擾能力，當測量回路中存在較強干擾電流時，測量結果會在LCD顯示屏上提示告警；可以自動去除檢測線的線阻，可以自動儲存250個測量結果并帶有RS232數據接口可以直接連接PC分析軟件進行測量數據處理。

2 K-2127B土壤電阻率測試儀原理

2.1 接地電阻測試原理

電阻測試原理為四極法[1][2]，四極法是在三極法的基礎上在被測電極附近再插入一個輔助電壓極，這樣可以有效地消除引線上產生的互感，并且通過倒相能消除地中干擾電流影響。將H（RC）極和S（RP）極插入地表，E極和ES極接被測接地裝置地網，黑色導線與E端相連，H（RC）和藍，S（RP）和紅。將接地棒插在地表濕潤的地方，如在干燥或多石或沙地可灑上一些水使其變得潮濕一些，遇到水泥地等無法插入的地方（不適用柏油地面）可以將接地極橫放的地面上，鋪兩塊鋼板（250mm×250mm）灑上足夠的鹽水。測量時將旋轉開關從“OFF”位旋轉到“REARTH”等到LCD顯示屏出現“- - -”便可按下“START”進行測量，如果測量結果沒有顯示條件告警“！”說明屬于正常測量。

2.2 土壤電阻率測試原理

土壤電阻率測試是采用等距法或溫納（Wenner）法，兩電極之間的距離a應等于或大于電極埋設深度h的20倍，即a≥20h。由接地電阻測量儀的測量值R，得到被測場地的土壤電阻率。

ρ=2πaR （1）

式中：a為電極間距離；R為工頻接地電阻值；ρ為土壤電阻率

測量時將旋轉開關從“OFF”位旋轉到“ρEARTH”位在LCD顯示屏出現“- - -”后，按向上或向下鍵選擇好兩電極之間的距離a后按下“START”鍵設置好距離參數后再按一次“START”鍵進行測量，如果測量結果沒有顯示條件警告“！”說明屬于正常測量。需要注意的是每次兩電極距離a改變后均要修改儀器中兩電極距離參數。

3 儀器使用中應該注意的問題

（1）接地電阻測量時電流極的位置必須大于地網最長直線距離的5倍以上并且使接地極處于零電位狀態。

（2）為了得到較合理的土壤電阻率的數據，最好改變極間距離a，求得視在土壤電阻率ρ與極間距離a之間的關系曲線ρ=f（a），極間距離的取值可為5、10、15、20、30 m，最大的極間距離30 m/90ft。四根極棒布設在一條直線上，極棒的間距相等為a；接線時，極棒與儀表上接線端子的連接順序不能顛倒；各極棒的打入地下深度不應超過極棒間距a的1/20；為避免地下埋設的金屬物對測量造成的干擾，在了解地下金屬物位置的情況下，可將接地棒排列方向與地下金屬物（管道）走向呈垂直狀態。

溫納法測試后經得出的土壤電阻率計算值應根據測量時的情況進行季節系數修正。

計算接地裝置的土壤電阻率時，應取雷雨季節中無雨水時最大的土壤電阻率，一般按下式計算：

（2）

式中：為季節系數；為實測值；為計算值。

在計算接地電阻時，實測的土壤電阻率，要乘以季節系數、或進行修正。

（3）在接地電阻或土壤電阻率測量中，顯示結果出現告警原因主要有以下幾種：電壓極和電流極位置不正確；外部電壓過高大于20V a.c/d.c；接地電阻過高大于50KΩ；噪聲干擾太大。

（4）當儀器與pc連接時必須確保儀器在關機狀態；長時間不使用或儀器復位時必須把電池內干電池取出，以免電池液腐蝕損壞儀器。

4 結語

土壤電阻率是估算接地電阻，防雷設計的重要參數，還是分析雷電災害事故、進行雷擊風險評估、總結防雷經驗的重要參考，接地電阻的測試值的準確性，是我們判斷接地是否良好的重要因素之一，我們工作中一定要了解儀器性能、正確使用儀器，科學制定測量方法和科學得出準確數據。

參考文獻

電阻測試儀范文3

關鍵詞：誤差測量 評定不確定度 測試儀

1 概述

1.1 測量方法：參照JJG837-2003《直流低電阻表檢定規程》。

1.2 環境條件：通常情況下溫度控制在（20±5）℃，相對濕度不超過75%。

1.3 測量標準：BZ3型標準電阻，主要技術指標：0.01級。

1.4 被校對象：準確度等級為0.1級的直流電阻測試儀。

1.5 測量方法：采用四端子接法，用標準器（標準電阻）接到被檢直流電阻測試儀的測試端，然后進行讀數比較，以確定被檢直流電阻測試儀的基本誤差。

2 數學模型

δ= r-rn

式中：r ――被檢直流電阻測試儀的顯示值；

rn――標準電阻的標稱值。

3 不確定度傳播率

u■■δ=■ur■+■ur■■=c■?ur■+c■?ur■■

式中，靈敏系數c1=？鄣δ/？鄣r=1，c2=？鄣δ/？鄣rn=-1。

4 輸入量標準不確定度的評定

4.1 評定輸入量rn的標準不確定度ur■

BZ3標準電阻的誤差通常情況下會引起輸入量rn的標準不確定度ur■，進行評定時主要依據是標準電阻的技術要求。

標準電阻的最大允許誤差為：±0.01%。在1Ω時，最大允許誤差為：±0.1mΩ，半寬為a=0.1mΩ，在區間內可以認為服從均勻分布，包含因子k=■，所以

ur■=■=■=0.0577mΩ

4.2 評定被檢直流電阻測試儀顯示示值分辨力不確定度ur■

通常情況下，往往借助數字表顯示的分辨力對標準不確定度的分量進行引入，通過B類進行評定，其分辨力為0.1mΩ。對于數字表的量化來說，由于誤差的存在，進而在一定程度上認為其在分辨力范圍內分布是均勻的，同時包含因子k為■，所以在1Ω點半寬區間引入的標準不確定度為

ur■=■=■=0.0289mΩ

4.3 評定輸入量r的標準不確定度ur

輸入量r的不確定度通常情況下是由被檢直流電阻測試儀的測量重復性引起的，同時通過連續測量得到其測量列，通過采用A類方法進行相應的評定。

將標稱值為1Ω的標準電阻接到被檢直流電阻測試的測量端，啟動直流電阻測試儀，得到測量列：999.9mΩ，999.8mΩ，999.9mΩ，999.9mΩ，1000.0mΩ，1000.1mΩ，1000.2mΩ，999.9mΩ，999.9mΩ，1000.0 mΩ

■=■■r■=1000.0mΩ

單次實驗標準差s=■=0.111mΩ

所以ur=s=0.111mΩ

5 合成標準不確定度的評定

5.1 主要標準不確定度匯總表

■

5.2 合成標準不確定度的評定

通常情況下，輸入量rn與r是彼此獨立的，在一定程度上合成標準不確定度可按下式計算得：

u■δ=

■=■=0.128mΩ

用相對標準不確定度表示

ucrel=■×100%=0.0128%

6 擴展不確定度的評定

取包含因子k=2，擴展不確定度為：

Urel=k×ucrel=2×0.0128%=0.026%

7 測量不確定度的報告與表示

用標準電阻檢定準確度等級為0.1級的直流電阻測試儀，電阻測量結果的擴展不確定度為：

Urel=0.025%，k=2。

參考文獻：

[1]JJG837-2003，直流低電阻表檢定規程[S].

電阻測試儀范文4

發電機轉子繞組匝間短路是電力系統中常見的故障。當此類故障發生時，轉子電流增大，繞組溫度升高，限制發電機的出力，嚴重時會影響發電機的正常運行。匝間短路通常通過測量發電機轉子繞組的交流阻抗和功率損耗來判別[1]。傳統的測量方法是采用多個測量儀器儀表(如隔離變壓器、調壓器、電壓表、電流表、功率表以及電流互感器等)，在現場組裝后進行測量。這種需要很多種測量儀器組建測量系統的方法存在試驗設備笨重、費時費力、整理數據繁瑣、測量準確度不高等缺點。

隨著數字電路和數字信號處理技術的不斷發展，新的微處理器和算法不斷涌現。據此研制了基于雙微處理器的發電機轉子交流阻抗測試儀。該測試儀采用了MCU+DSP的雙微處理器系統為硬件平臺，充分發揮了數字信號處理器計算能力強和單片機控制功能強的優勢。軟件設計中，經過大量仿真實驗研究，采用了加窗插值FFT算法，使得測試儀的整體精度，尤其是相位的計算精度得到了提高。

圖1

1 系統硬件結構

1．1概述

本儀器的硬件核心是單片機(AT89C52)和浮點數字信號處理芯片(TMS320C32)，再加上一些外圍芯片后構成了一個雙微處理器的測控系統。該系統由單片機完成鍵盤控制、液晶顯示、打印和數據存儲等功能；由數字信號處理器實現信號采集和數據處理功能，兩個處理器通過一片雙口RAM交換信息，使用一片可編程邏輯芯片完成整個系統的邏輯操作。整個系統包括輸入模塊、系統模塊、數據采集和處理模塊、存儲模塊、顯示模塊、打印模塊和通訊模塊。系統硬件結構如圖1所示。由于DSP具有強大的計算功能，而使用單片機進行控制又比較簡單、方便，因此，這種雙微處理器系統的設計不僅充分發揮了DSP和單片機的優勢，而且結構清晰、獨立，易于開發和調試。

1．2 各模塊功能介紹

(1)輸入模塊：包括傳感器和信號調理電路兩部分。

(2)系統模塊：以單片機(AT89C52)為核心，實現對整個系統的協調和控制，包括讀取數據、鍵盤管理、控制顯示、打印、存儲和通訊等功能。

(3)數據采集和處理模塊：以數字信號處理器(TMS320C32)為核心，進行數據采集、自動量程變換控制、數據處理以及給單片機發送結果數據。

(4)存儲模塊：由串行E 2 ROM(ATMEL24C64)構成。用于存儲該次的測量結果。

(5)顯示模塊：使用MSP-G240128DYSY-1W型液晶顯示器完成系統顯示功能。

(6)打印模塊：使用通用的TpuP-A微型面板式打印機完成系統輸出打印功能。

(7)通訊模塊：提供工業用的RS232串行通訊接口，可實現上位機與下位機的串行通信。

2 測量原理與算法分析

2．1 測量原理

本測試儀通過測量發電機轉子的阻抗和功率損耗來判斷匝間短路故障是否發生。直接測量的量是電壓和電流信號，通過獲取的電壓和電流信號來計算功率損耗、交流阻抗、電阻和電抗等參數?；緶y量公式如下：

其中，u(n)和i(n)分別為第n點的電壓和電流采樣值，N為采樣點數，φ為電壓和電流的相位差。

2．2 算法分析

在實際采樣過程中，由于電網頻率的波動，其基波頻率不能完全準確地獲得，因而采樣通常是在非同步情況下進行的。在非同步采樣下，傳統的FFT存在泄漏效應和柵欄效應，使得算出的頻率、幅值和相位誤差較大。為了減小非同步采樣對FFT的影響，提高測量精度，本設計采用基于Blackman-Harris窗的插值算法。參考文獻[2]、[3]對這一算法進行了詳細的推導。

設一采樣信號的序列x(n)為：

式中，fm為信號頻率，Δt為采樣間隔。

x(n)的傅里葉變換表達式為：

由于電網電壓的基頻變化范圍一般為49．5Hz～50．5Hz，并且在本設計中，每次測量采樣16個周期，每周期采樣128個點，故N＝128×16=2048。因此，式(2)中DFT的頻率分辨率為：

Δf=1/(Δt·n)=1/[(0.02/128)·2048]=3.125Hz

x(n)經過加Blackman-Harris窗后，其DFT表達式可以表示為狄利克來核的代數和：

式中，a0=0.35875,a1=0.48829,a2=0.14128,a3=0.01168。

如果采樣頻率不是fm的整數倍，在頻譜中就會產生柵欄效應，即實際信號的各次諧波分量并未正好落在頻率分辨點上，而是落在某兩個頻率分辨點之間。假設fm在lΔf和(l+1) Δf之間，l為整數，即：

fm=(1+λ) Δf 0≤λ＜1     (4)

在本設計中，由于只需求得電壓和電流的基波分量，因此：l=fm/Δf=50/3.125=16。

這樣，│X(l)│和│X(l+1)│中必有一峰值點。當λ＜0.5時，│X(l)│達到最大值；當λ＞0.5時，│X(l+1)│為最大值。

由（2）式可以得到：

    令θ=l+n，并將（4）式代入，可得：

X(l+n)=AmD(n—λ)     (6)

x(n)加Blackman-Harris窗后的頻譜在整數采樣點的數值為：

設定系數

由于在測量采樣時，采樣點數N取得較大(N=2048)，而且λ＜1，因此可以作近似≈1。這樣可求得如下方程。

a=—(2λ6—12λ5—941λ4+3844λ3+35041λ2—77802λ

—390632）（λ+3）/[（2λ6—971λ4+40837λ2—430500）（λ—4）]   （9）

已知a時，由上式將位于[0,1]區間內的解λ解出后，代入式(4)，可求出準確的頻率fm，再由式（7）可求出復振幅[2]為：

Am(l)=Xmw(l)/{0.35875×D(－λ) －0.5×0.48829×

[D(－1－λ)+D(1－λ)]+0.5×0.14128×[D(－2－λ)+D(2－λ)] －0.5×0.01168[D(－3－λ)+D(3－λ)]}     (10)

│Am(l)│即為振幅值，相位計算公式為：

ψm(l)=arctan[Im(Am(l)]/[Re(Am(l)]    (11)

由式(11)即可分別求出電壓和電流基波的相位，從而求出電壓和電流的相位差。將相位差帶入電阻和電抗的計算公式中，即可求得電阻和電抗的值。

3 實際運行結果

本實驗的實驗設備包括：CF-500A型單向交流功率源、Agilent 34401A型6位半數字萬用表、VC980型四位半數字萬用表。實驗數據如表1所示。

表1 實驗數據

測  量  次  數12345678電壓實際值（V）19.7630.0539.5119.4859.4139.5079.6789.41電壓理論值（V）19.6629.9939.4349.4559.4369.4779.5189.40電流實際值（A）0.370.560.730.911.091.281.471.65電流理論值（A）0.3650.5570.7320.9121.0941.2801.4661.647阻抗實際值（Ω）53.6654.1254.3754.5054.3054.2054.1954.28阻抗理論值（Ω）53.8453.8754.2254.3254.2754.2354.2854.31電阻實際值（Ω）50.1850.2650.3150.3250.2850.3450.3050.31電阻理論值（Ω）49.9650.0050.3250.4150.3650.3350.3750.40由表1可知，電壓和電流有效值的最大引用誤差分別為：

根據國家標準GB776-76《測量指示儀表通用技術條件》的規定，本儀器測量電壓有效值的準確度等級為0．1級，測量電流有效值的準確度等級為0．2級。

電阻測試儀范文5

關鍵詞：電阻；測量方法；物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711(2014)06-0158

在初中物理電學實驗中，測量電阻是一個典型的實驗題。要測量一個電阻值，只要有適當的電源和一個已知阻值的電阻、電流表、電壓表三個元件中的任意兩個元件，可以利用拆裝電路以及其他四種方法測出未知電阻Rx的阻值。現把它簡易地歸納如下：

測量電阻實驗：就是課本要求要做的伏安法測量電阻實驗，也是測量電阻的最基本實驗。

如圖所示電路圖：

步驟：用電流表與被測電阻串聯，用電壓表與被測電阻Rx并聯閉合開關，分別讀出電流表的示數I和電壓表的示數U即可根據公式：Rx= U /I計算出被測電阻Rx的阻值。

除了伏安法以外還有幾種拆裝電路實驗方法：

1. 無電流表可用串接分壓法或拆裝電壓表連接。用一個已知電阻與理想電壓表并聯替代電流表；

2. 無電壓表可用并串接分流法拆裝電流表連接。用一個已知電阻與理想電流表串聯替代電壓表；

拆裝電路方法一：如圖所示實驗電路圖：

步驟：(1)把電壓表并聯在待測電阻兩端，閉合開關S，記下電壓表的示數U1；

(2)斷開開關，把電壓表拆裝在已知電阻R0的兩端；

(3)閉合開關，記下電壓表的示數U0；

(4)斷開開關，計算Rx的阻值；

(5)Rx的表達式：Rx= U1 R0/ U0 。

拆裝電路方法二：如圖所示實驗電路：

步驟：(1)把電壓表并聯接在待測電阻Rx兩端，閉合開關S，記錄電壓表示數U1；

(2)斷開開關S，把電壓表拆裝在電源兩端，再閉合開關S，記錄電壓表示數U0；

(3)斷開開關，計算Rx的阻值；

(4)Rx的表達式：Rx= U1 R0/(U0 -U1)

拆裝電路方法三：如圖所示實驗電路：

步驟：(1)把電流表與R0串聯，閉合開關S，記錄電流表示數I0；

(2)斷開開關S，把電流表拆裝在與Rx串聯，再閉合開關S，記錄電流表示數I1；

(3)斷開開關，計算Rx的阻值；

(4)Rx的表達式：Rx= I0R0/ I1

拆裝電路方法四：如圖所示實驗電路：

步驟：(1)把電流表與Rx串聯，閉合開關S，記錄電流表示數I1；

(2)斷開開關S，把電流表拆裝在干路上，再閉合開關S，記錄電流表示數I；

(3)斷開開關，計算Rx的阻值；

電阻測試儀范文6

【關鍵詞】調速系統，頻差，一次調頻

中圖分類號： U262 文獻標識碼： A

1、引言

機組并入電網運行，各機組發出的有功功率與系統負荷相等。當電網所需負荷發生變動，而各機組負荷不變，電網變化的負荷將引起電網內機組轉速的變化，即電網的頻率將發生改變。當電網負荷變化超過一定范圍，電網頻率偏差值將大于機組一次調頻死區，電網中投入一次調頻功能的機組將動作，以減小電網頻率偏差。

2、機組一次調頻的必要性

發電機組一次調頻功能對電網供電質量和安全穩定運行起著至關重要的作用。一次調頻動作正確與否，對機組本身而言，只是承擔了系統部分變化的負荷。而對整個電網系統而言，卻是維護系統頻率穩定的重要手段。

3、水輪發電機組一次調頻試驗方案

水輪發電機組調速系統性能的好壞主要考察調速系統的穩定性和調節動作的準確性。穩定性是調速系統工作的基礎，在機組空載及發電狀態下，調速系統能保持相對穩定，機組頻率或功率才能維持在一定的范圍內而無波動或震蕩。調節動作的準確性則是考察調速系統在接受增減命令或頻率發生變化時，調速系統能迅速而準確的達到調節目標值。調節過程允許存在波動，但調節時間和目標值必須滿足要求。一次調頻試驗就是為了驗證調速系統的調節性能。

3.1一次調頻試驗儀器

一次調頻試驗的主要試驗儀器為一臺調速器測試儀器、一臺裝有測試軟件的電腦及一些信號連接線。調速測試儀應具備模擬量及開關量采集模塊，并能輸出50Hz頻率，精度達到0.001Hz。測試軟件能采集錄制導葉開度、機組功率及一次調頻動作信號曲線，并能精確測量一次調頻響應滯后時間。

3.2接線及信號處理

調速器功率信號、開度信號接入調速器測試儀器的模擬量輸入端子，一次調頻動作信號接入儀器的開關量輸入端子，儀器頻率輸出50Hz信號經過空開接入調速器殘壓輸入端，空開處于斷開狀態。待機組開機至發電態，解開機組原殘壓接線，合上空開。因調速器殘壓測頻斷開后自動轉成齒盤測頻，所以頻率切換過程中可以保證機組正常運行。校定調速器開度信號及功率信號，保證測試軟件測量信號與實際信號一致。監控一次調頻投入，調速系統一次調頻投入。

3.3試驗方法

調速器一次調頻死區為0.05Hz，南方電網只要求做0.2Hz擾動下的一次調頻試驗，以此驗證一次調頻功能是否正確。但實際試驗過程中，應測量一次調頻的實際動作值是否滿足要求。

3.3.1測量一次調頻實際動作值

調整調速器測量儀器頻率輸出值為50.04Hz，觀察調速器一次調頻是否動作（正常情況下與動作值相差0.01Hz，一次調頻是不會動作的）。若不動作在此基礎上依次增加0.001Hz頻率的輸出，觀察調速器一次調頻的實際動作值，并錄制導葉開度、機組功率及一次調頻動作曲線，測量一次調頻動作至機組負荷開始變化的時間。調整調速器測量儀器頻率輸出值為50Hz，機組穩定后調整頻率輸出為49.94Hz，觀察調速器一次調頻是否動作。若未動作，依次降低0.001Hz的頻率輸出值，觀察一次調頻實際動作值，錄制相關曲線。

3.3.2錄制0.2Hz擾動下一次調頻動作曲線及一次調頻的退出值

調整調速器測量儀器頻率輸出值為50Hz，待機組穩定。調整儀器頻率輸出值為50.2Hz，錄制調速器一次調頻動作相關曲線，測量一次調頻響應滯后時間。

調整測量儀器頻率輸出值為50.06Hz，依次降低降低0.001Hz的頻率輸出，測量上擾時一次調頻實際退出值。調整頻率輸出為50Hz，待機組穩定。

調整調速器測量儀器頻率輸出值為49.8Hz，錄制調速器一次調頻動作曲線，測量一次調頻響應滯后時間。

調整測量儀器頻率輸出值為49.94Hz，依次增加0.001Hz的頻率輸出，測量下擾時一次調頻實際退出值。調整頻率輸出為50Hz，待機組穩定。

退出一次調頻，將調速器切手動，恢復調速器接線。檢查一次調頻響應滯后時間及一次調頻功能是否滿足要求。

4、水輪機組一次調頻控制策略

4.1一次調頻相關參數

水輪發電機組一次調頻功能主要包含以下參數：永泰轉差率bp，轉速死區ix，計算死區f0，調頻限幅y、以及一次調頻的比例系數kp、積分系數ki和微分參數kd。

4.1.1永泰轉差系數bp

永泰轉差系數bp是調速器靜特性曲線斜率的負數。靜特性曲線是接力器位移變化的相對值與頻率變化相對值的關系曲線。永泰轉差系數bp的表達式為：

由上式可以看出,對于給定的永泰轉差系數bp，任一頻率偏f差都將對應唯一的接力器位移變化y。但實際使用過程中我們會發現頻率在一個很小的范圍內變化，接力器的位移可能不發生變化。換句話說，同一個接力器位移值可能對應一個頻率帶。這就是我們常說的調速系統轉速死區。

4.1.2轉速死區ix

機械調速器轉速死區ix的概念比較好理解。機械調速器測量的轉速通過離心擺反應，離心擺運動時受干摩擦的影響，要使離心擺所帶的轉動套移動必須克服零件間的摩擦力。如果離心擺轉速變化很小，則無法克服這種摩擦力，轉動套不移動，油路不能接通，接力器不動作，即出現了轉速死區。此外，電氣元件的測量死區、液壓回路閥組死區等都是調速系統存在死區的影響因素。

微機調速器永泰轉差系數實際就是一個接力器行程和轉速的比例關系數學模型。若調速器開度信號和轉速信號測量精確無誤，則一個轉速變化對應于一個開度變化。理論上接力器上行和下行靜特性曲線相互重合，不存在死區，且是一條直線。但由于自動化元件測量誤差，在調速系統做靜特性試驗時還是會存在一定的死區，死區一般很小。圖1為糯扎渡電站6號機組靜特性試驗曲線，兩條靜特性曲線重合很好，死區僅為0.016%，非直線度為0.236%。

圖1：靜特性曲線

調速系統靜特性試驗不包括接力器以外的部分。但對于水輪發電機組而言，整個系統還包括水輪機導水機構的連桿、控制環、拐臂和導葉。由于接力器、連桿、控制環、拐臂、導葉之間是存在死區的，所以調速系統的真實死區一定大于靜特性所測得的死區。現階段隨著加工工藝和安裝水平的提高，水輪機接力器、連桿、控制環、拐臂、導葉之間的死區一般很小。

4.1.3調頻限幅y

調頻限幅y是對一次調頻的限制，避免系統頻率變化過大時引起機組開度大范圍變化，導致機組功率的大范圍波動。

4.1.4人工失靈區E

動作死區（人工失靈區）E相當于一個門開關，只有當頻率偏差大于動作死區，一次調頻才動作。

4.1.4PID參數

比例系數kp、積分系數ki和微分參數kd是一次調頻過程的控制參數，保證一次調頻動作快速穩定的達到調節目標。

4.2一次調頻控制策略

下面通過調速系統的傳遞函數分析一次調頻的控制策略。

圖2：調速系統常見的傳遞函數

4.2.1一次調頻動作和退出條件

一次調頻動作條件包括以下幾點：機組并網運行、監控一次調頻功能投入、調速系統一次調頻投入、測量的頻率偏差大于動作死區（人工失靈區）。其中任何一個條件不滿足時，一次調頻退出。

4.2.2一次調頻調節過程

當電網頻率變化達到一次調頻動作值，一次調頻動作。電網內一次調頻機組調節完成，電網頻率偏差值減小并趨于穩定。比例環節對輸入瞬時響應并一直存在，與時間無關，相當于PID調節的輸出基礎值。積分環節是對偏差的積分，只要存在偏差，積分環節輸出值將一直增大。微分環節是對偏差變化率的反應，對調節系統起到提前抑制的效果。根據圖2可以得出：

PID環節輸入值X=f-YPID*bp，而YP、YI、YD的計算值分別如下：

對于一固定頻率偏差，不考慮負反饋的PID各環節輸出如圖3，考慮負反饋的PID各環節輸出如圖4：

圖3：無負反饋的PID響應圖4：實際環節的PID響應

y為接力器位移，YI、YP、YD分別為PID環節輸出。

4.2.3一次調頻動作結果

分析對于某一固定的頻率偏差 f，PID的輸出響應。假定電網頻率變化，并大于動作死區。

要使系統達到靜態穩定的條件為YPID為一常數：

YPID=C0 ， YPIDbp= C0bp

調速系統一次調頻動作時，網頻雖然會發生變化，但網頻變化后基本保持一個定值，即f網=C（常數），頻率偏差f=f網-50也是一常數，PID環節輸入值X也為一常數，因此可以得出以下計算結果：

因為YPID=YP+YI+YD=常數，所以YI為一常數。

對YI進行離散計算，T為計算周期：

要使YI在KT時刻為一常數，則Yi(k)=0，所以X（k）= 0。

X（k）=f-YPIDbp=0

f = YPIDbp

YPID=f/ bp=常數

可見，具有負反饋的PID調節環節其輸出值為與bp存在一定關系的常數，且頻率在允許范圍內存在一定偏差，機組實現了有差調節。當bp=0，YPID將趨于無窮大。這就是并網機組的無差調節，只要存在偏差，PID的值輸出值將隨頻率偏差存在的時間不斷累計增大。

實際運行中，一次調頻的輸入值還需考慮計算死區f0和調速系統的轉速死區ix。一次調頻輸入的頻率偏差實際值為f’=f網-50-f0-ix。

5、結論

5.1、一次調頻功能實際就是取永泰轉差系數作為傳遞函數的負反饋，從而達到有差調節的目的。bp值的大小直接影響了一次調頻的結果。bp值越小，一次調頻效果越明顯。

5.2、當機組導葉開度達到開度限制時，一次調頻功能也能正常工作，但不能達到最終的調節結果。

5.3、PID參數影響調節過程，參數選擇不合適可能使調節時間過長、調節存在偏差，嚴重時甚至導致調節過程發生震蕩。試驗過程中應根據試驗結果適當的修改相關參數。