電氣液壓調(diào)速器

主講人余波副教授林其玉講師熊朝坤講師第三章電氣液壓調(diào)速器第一節(jié)概述一、電液調(diào)速器的形成和特點(diǎn)隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和用電部門對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，機(jī)械液壓型調(diào)速器已遠(yuǎn)不能滿足要求。特別是高水頭大容量的水輪發(fā)電機(jī)組及大容量抽水蓄能機(jī)組的出現(xiàn)，對(duì)調(diào)速器提出了更高的要求，PI調(diào)節(jié)規(guī)律的電液調(diào)速器也難于滿足這些要求。因此，國內(nèi)外對(duì)PID電液調(diào)速器的研制發(fā)展迅速。

第三章電氣液壓調(diào)速器第一節(jié)概述一、電液調(diào)速器的形成和特點(diǎn)電液調(diào)速器與機(jī)械液壓型調(diào)速器相比較，有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。以電氣元件代替了機(jī)械元件，這可以大大減少機(jī)械加工的工作量，并降低成本。靈敏度高，調(diào)節(jié)誤差小。電液調(diào)速器的死區(qū)為0.05％～0.1％；而機(jī)調(diào)的死區(qū)為0.15％～0.20％。轉(zhuǎn)速或指令信號(hào)按規(guī)定型式變化，接力器不動(dòng)時(shí)間：電調(diào)不大于0.2s，機(jī)調(diào)不大于0.3s。便于實(shí)現(xiàn)成組調(diào)節(jié)、遙控及計(jì)算機(jī)控制。特別是在計(jì)算機(jī)快速深入到國民經(jīng)濟(jì)及人民生活各個(gè)領(lǐng)域的今天，計(jì)算機(jī)也已開始引入到水電行業(yè)的各個(gè)方面，機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整就是其中的一個(gè)重要方面。而電液調(diào)速器為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制水電站、進(jìn)行調(diào)速器的技術(shù)改造等提供了極為方便的條件。第三章電氣液壓調(diào)速器第一節(jié)概述一、電液調(diào)速器的形成和特點(diǎn)電液調(diào)速器與機(jī)械液壓型調(diào)速器相比較，有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。各種信號(hào)的綜合及各種參數(shù)的調(diào)整均很方便，工況的轉(zhuǎn)換(如空載、負(fù)載參數(shù)的切換)也易于實(shí)現(xiàn)；便于增設(shè)一些輔助性的調(diào)節(jié)回路，以利于改善調(diào)節(jié)品質(zhì)(如微分環(huán)節(jié)、水壓反饋、人工失靈區(qū)回路等)；有利于電站自動(dòng)化、現(xiàn)代化水平的提高。

安裝、調(diào)整、試驗(yàn)、維修均較方便，如某回路出現(xiàn)問題，更換一塊插件便可再投入運(yùn)行。由于機(jī)械液壓操作具有調(diào)節(jié)平穩(wěn)、調(diào)速功較大這一特點(diǎn)，所以在電調(diào)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍保留了機(jī)械液壓操作系統(tǒng)，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步提高油壓(目前國內(nèi)已應(yīng)用到4MPa)。

第三章電氣液壓調(diào)速器第一節(jié)概述二、電液調(diào)速器的組成第三章電氣液壓調(diào)速器第二節(jié)測(cè)頻回路一、測(cè)頻回路的作用及型式測(cè)頻回路是電液調(diào)速器的基本環(huán)節(jié)之一，其作用是將機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際頻率準(zhǔn)確及時(shí)地測(cè)量出來。一般是把頻率信號(hào)變換成與其成正比的直流電壓，用直流電壓的高低變化來反映輸入信號(hào)頻率的變化。這種變換常稱為頻率——電壓變換（F/V）。

LC測(cè)頻回路齒盤測(cè)頻回路殘壓測(cè)頻回路

隔河巖電廠齒盤測(cè)頻示例第三章電氣液壓調(diào)速器第二節(jié)測(cè)頻回路一、典型殘壓測(cè)頻回路該電路以集成電路N101、N102為主構(gòu)成。

第三章電氣液壓調(diào)速器第二節(jié)測(cè)頻回路一、典型殘壓測(cè)頻回路1.測(cè)頻電路由發(fā)電機(jī)端電壓互感器送來的交流電壓經(jīng)隔離變壓器T101后，送入由R101、C101、R102、C102構(gòu)成的起抗干擾作用的RC濾波電路，再經(jīng)過二極管VD101、VD102雙向限幅送入集成電路N101的輸入端。N101為專用的頻率—電壓變換電路，當(dāng)輸入頻率為f的交流信號(hào)時(shí)，其輸出為一個(gè)與頻率成正比的直流電壓U，即

U102=K·f

式中，K為與VDW101，102，C104，R104有關(guān)的常數(shù)。N102為一通用型雙運(yùn)算放大器，構(gòu)成兩級(jí)有源低通濾波放大器。它一方面將N101的輸出電壓中的脈動(dòng)成分削弱，同時(shí)將直流成分適當(dāng)放大，從而在本單元輸出端（N102之10腳）獲得所需電壓值。第三章電氣液壓調(diào)速器第二節(jié)測(cè)頻回路一、典型殘壓測(cè)頻回路2.測(cè)頻電路運(yùn)動(dòng)方程對(duì)于上述電路，測(cè)頻回路運(yùn)動(dòng)方程為

ΔU104=Kf·Δf式中，Kf即為測(cè)頻回路放大系數(shù)。即

(V/Hz)

Kf的調(diào)整通過RW101完成。測(cè)試值應(yīng)滿足設(shè)計(jì)值。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)此部分電路是PID調(diào)節(jié)器的核心，它分為三部分電路：?jiǎn)卧斎?、人工死區(qū)、PID調(diào)節(jié)。第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)一、單元輸入電路該電路的作用是將測(cè)頻回路的輸出——代表機(jī)組實(shí)際頻率的電壓（U104）與給定值——來自頻率給定回路或電網(wǎng)測(cè)頻回路的電壓輸出，進(jìn)行代數(shù)相加運(yùn)算，并將結(jié)果適當(dāng)放大，得到代表頻率偏差的電壓UΔf——U301。第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)二、人工死區(qū)電路

人工死區(qū)亦稱人工失靈，其意義是人為在機(jī)組靜特性曲線上造成一個(gè)死區(qū)，在此死區(qū)中，調(diào)差率很大，當(dāng)系統(tǒng)頻率在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，機(jī)組幾乎不參加調(diào)節(jié)，從而起著固定負(fù)荷的作用。這既有利于機(jī)組穩(wěn)定地?fù)?dān)負(fù)基本負(fù)荷，也有利于電力系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于電力系統(tǒng)中非調(diào)頻機(jī)組，特別是容量較小的機(jī)組，采用這樣的工作方式，是很有意義的。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)二、人工死區(qū)電路

該電路主要由集成電路N302及N308構(gòu)成。N301輸出的頻差信號(hào)電壓UΔf同時(shí)送到N302A，N302B的反相輸入端。它們的同相輸入端則與按鍵開關(guān)SNK301相接。

當(dāng)人工死區(qū)整定為0時(shí)，則兩同相端均接地。N302A和VT301，N302B和VT302分別構(gòu)成兩個(gè)單極性輸出的反相器。當(dāng)UΔf<0時(shí)，N302A輸出正電壓，VT301工作，VT302截止；-UΔf可送到N303，再經(jīng)N303反相，由X302送出UΔf

至PID回路。當(dāng)UΔf>0時(shí)，N302B輸出負(fù)電壓，VT302工作，VT301截止；-UΔf

也可送到N303，再經(jīng)N303反相，由X302送出UΔf

至PID回路。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)二、人工死區(qū)電路

當(dāng)人工死區(qū)整定值不為0時(shí)，有一組按鍵開關(guān)將被按下，N302A同相端將得到一個(gè)預(yù)置的負(fù)電壓-U預(yù)置，N302B同相端將得到一個(gè)幅值和前者一樣的預(yù)置正電壓U預(yù)置。在此情況下，當(dāng)|UΔf|<|U預(yù)置|時(shí)，VT301、VT302將均處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)，N303輸入、輸出均恒為0，PID調(diào)節(jié)器將不產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，從而形成“死區(qū)”。當(dāng)|UΔf|>|U預(yù)置|時(shí)，VT301和VT302必有一個(gè)投入工作，將超過預(yù)置電壓部分的頻差電壓送往PID單元，產(chǎn)生調(diào)節(jié)動(dòng)作。為避免人工死區(qū)的存在影響并網(wǎng)前的頻率跟蹤，通過與油開關(guān)同步的繼電器K301接點(diǎn)K301-2，K301-3控制該電路只在并網(wǎng)后才起作用。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)三、PID調(diào)節(jié)電路

該單元電路主要由N303～N306等集成電路組成。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)三、PID調(diào)節(jié)電路

比例環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)由N303、R331～R333、RWP1、RWP2接點(diǎn)K302-1等組成。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的反相比例器，而且增益可調(diào)。由反相比例器工作原理知道

U303=-kpU302第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)三、PID調(diào)節(jié)電路

比例環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)由N303、R331～R333、RWP1、RWP2接點(diǎn)K302-1等組成。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的反相比例器，而且增益可調(diào)。由反相比例器工作原理知道U303=-kpU302為了運(yùn)行穩(wěn)定、方便，kp

可有兩組整定值：kp1

、kp2。kp1決定于RWP1、R331及R333，調(diào)整RWP1即可調(diào)整kp1。kp2

決定于RWP2、R331及R333，調(diào)整RWP2即可調(diào)整kp2。kp1

與kp2的切換靠與油開關(guān)同步動(dòng)作的繼電器接點(diǎn)K302-1自動(dòng)完成。油開關(guān)閉合前為空載工況，

kp=kp1

，油開關(guān)閉合后為負(fù)載工況，

kp=kp2。第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)三、PID調(diào)節(jié)電路

2.積分環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)由N304、RWI1、RWI2、R334～R336、C303、VDW301等等組成。這是一個(gè)由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的積分電路，所以

式中，ti—積分時(shí)間常數(shù)（秒），通常也使用積分增益Ki(=1/

ti)。ti=C303·RWI。

ti

的整定值也有兩個(gè)，由K302-2切換?？蛰d時(shí)為ti1，負(fù)載時(shí)為ti2。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)三、PID調(diào)節(jié)電路

3.微分環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)主要由N305、C304、C305、RWD1、RWD2、R338～N340組成。這實(shí)際是一個(gè)RC微分電路與一個(gè)反相比例器串聯(lián)的環(huán)節(jié)。

RC微分電路由C304、C305及RWD組成（兩組）。

反相比例器由R338、R340、N305構(gòu)成。

所以，U305～U302的關(guān)系如下：式中td——微分時(shí)間常數(shù)（秒），也稱為微分增益。

第三章電氣液壓調(diào)速器第三節(jié)人工死區(qū)及PID調(diào)節(jié)三、PID調(diào)節(jié)電路

頻差信號(hào)U302經(jīng)P、I、D三單元處理后，最后由以N306為主構(gòu)成的加法電路綜合起來。在該加法器中，穩(wěn)壓器VDW302也是為防止接力器滯后而設(shè)置的。P、I、D單元回路的特點(diǎn)是，P、I、D三環(huán)節(jié)各自獨(dú)立設(shè)置并呈并聯(lián)形式，三環(huán)節(jié)輸出由加法電路綜合。這樣雖然使用線性組件稍多，但卻具有概念明確、各環(huán)節(jié)參數(shù)調(diào)整可獨(dú)立進(jìn)行，不互相干擾的優(yōu)點(diǎn)。

第三章電氣液壓調(diào)速器第四節(jié)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)電路永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)電路亦稱調(diào)差回路，其作用是使調(diào)速器具有有差靜特性，以便于機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，能適當(dāng)?shù)姆峙湄?fù)荷。

第三章電氣液壓調(diào)速器第四節(jié)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)電路永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)電路構(gòu)成及原理

主要由N307，R348，R351，RWbp等組成。在不考慮D5單元的輸出U307時(shí)，該電路完全是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反相比例電路。其輸入輸出關(guān)系為：

U308=-KbpU306U308再經(jīng)RWbp衰減（分壓）后成為U205與頻給輸出綜合。當(dāng)分壓比為0，即RWbp觸頭位于下極限時(shí)，U205=0，則bp=0。當(dāng)分壓比為1，即RWbp觸頭位于上極限時(shí)，U205=U308，則bp=10%。第三章電氣液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動(dòng)信號(hào)電路綜合放大回路主要就是完成功率放大的作用。

一、綜合放大部分

此部分電路主要由N401、VT401、VT402、VT403、VT404等組成。N401實(shí)際構(gòu)成一個(gè)加法器，將來自電氣接力器的信號(hào)電壓U306、表示實(shí)際接力器開度的反饋電壓U403及振動(dòng)信號(hào)電壓U402綜合起來。輸入端的二極管VD401～404起雙向限幅作用。

第三章電氣液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動(dòng)信號(hào)電路綜合放大回路主要就是完成功率放大的作用。

一、綜合放大部分

VT401～VT404組成一個(gè)推挽功放電路。這是一個(gè)準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路。它將N401綜合后的電壓進(jìn)行放大送至電液伺服閥的線圈DY。VD405、VD406作克服交越失真用。mA為一個(gè)平衡電流表，用于監(jiān)視DY中電流大小和方向。第三章電氣液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動(dòng)信號(hào)電路二、導(dǎo)葉反饋電路

該電路由N402A、RWY、RW402及R418~421等組成。這實(shí)際上是一個(gè)同相比例器。RWY的滑動(dòng)觸頭隨導(dǎo)葉接力器一起運(yùn)動(dòng)，所以，輸入電壓U405的高低即反映了接力器的實(shí)際開度。輸出電壓U403僅僅是U405

的比例。N402A起阻抗匹配作用。

第三章電氣液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動(dòng)信號(hào)電路三、振動(dòng)信號(hào)回路該電路由N402B、C401~C404、R411~R415、VDW401、VDW402