第三章-电气液压调速器

赵斌娟副教授主讲人流体机械自动控制目录第一章概述第二章机械液压调速器第三章电气液压调速器第四章微机调速器第五章调速器与调节对象的动态特性第六章水轮机调节系统动态特性及参数整定第七章调节保证计算及设备选择流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第一节概述随着电力系统的日益发展和用电部门对电能质量要求的不断提高，机械液压型调速器已远不能满足要求。高水头大容量的水轮发电机组及大容量抽水蓄能机组的出现，对调速器提出了更高的要求。PI调节规律的电液调速器也难于满足这些要求。国内外对PID电液调速器的研制发展迅速。一、电液调速器的形成和特点流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第一节概述一、电液调速器的形成和特点电液调速器的优点•以电气元件代替了机械元件，这可以大大减少机械加工的工作量，并降低成本。•灵敏度高，调节误差小。电液调速器的死区为0.05％～0.1％；而机调的死区为0.15％～0.20％。转速或指令信号按规定型式变化，接力器不动时间：电调不大于0.2s，机调不大于0.3s。•便于实现成组调节、遥控及计算机控制。特别是在计算机快速深入到国民经济及人民生活各个领域的今天，计算机也已开始引入到水电行业的各个方面，机组转速的调整就是其中的一个重要方面。而电液调速器为实现计算机控制水电站、进行调速器的技术改造等提供了极为方便的条件。流体机械自动控制江苏大学一、电液调速器的形成和特点电液调速器的优点•各种信号的综合及各种参数的调整均很方便，工况的转换(如空载、负载参数的切换)也易于实现；便于增设一些辅助性的调节回路，以利于改善调节品质(如微分环节、水压反馈、人工失灵区回路等)；有利于电站自动化、现代化水平的提高。•安装、调整、试验、维修均较方便，如某回路出现问题，更换一块插件便可再投入运行。由于机械液压操作具有调节平稳、调速功较大这一特点，所以在电调中执行机构仍保留了机械液压操作系统，现在的发展趋势是进一步提高油压(目前国内已应用到4MPa)。第三章电气液压调速器第一节概述流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第一节概述二、电液调速器的组成流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第二节测频回路一、测频回路的作用及型式测频回路是电液调速器的基本环节之一，其作用是将机组运行的实际频率准确及时地测量出来。一般是把频率信号变换成与其成正比的直流电压，用直流电压的高低变化来反映输入信号频率的变化。这种变换常称为频率——电压变换（F/V）。❊LC测频回路❊齿盘测频回路❊残压测频回路隔河岩电厂齿盘测频示例流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第二节测频回路一、典型残压测频回路该电路以集成电路N101、N102为主构成。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第二节测频回路一、典型残压测频回路1.测频电路由发电机端电压互感器送来的交流电压经隔离变压器T101后，送入由R101、C101、R102、C102构成的起抗干扰作用的RC滤波电路，再经过二极管VD101、VD102双向限幅送入集成电路N101的输入端。N101为专用的频率—电压变换电路，当输入频率为f的交流信号时，其输出为一个与频率成正比的直流电压U，即U102=K·f式中，K为与VDW101，VDW102，C104，R104有关的常数。N102为一通用型双运算放大器，构成两级有源低通滤波放大器。它一方面将N101的输出电压中的脉动成分削弱，同时将直流成分适当放大，从而在本单元输出端（N102之10脚）获得所需电压值。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第二节测频回路一、典型残压测频回路2.测频电路运动方程对于上述电路，测频回路运动方程为ΔU104=Kf·Δf式中，Kf即为测频回路放大系数。即(V/Hz)Kf的调整通过RW101完成。测试值应满足设计值。fUKf104流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节此部分电路是PID调节器的核心，它分为三部分电路：单元输入、人工死区、PID调节。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节一、单元输入电路该电路以集成电路N301为主构成。该电路的作用是将测频回路的输出——代表机组实际频率的电压（U104）与给定值——来自频率给定回路或电网测频回路的电压输出，进行代数相加运算，并将结果适当放大，得到代表频率偏差的电压UΔf——U301。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节二、人工死区电路人工死区亦称人工失灵，其意义是人为在机组静特性曲线上造成一个死区，在此死区中，调差率很大，当系统频率在一定范围内波动，机组几乎不参加调节，从而起着固定负荷的作用。这样既有利于机组稳定地担负基本负荷，也有利于电力系统的运行。对于电力系统中非调频机组，特别是容量较小的机组，采用这样的工作方式，是很有意义的。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节二、人工死区电路该电路由集成电路N302及N308构成。N301输出的频差信号电压UΔf同时送到N302A，N302B的反相输入端。它们的同相输入端则与按键开关SNK301相接。当人工死区整定为0时，则两同相端均接地。N302A和VT301，N302B和VT302分别构成两个单极性输出的反相器。当UΔf0时，N302A输出正电压，VT301工作，VT302截止；-UΔf可送到N308，再经N308反相，由X302送出UΔf至PID回路。当UΔf0时，N302B输出负电压，VT302工作，VT301截止；-UΔf也可送到N308，再经N308反相，由X302送出UΔf至PID回路。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节二、人工死区电路当人工死区整定值不为0时，有一组按键开关被按下，N302A同相端将得到一个预置的负电压-U预置，N302B同相端将得到一个幅值和前者一样的预置正电压U预置。当|UΔf||U预置|时，VT301、VT302将均处于截止状态，这时，N308输入、输出均恒为0，PID调节器将不产生调节作用，从而形成“死区”。当|UΔf||U预置|时,VT301和VT302必有一个投入工作，将超过预置电压部分的频差电压送往PID单元，产生调节动作。为避免人工死区的存在影响并网前的频率跟踪，通过与油开关同步的继电器K301接点K301-2，K301-3控制该电路只在并网后才起作用。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节三、PID调节电路该单元电路主要由N303～N306等集成电路组成。包括比例环节、积分环节和微分环节。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节三、PID调节电路1.比例环节该环节由N303、R331～R333、RWP1、RWP2接点K302-1等组成。这是一个标准的反相比例器，而且增益可调。由反相比例器工作原理：U303=-kpU302为了运行稳定、方便，kp可有两组整定值：kp1、kp2。调整RWP1即可调整kp1。调整RWP2即可调整kp2。kp1与kp2的切换靠与油开关同步动作的继电器接点K302-1自动完成。油开关闭合前为空载工况，kp=kp1，油开关闭合后为负载工况，kp=kp2。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节三、PID调节电路2.积分环节该环节由N304、RWI1、RWI2、R334～R336、C303、VDW301等等组成。这是一个由集成运算放大器构成的积分电路，所以有式中，ti—积分时间常数（秒），通常也使用积分增益Ki(=1/ti)。ti=C303·RWI。ti的整定值也有两个，由K302-2切换。空载时为ti1，负载时为ti2。dtUtUi3021304流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节三、PID调节电路3.微分环节该环节主要由N305、C304、C305、RWD1、RWD2、R338～N340组成。这实际是一个RC微分电路与一个反相比例器串联的环节。RC微分电路由C304、C305及RWD组成（两组）。反相比例器由R338、R340、N305构成。所以，U305～U302的关系如下：式中td——微分时间常数（秒），也称为微分增益，通过调节RWD来改变。dtdUtdtdUtUdd302305305流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第三节人工死区及PID调节三、PID调节电路频差信号U302经P、I、D三单元处理后，最后由以N306为主构成的加法电路综合起来。在该加法器中，稳压器VDW302也是为防止接力器滞后而设置的。P、I、D单元回路的特点是，P、I、D三环节各自独立设置并呈并联形式，三环节输出由加法电路综合。这样虽然使用线性组件稍多，但却具有概念明确、各环节参数调整可独立进行，不互相干扰的优点。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第四节永态转差系数电路永态转差系数电路亦称调差回路，其作用是使调速器具有有差静特性，以便于机组并列运行时，能适当的分配负荷。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第四节永态转差系数电路永态转差系数电路构成及原理主要由N307，R348，R351，RWbp等组成。在不考虑D5单元的输出U307时，该电路完全是一个标准反相比例电路。其输入输出关系为：U308=-KbpU306U308再经RWbp衰减（分压）后成为U205与频给输出综合。当分压比为0，即RWbp触头位于下极限时，U205=0，则bp=0。当分压比为1，即RWbp触头位于上极限时，U205=U308，则bp=10%。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第五节综合放大及振动信号电路综合放大回路主要就是完成功率放大的作用。一、综合放大部分此部分电路主要由N401、VT401、VT402、VT403、VT404等组成。N401实际构成一个加法器，将来自电气接力器的信号电压U306、表示实际接力器开度的反馈电压U403及振动信号电压U402综合起来。输入端的二极管VD401～404起双向限幅作用。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第五节综合放大及振动信号电路综合放大回路主要就是完成功率放大的作用。一、综合放大部分VT401～VT404组成一个推挽功放电路。这是一个准互补对称电路。它将N401综合后的电压进行放大送至电液伺服阀的线圈DY。VD405、VD406作克服交越失真用。mA为一个平衡电流表，用于监视DY中电流大小和方向。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第五节综合放大及振动信号电路二、导叶反馈电路该电路由N402A、RWY、RW402及R418~421等组成。这实际上是一个同相比例器。RWY的滑动触头随导叶接力器一起运动，所以，输入电压U405的高低即反映了接力器的实际开度。输出电压U403仅仅是U405的比例。N402A起阻抗匹配作用。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第五节综合放大及振动信号电路三、振动信号回路该电路由N402B、C401~C404、R411~R415、VDW401、VDW402、RW401等组成。这是一个幅值可调的移相式正弦波信号发生器。它在N402B的反馈支路上设置了三级RC网络（串联式），从而对某频率使输出电压超前输入360º，形成正反馈，造成自激振动，从而形成一个正弦波。VDW401—402起限幅作用。流体机械自动控制江苏大学第三章电气液压调速器第六节功率、频率给定回路功率、频率给定回路的作用和机调中转速调整机构的作用是一样的。不过，在电调中是作为两个电路来分别设置的。一个称为功率给定回路，主要承担在机组并网运行时增减负荷的作用。另一个称为频率给定回路，主要承担机组单机运行时改变机组转速的作用。这里介绍以8031单片机为主体构成的数字式功率、频率给定电路。EA/VP31X119X218RESET9WR16P101P112P123P134P145P156P00