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机流量及其流态的，因此，即使是中小型调速器也大多要采用机械液压执行机构，且常常采用有一级或二级液压放大的液压执行机构。
水轮机过水管道存在这水流惯性，通常用水流惯性常数Tw来表述：
Tw＝(Qr/gHr)ΣL/A=ΣLv/gH
式中：
每段过水管道的截面积（㎡）； L—相应每段过水管道的长度（m） v—相应每段过水管道内的流速（m/s） g—重力加速度（m/s） Tw—水流惯性时间常数（s）
从自动控制理论的观点来看，过水管道水流惯性使得水轮机调节系统成为一个非最小相位系统(非极小相响应)，其特点为，由于水的惯性，当改变导叶方向时，首先引起水轮机转矩在反方向作用，然后再回到与导叶运动相同的方向。对系统的动态稳定和响应特征会带来十分不利的影响。通常所说的水锤效应（或水击效应）就是对这种水流惯性的一种形象的表述。
水流惯性时间常数Tw的物理概念是：在额定水头Hr作用下，过水管道内的流量Q由0加大至额定流量Qr所需要的时间。
水轮发电机组存在着机械惯性，可利用机组惯性时间常数Ta来表述：
Ta＝Jωr/Mr=GD·Nr/3580Pr
式中：
Jωr—额定转速时机组的惯性矩（kg·㎡） Mr—机组额定转矩（N·m） GD—机组飞轮力矩（kN·㎡） nr—机组额定转速（r/min） Pr—机组额定功率（kW） Ta—机组惯性时间常数（s）
机组惯性时间常数Ta的物理概念是：在额定力矩Mr作用下，机组转速n由0上升至额定转速nr所需要的时间。
水轮机调节系统是由水轮机控制设备（系统）和被控制系统组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节器的发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统的被控制系统；用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定量的偏差，并将其按一定的特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合成为水轮机控制设备（系统）。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的电气控制装置和机械执行机构组成。
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水轮机调节系统的工作过程为：测量元件把机组转速n（频率f）、功率Pg、水头H 、流量Q等反映机组运行工况的参数测量出来作为水轮机调速器的反馈信号，与给定信号闭环综合后，经放大校正元件控制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构和桨叶机构。
3.2 调速器系统的结构 3.2.1 电气控制系统
水轮机调速系统的电气控制部分采用高性能法国施耐德MODICON TSX系列或者日本三菱FX2N、A系列可编程控制器PLC，可根据用户要求配备成单机系统或双机系统，电气输出具有步进电机、比例伺服阀、数字阀、伺服阀四种可兼容的输出型式以及电气导叶的电气开度限制。
电气调节器采用可编程控制器PLC，可根据用户要求配置单机或冗余双机电气控制系统，如果是双机结构，那么两套从输入至输出以及电源配置完全相同 , 相互完全独立 。双机间采用智能全容错冗余热备方式 ，在运行过程中，未参与控制的备用通道退出而不影响调速系统的正常工作，且退出的通道能进行停电检修。
电气控制部分采集导叶位置、水头、功率等模拟量信号，机频、网频信号，来自监控系统的开关量指令信号以及断路器位置信号来进行调速器工作状况的判断和对导叶进行闭环的控制。
两套完全独立的冗余系统的运行方式为：
全容错在线热备，自动无扰切换
单机后备式运行，人为切换 采用一种归零式的系统结构，在稳定运行或故障情况下自动复中零输出。以保证在调速器内部发生
故障时，不造成水轮机运行不稳定和出力波动，在外部系统事故时，能保证机组安全停机。调速器具有远方控制和现地控制功能，并有相应接点输出，能与电站计算机监控系统进行数字信号、模拟信号以及开关输入输出信号的通讯和数据交换 。
水轮机调速系统的测频环节 ◆残压测频
测频装置是决定水轮发电机组及调速器安全、稳定运行极为关键的部件。目前，国内水轮发电机组微机调速器的测频信号均取自于发电机机端电压互感器(PT)信号。优点
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是成本低、安装简单，但也存在着缺点，主要体现在如下几个方面：
第一，干扰源复杂，部分表计、励磁调节器、保护装置大多与测频装置取自于同一PT的信号，无法隔开，而且各个部分引入PT信号的线路环境各异，走线复杂，彼此间相互干扰。即使采用屏蔽线、硬件抗干扰、软件滤波等措施均难有效地消除干扰，特别是在残压比较低时更是如此。
第二，低转速时残压信号严重失真，根本无法通过残压信号正确测量出机组频率，若调速器处理不当将会造成机组过速，调节不稳定等。
第三，若PT的保险炸裂、接触不良或断线等，此时调速器接受到的残压信号完全是一个干扰信号，这个干扰信号通过硬件电路根本无法消除，因而此时调速器难以准确、及时地判断出断线等故障，仍然以错误信号加以调节，引起接力器大幅度抽动，机组转速将会大幅度变化，严重时，引起低油压事故等，严重威胁机组安全、经济运行、造成极其严重后果。
第四，电力系统污染。由于大量的水电站近区都建有用电大户(如电炉)，当用电大户负荷变化较大时，引起一次电压波形畸变，当机组并网后，由机端PT引入的频率信号自然在跟着发生畸变。由于用电大户负荷变化时间较长，在负荷变化的时间内由PT引入的频率信号根本不能反映真实的机组频率，所以残压测频方式也不可能测得真实的机组频率。从机组实际运行中可以观察到：调速器一般运行的都正常，而在某段时间内，机组抽动频繁，有时导叶开度大幅度波动，此时用示波器观察PT引入的测频信号，可明显地观察到在频率信号的交流波形上叠加了一个频率高于机频的交流波，该波的幅值一般随用电大户的负荷增加而增大。由于该波是连续的，而且幅值较大，所以无论是从硬件上还是从软件上都不可能过滤掉这个叠加的波而测得真实机频。
◆齿盘测频
采用齿盘测频(即采用接近开关和齿盘)检测机组频率，其信号的电压幅值稳定，且为独立的系统，不易受现场干扰，是可靠的测频信号源。目前，数字式齿盘测频方式在测频精度要求不高的场合中已经得到了大量应用。但在国内水轮机微机调速器领域中还很少采用，其原因是调速器对频率测量的精度要求高，而齿盘的加工精度、机组摆动、齿距的不均匀度都会影响测频精度，从而无法满足水轮机调速器的要求。但我们通过选择恰当的测量方式和处理，可以准确的测量出机组频率，其测量精度和实时性均可以充分保证调速器对测频精度和实时性要求，使得齿盘测频装置产生的频率信号能运用于调速器。
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盘测频是我公司研制的为水轮发电机组调速器提供高可靠、高精度频率信号的专用装置。其频率信号源是通过一对电磁感应式的进口的接近开关取自于安装在机组大轴上齿盘装置，该信号系统是一个独立系统，其幅值与机组转速无关，可靠性高。该装置从根本上解决了频率信号的干扰问题。
齿盘测频由齿盘、接近开关和微机测频单元组成，如图示：
安装在水轮发电机组大轴上的齿盘与一对电磁式接近开关一起组成了频率信号产生单元。由信号整形电路、滤波电路、单片机和机频信号输出电路一起构成了频率信号测量单元。频率测量单元将测量出的机组频率以方波或数字量形式送到调速器。
3.2.2 电液转换环节
目前我公司的产品，主要存在以下三种基本的电液转换结构：数字式、步进式、比例伺服阀式。根据不同需要，这三种结构可以自由组合构成冗余系统。
数字式
采用脉冲控制控制电磁数字球阀，输出高电平和低电平控制线圈动作和复位，从而控制油路（包括开方向和关方向）的通和断。
随着液压技术的发展，高速数字球阀成为近年来液压传动领域中发展起来的一种新的液压元件，它具有工作压力高，密封性能好，换向频率高（≤3ms），可靠性高，寿命长。
它采用钢球线接触形式密封，抗油污和防卡能力强它是一般先导控制和小功率液压控制回路最理想的
元件。因此用它作为前置级控制的调速器机械液压系统由三联公司在98年率先推出，并获得国家专利，它采用非线搭叠窗口和脉冲补偿的结构，无油压冲击，动作平稳可靠。
采用全数字高速电子球阀组成机械液压系统的手动或者自动的前置级，高速电子球
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阀可实现手动调节和自动控制。其速动性好、机械防卡性能好、对油质要求低、油过滤>140μ，静态无油耗、无机械零位调整和飘移。性能可靠、死区小、灵敏度高、安装调试方便、免维护。
步进式
由调速器电气系统输出高、低电平开关信号到驱动器的正转/反转端，使步进电机正、反方向的旋转控制接力器的开或关。输出脉宽调制信号占空比PWM到驱动器的停止/运行端，控制步进电机的旋转角度来调节接力器的速度。驱动器的速度控制端加一恒定的电压2V-3.5V控制步进电机的最高转速。
电-位移转换器是水电站调速器中联接电气部分和机械液压部分的关键元件。将电机的转矩和转角转换成为具有一定操作力的位移输出，并具有断电自动复中回零的功能。它的作用是将调节器电气部分输出的综合电气信号转换成具有一定操作力和位移量的机械位移信号，从而驱动末级液压放大系统，完成对水轮发电机组进行调节的任务。
该装置包括筒体，与筒体连接的电机，电机轴通过连结装置与滚珠丝杆副穿入筒体中，滚珠丝杆通过丝杆螺母与联结套连接。联结套穿过两彼此分开的具有一段行程的弹簧套，复中弹簧设在弹簧套中，筒体设有两弹簧套的限位装置。电一位移转换
过程由纯机械传动完成，滚珠丝杆运动灵活、可靠、摩擦阻力小，并且能可逆运行。传动部分无液压件，无油耗。
采用弹簧力直接作用在高精度大导程滚珠丝杆上，当电源消失后,能迅速使联接套回到中位,使与之相连的主配引导阀自动准确回复到中间位置,保持接力器在原开度位置不变。复中机构仅为一根弹簧, 结构简单,动作可靠,调节维护方便。
比例伺服阀式
由调速器电气D/A输出-10V
+10V的模拟电压信号控制
比例阀的阀芯位移，达到调节比例阀输出流量的目的。
比例伺服阀为四位四通阀，包括开、关、中间封油及断电复中安全位。放大器的供电电源为+21
+40V,最大电流为2.7A，当放
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