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作者：鄭曉敏   

   在某火電廠小汽機(jī)首次沖轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)了由于磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器的電磁特性與測(cè)量模件的電壓限值不匹配而導(dǎo)致的測(cè)量故障現(xiàn)象，具體情況可描述為：當(dāng)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速在3 100 r/min以下時(shí)．轉(zhuǎn)速測(cè)量值能夠真實(shí)反映實(shí)際轉(zhuǎn)速；當(dāng)小汽機(jī)升速至3 100～3 600 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)量值急劇增大且波動(dòng)劇烈，兩兩轉(zhuǎn)速偏差可達(dá)100 r/min左右：當(dāng)升速至3 600～4 300 r/min時(shí)，測(cè)量值恰好為實(shí)際轉(zhuǎn)速的2倍：當(dāng)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，測(cè)量值又急劇減小，最終等于實(shí)際轉(zhuǎn)速。

    針對(duì)上述情況．本文對(duì)其產(chǎn)生原因及機(jī)理進(jìn)行了分析．并給出了此類問題出現(xiàn)時(shí)采取的具體處理措施和建議。

1  磁阻式傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量臻鬻

    磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器主要由鐵芯、永久磁鋼和感應(yīng)線圈等組成。永久磁鋼用來(lái)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)．當(dāng)測(cè)速齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器與其齒頂和齒根的距離周期性變化，隨之其磁阻也周期性改變，最終導(dǎo)致其磁通量發(fā)生周期性增減，從而在線圈中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量原理如圖1所示。

    在測(cè)速齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程巾，磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E可表示為

式中：E為傳感器產(chǎn)生的交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V;N為傳感器的線圈匝數(shù)：dΦ／dt為通過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化量：g為由傳感器的電勢(shì)系數(shù)、安裝間隙及齒輪模數(shù)等所確定的常數(shù)，V·min/r，r代表測(cè)速齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)；f為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的交變頻率，Hz。

    磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器與其測(cè)量模件一起才能構(gòu)成完整的轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)。交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E是轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的空載電壓，而測(cè)量模件的輸入電壓U則是其自身負(fù)載所承擔(dān)的電壓，其交變頻率與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的頻率相同，而其大小不僅取決于E的大小，也與傳感器和測(cè)量模件自身的阻抗值有關(guān)。當(dāng)利用測(cè)量模件獲取輸入電壓U的交變頻率f后，根據(jù)下式獲取齒輪轉(zhuǎn)速：

式中：n為測(cè)速齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min;z為齒輪齒數(shù)。

2轉(zhuǎn)速測(cè)量故障原因分析

2.1  測(cè)量模件的“削波”現(xiàn)象

    對(duì)于常見的漸開線型測(cè)速齒輪，磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形近似為正弦波。測(cè)量模件對(duì)正弦波輸入電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后,送入控制器進(jìn)行計(jì)算獲取齒輪轉(zhuǎn)速。一般來(lái)講，測(cè)量模件都有其低限電壓V1和高限電壓Vh，其輸入電壓U需滿足V1≤U≤Vh，否則輸入電壓U被標(biāo)記為零。

    對(duì)某一磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)．當(dāng)測(cè)量模件的輸入電壓U滿足V1≤U≤Vh，測(cè)量模件能夠進(jìn)行正常采樣：隨著齒輪轉(zhuǎn)速的升高，傳感器產(chǎn)生的交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E逐步增大．測(cè)量模件的輸入電壓U也隨之增大；當(dāng)U>Vh時(shí)，測(cè)量模件就會(huì)進(jìn)行“削波”：即當(dāng)模件的輸入電壓U沿上升沿達(dá)到Vh時(shí)，測(cè)量模件會(huì)進(jìn)行一次采樣；當(dāng)u>Vh時(shí)，輸入電壓U被標(biāo)記為零：當(dāng)U經(jīng)過峰值后沿下降沿達(dá)到Vh時(shí)，測(cè)量模件就又會(huì)進(jìn)行一次采樣（見圖2）。由圖2可知，當(dāng)測(cè)量模件的輸入電壓U超過其高限電壓Vh時(shí)，經(jīng)“削波”后，一個(gè)波就會(huì)進(jìn)行2次采樣．從而導(dǎo)致此時(shí)經(jīng)計(jì)算獲得的轉(zhuǎn)速測(cè)量值劇烈波動(dòng)：當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高至某一值時(shí)，測(cè)量模件對(duì)其輸入電壓的每一個(gè)波都會(huì)進(jìn)行2次采樣，因此，此時(shí)獲得的轉(zhuǎn)速測(cè)量值為實(shí)際轉(zhuǎn)速的2倍。

    由以上分析可知，為了消除由于測(cè)量模件的輸入電壓過高而產(chǎn)生的“削波”現(xiàn)象．可通過降低模件的輸入電壓U以使其始終滿足V1≤U≤Vh的條件,從而避免岡此類情況而造成的轉(zhuǎn)速測(cè)量故障。

2.2測(cè)量回路磁阻特性分析

    磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的等效電路如圖3所示。圖3巾，虛線左面是磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器的等效電路，一般可表示為由電感Lo和電阻Ro串聯(lián)組成的等效阻抗Zo和交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E構(gòu)成；虛線右面是測(cè)量模件的等效電路,通�？杀硎緸橛蓽y(cè)量模件的輸入電容C和輸入電阻R并聯(lián)構(gòu)成的等效阻抗Z。

根據(jù)圖3．測(cè)量模件的等效阻抗Z可表示為

測(cè)量模件的輸入電壓U經(jīng)整理后可表示為

    根據(jù)式(4)，令測(cè)量模件的輸入電壓U對(duì)其等效阻抗Z求導(dǎo)并整理可得

由式(7)可知，在測(cè)速齒輪處于低轉(zhuǎn)速時(shí)，即當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的交變頻率f< fo時(shí)，有dU/clZ <O；

隨著測(cè)速齒輪轉(zhuǎn)速的升高，即當(dāng)交變頻率f> fo時(shí)．dU/dZ>O。由此可知，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的交變頻率f> fo時(shí)，令測(cè)量模件的輸入電壓U對(duì)其輸入電阻R求導(dǎo)可得

    由式(8)可知，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)交變頻率f>fo時(shí)，測(cè)量模件的輸入電壓U為R的增函數(shù)，即通過減小測(cè)量模件的電阻值就可以達(dá)到降低其輸入電壓的目的。

    同理，令測(cè)量模件的輸入電壓U對(duì)其輸入電容C求導(dǎo)可得

    由式(9)可知，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的交變頻率f>fo時(shí)，測(cè)量模件的輸入電壓U為C的減函數(shù)，即通過增大測(cè)量模件的電容值就可以達(dá)到降低其輸入電壓的目的。

    令測(cè)量模件的輸入電壓N對(duì)電動(dòng)勢(shì)E的交變頻率f求導(dǎo)可得

    由式(10)和式(12)可知，對(duì)某一磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，都存在一個(gè)由傳感器和測(cè)量模件的阻抗值所確定的交變頻率f1當(dāng)f<f1時(shí)，dU/df>0，U隨f的增大而增大：當(dāng)f=f1時(shí)，dU/df=0，U取得最大值Umax；當(dāng)f>f1時(shí)，dU/d<0，U隨f的增大而減小。據(jù)此可知，測(cè)量模件輸入電壓U的頻率特性曲線是一條以（f1，Umax）為頂點(diǎn)的凸曲線，如圖4所示。

    通過以E分析可知，正是由于測(cè)量模件的輸入電壓U與交變頻率f之間存在的這種凸型曲線關(guān)系以及測(cè)量模件的“削波”作用，使轉(zhuǎn)速測(cè)量值產(chǎn)生了如引言中所述的故障現(xiàn)象。

3處理措施

    根據(jù)以上分析可知，為了消除磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中由于測(cè)量模件的輸入電壓過高而產(chǎn)生的“削波”現(xiàn)象．在實(shí)際應(yīng)用中，可采用下述兩種方法：

    (1)存測(cè)量模件的輸入端并聯(lián)合適的電阻。由式(8)可知，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的交變頻率廠>fo時(shí)，減小測(cè)量模件的電阻值可以降低其輸入電壓。根據(jù)電阻的特性可知，并聯(lián)電阻可以達(dá)到減小測(cè)量模件電阻值的目的，從而可消除由于測(cè)量模件輸入電壓過高而產(chǎn)生的“削波”現(xiàn)象。

    據(jù)此．針對(duì)引言中所述的轉(zhuǎn)速測(cè)量故障現(xiàn)象，經(jīng)檢測(cè)，其所用磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器阻值約為610 Ω。為了有效減小測(cè)量模件的輸入電壓，在其輸入端并聯(lián)一阻值為250 Ω的電阻。此后再次沖轉(zhuǎn)，3個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量值均能反映實(shí)際轉(zhuǎn)速，小汽機(jī)沖轉(zhuǎn)及超速試驗(yàn)一次成功。

    (2)在測(cè)量模件的輸入端并聯(lián)合適的電容。由式(9)可知，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的交變頻率f>fo時(shí)，增大測(cè)量模件的電容值可以降低其輸入電壓。根據(jù)電容的特性可知，并聯(lián)電容增大了測(cè)量模件的電容值，從而可消除由于測(cè)量模件輸入電壓過高而產(chǎn)生的“削波”現(xiàn)象。

4結(jié)論

    對(duì)于磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),當(dāng)測(cè)速齒盤的轉(zhuǎn)速較高．傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過大，使得傳感器的測(cè)量模件的輸入電壓超過其高限電壓時(shí)，則測(cè)量模件會(huì)產(chǎn)生“削波”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速測(cè)量故障。

    在實(shí)際應(yīng)用巾，當(dāng)出現(xiàn)此類原岡造成的轉(zhuǎn)速測(cè)量故障時(shí)，為了降低其輸入電壓．可通過并聯(lián)電阻或電容的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：并聯(lián)電阻可避免由并聯(lián)電容而可能引起的諧波振蕩現(xiàn)象．因此．在條件允許的情況下優(yōu)先選用并聯(lián)電阻的方法。

本文對(duì)磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由于其電磁特性造成的轉(zhuǎn)速測(cè)量故障的原因及機(jī)理進(jìn)行了分析．給出了具體的處理措施，對(duì)工程巾處理此類問題具有一定的指導(dǎo)意義。

5摘  要：磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器是一種較為常見的轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。針對(duì)某機(jī)組給水泵汽輪機(jī)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的由于磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)自身電磁特性造成的轉(zhuǎn)速測(cè)量故障現(xiàn)象，分析了故障產(chǎn)生的原因，并對(duì)故障機(jī)理進(jìn)行了研究．揭示了磁阻式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中測(cè)量模件的輸入電壓隨其自身電阻、電容以及電動(dòng)勢(shì)的交變頻率之間的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，提出了具體的處理措施和建議。實(shí)際應(yīng)用表明，測(cè)量故障消除，處理效果良好。