第三章-電氣液壓調(diào)速器演示教學

趙斌娟

副教授主講人流體機械自動控制第一頁，共32頁。目錄第一章概述第二章機械(jīxiè)液壓調(diào)速器第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第四章微機(wēijī)調(diào)速器第五章調(diào)速器與調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性第六章水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性及參數(shù)整定第七章調(diào)節(jié)保證計算及設備選擇第二頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第一節(jié)概述隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和用電部門對電能質(zhì)量要求的不斷提高，機械液壓型調(diào)速器已遠不能滿足要求。高水頭大容量的水輪發(fā)電機組及大容量抽水蓄能機組的出現(xiàn)，對調(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。國內(nèi)外對PID電液調(diào)速器的研制發(fā)展迅速。

一、電液調(diào)速器的形成和特點第三頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第一節(jié)概述一、電液調(diào)速器的形成和特點電液調(diào)速器的優(yōu)點

以電氣元件代替了機械元件，這可以大大減少機械加工的工作量，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％；而機調(diào)的死區(qū)為0.15％～0.20％。轉速或指令信號按規(guī)定型式變化，接力器不動時間：電調(diào)不大于0.2s，機調(diào)不大于0.3s。便于實現(xiàn)成組調(diào)節(jié)、遙控及計算機控制。特別是在計算機快速深入到國民經(jīng)濟及人民生活各個領域的今天，計算機也已開始引入到水電行業(yè)的各個方面，機組轉速的調(diào)整就是其中的一個重要方面。而電液調(diào)速器為實現(xiàn)計算機控制水電站、進行調(diào)速器的技術改造等提供了極為方便的條件。第四頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)一、電液調(diào)速器的形成(xíngchéng)和特點電液調(diào)速器的優(yōu)點

各種信號的綜合及各種參數(shù)的調(diào)整均很方便，工況的轉換(如空載、負載參數(shù)的切換)也易于實現(xiàn)；便于增設一些輔助性的調(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)；有利于電站自動化、現(xiàn)代化水平的提高。

安裝、調(diào)整、試驗、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行。由于機械液壓操作具有調(diào)節(jié)平穩(wěn)、調(diào)速功較大這一特點，所以在電調(diào)中執(zhí)行機構仍保留了機械液壓操作系統(tǒng)，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是進一步提高油壓(目前國內(nèi)已應用到4MPa)。

第三章電氣液壓調(diào)速器第一節(jié)概述第五頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第一節(jié)概述二、電液調(diào)速器的組成第六頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第二節(jié)測頻回路一、測頻回路的作用及型式測頻回路是電液調(diào)速器的基本環(huán)節(jié)之一，其作用是將機組運行的實際頻率準確及時地測量出來。一般是把頻率信號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頻率的變化。這種變換常稱為頻率——電壓變換（F/V）。

LC測頻回路齒盤測頻回路殘壓測頻回路

隔河巖電廠齒盤測頻示例第七頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第二節(jié)測頻回路一、典型殘壓測頻回路該電路以集成電路N101、N102為主構成。

第八頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第二節(jié)測頻回路一、典型殘壓測頻回路1.測頻電路由發(fā)電機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，當輸入頻率為f的交流信號時，其輸出為一個與頻率成正比的直流電壓U，即

U102=K·f

式中，K為與VDW101，VDW102，C104，R104有關的常數(shù)。

N102為一通用型雙運算放大器，構成兩級有源低通濾波放大器。它一方面將N101的輸出電壓中的脈動成分削弱，同時將直流成分適當放大，從而在本單元輸出端（N102之10腳）獲得所需電壓值。第九頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第二節(jié)測頻回路一、典型殘壓測頻回路2.測頻電路運動方程對于上述電路，測頻回路運動方程為

ΔU104=Kf·Δf式中，Kf即為測頻回路放大系數(shù)。即

(V/Hz)

Kf的調(diào)整通過RW101完成。測試值應滿足設計值。

第十頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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：單元輸入、人工死區(qū)、PID調(diào)節(jié)。第十一頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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以集成電路N301為主構成。該電路的作用是將測頻回路的輸出——代表機組實際頻率的電壓（U104）與給定值——來自頻率給定回路或電網(wǎng)測頻回路的電壓輸出，進行代數(shù)相加運算，并將結果適當放大，得到代表頻率偏差的電壓UΔf——U301。第十二頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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，其意義是人為在機組靜特性曲線上造成一個死區(qū)，在此死區(qū)中，調(diào)差率很大，當系統(tǒng)頻率在一定范圍內(nèi)波動，機組幾乎不參加調(diào)節(jié)，從而起著固定負荷的作用。這樣既有利于機組穩(wěn)定地擔負基本負荷，也有利于電力系統(tǒng)的運行。對于電力系統(tǒng)中非調(diào)頻機組，特別是容量較小的機組，采用這樣的工作方式，是很有意義的。

第十三頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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

該電路由集成電路N302及N308構成。N301輸出的頻差信號電壓UΔf同時送到N302A，N302B的反相輸入端。它們的同相輸入端則與按鍵開關SNK301相接。

當人工死區(qū)整定為0時，則兩同相端均接地。N302A和VT301，N302B和VT302分別構成兩個單極性輸出的反相器。當UΔf<0時，N302A輸出正電壓，VT301工作，VT302截止；-UΔf可送到N308，再經(jīng)N308反相，由X302送出UΔf

至PID回路。當UΔf>0時，N302B輸出負電壓，VT302工作，VT301截止；-UΔf

也可送到N308，再經(jīng)N308反相，由X302送出UΔf

至PID回路。

第十四頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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

當人工死區(qū)整定值不為0時，有一組按鍵開關被按下，N302A同相端將得到一個預置的負電壓-U預置，N302B同相端將得到一個幅值和前者一樣的預置正電壓U預置。當|UΔf|<|U預置|時，VT301、VT302將均處于截止狀態(tài)，這時，N308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|UΔf|>|U預置|時,VT301和VT302必有一個投入工作，將超過預置電壓部分的頻差電壓送往PID單元，產(chǎn)生調(diào)節(jié)動作。為避免人工死區(qū)的存在影響并網(wǎng)前的頻率跟蹤，通過與油開關同步的繼電器K301接點K301-2，K301-3控制該電路只在并網(wǎng)后才起作用。

第十五頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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。

包括比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)。第十六頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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K302-1等組成。這是一個標準的反相比例器，而且增益可調(diào)。由反相比例器工作原理：U303=-kpU302為了運行穩(wěn)定、方便，kp

可有兩組整定值：kp1

、kp2。調(diào)整RWP1即可調(diào)整kp1。調(diào)整RWP2

即可調(diào)整kp2。

kp1

與kp2的切換靠與油開關同步動作的繼電器接點K302-1自動完成。油開關閉合前為空載工況，

kp=kp1

，油開關閉合后為負載工況，

kp=kp2。第十七頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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。這是一個由集成運算放大器構成的積分電路，所以有

式中，ti—積分時間常數(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，由K302-2切換。空載時為ti1，負載時為ti2。

第十八頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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。這實際是一個RC微分電路與一個反相比例器串聯(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構成。

所以，U305～U302的關系如下：式中td——微分時間常數(shù)（秒），也稱為微分增益，通過調(diào)節(jié)RWD來改變。

第十九頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)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U302經(jīng)P、I、D三單元處理后，最后由以N306為主構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置的。

P、I、D單元回路的特點是，P、I、D三環(huán)節(jié)各自獨立設置并呈并聯(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)整可獨立進行，不互相干擾的優(yōu)點。

第二十頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第四節(jié)永態(tài)轉差系數(shù)電路永態(tài)轉差系數(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，以便于機組并列運行時，能適當?shù)姆峙湄摵伞?/p>

第二十一頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第四節(jié)永態(tài)轉差系數(shù)電路永態(tài)轉差系數(shù)電路構成及原理

主要由N307，R348，R351，RWbp等組成。在不考慮D5單元的輸出U307時，該電路完全是一個標準反相比例電路。其輸入輸出關系為：U308=-KbpU306U308再經(jīng)RWbp衰減（分壓）后成為U205與頻給輸出綜合。當分壓比為0，即RWbp觸頭位于下極限時，U205=0，則bp=0。當分壓比為1，即RWbp觸頭位于上極限時，U205=U308，則bp=10%。第二十二頁，共32頁。流體機械(jīxiè)自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動信號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實際構成一個加法器，將來自電氣接力器的信號電壓U306、表示實際接力器開度的反饋電壓U403及振動信號電壓U402綜合起來。輸入端的二極管VD401～404起雙向限幅作用。

第二十三頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動信號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組成一個推挽功放電路。這是一個準互補對稱電路。它將N401綜合后的電壓進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為一個平衡電流表，用于監(jiān)視DY中電流大小和方向。第二十四頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動信號電路二、導葉反饋電路

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

的比例。N402A起阻抗匹配作用。

第二十五頁，共32頁。流體(liútǐ)機械自動控制江蘇大學(dàxué)第三章電氣(diànqì)液壓調(diào)速器第五節(jié)綜合放大及振動信號電路三、振動信號回路該電路由N402B、C401~C404、R411~R415、VDW401、VDW402、RW401等組成。這是一個幅值可調(diào)的移相式正弦波信號發(fā)生器。它在N40