西华大学 能源与环境学院水轮机调节及辅助设备
主 讲 人
余波 副教授 林其玉 讲师 熊朝坤 讲师
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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
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。特别是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。因此,国内外对 PID电液调速器的研制发展迅速。
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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
电液调速器与机械液压型调速器相比较,有着明显的优点 。
? 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。
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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
电液调速器与机械液压型调速器相比较,有着明显的优点 。
? 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)。
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第三章 电气液压调速器
第一节 概 述
二、电液调速器的组成
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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
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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。
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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 VDW101,102,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。
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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。
f
UK
f ?
?? 104
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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。
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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。
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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 。
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第三节 人工死区及 PID调节
二、人工死区电路
该电路主要由集成电路 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 SNK 301 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 UΔf <0时,
N302A 输出正电压,VT301 工作,VT302 截
止; -UΔf可送到 N303,再经 N303 反相,由
X302 送出 UΔf 至 PID回路。当 UΔf >0时,
N302B 输出负电压,VT302 工作,VT301 截
止; -UΔf 也可送到 N303,再经 N303 反相,
由 X302 送出 UΔf 至 PID回路。
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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
按键开关将被按下, 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 。 在此情况下, 当 | UΔf| <| U 预置 |时,VT301, VT302 将均处于截止状态, 这时,
N303 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 P I D 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。
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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。
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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知道
U303=-kpU302
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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知道
U303=-kpU302
为了运行稳定、方便,kp 可有两组整定值,kp1,
kp2。 kp1决定于 RWP1, R331 及 R333,调整
RWP1 即可调整 kp1。 kp2 决定于 RWP2, R331
及 R333,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。
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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
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。
dtUtU
i
??? 3 0 213 0 4
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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。 dt
dUtdtdUtU
dd
3 0 23 0 53 0 5 ???
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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。
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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。
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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=-KbpU306
U308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%。
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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。
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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。
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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。
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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。
DW401— 402 起限幅作用。
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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,
E
A
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V
P
31
X1
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18
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7 4 L S 3 7 3
R 5 0 1
K 5 0 1
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R 5 0 6
R 5 0 5
R 5 0 7
R 5 0 9
R 5 3 2
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K 5 0 1
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+ 1 5 V
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+ 1 5 V
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R 5 1 7
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- 1 5 V
功率给定
0 ~ 1 0 V
+9 ~ + 1 1 V
频率给定
C 5 1 8
C 5 1 9
C 5 2 0
+ 5 V
+ 1 5 V
- 1 5 V
0
0
X 4 6
X 4 6
X 5 0
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X 5 0 1
X 5 0 2
X 5 0 3
X 5 0 4
X 5 0 5
X 5 0 6
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第三章 电气液压调速器
第七节 网频测量与频率跟踪
一、网频测量
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第三章 电气液压调速器
第七节 网频测量与频率跟踪
二、频率跟踪电路
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第三章 电气液压调速器
第八节 开停机电压回路
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第三章 电气液压调速器
第十一节 电液随动系统
一、电液伺服阀
DYS-l型双锥式电液伺服阀
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第三章 电气液压调速器
第十一节 电液随动系统
一、电液伺服阀
DYH-S型环喷式电液伺服阀
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第三章 电气液压调速器
第十一节 电液随动系统
一、电液伺服阀
动圈压差式电液转换器
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第三章 电气液压调速器
第十一节 电液随动系统
二、块式直连型
机械液压系统