1、水水 輪輪 機機 調調 節節目目 錄錄 第一章 概 述 第二章 機械液壓調速器 第三章 電氣液壓調速器 第四章 微機調速器 第五章 調速器與調節對象的動態特性 第六章 水輪機調節系統動態特性及參數整定 第七章 調節保證計算及設備選擇 第三章 電氣液壓調速器第一節 概述u隨著電力系統的日益發展和用電部門對電能質量要求的不斷提高，機械液壓 型調速器已遠不能滿足要求。u高水頭大容量的水輪發電機組及大容量抽水蓄能機組的出現，對調速器提出了更高的要求。uPI調節規律的電液調速器也難于滿足這些要求。u國內外對PID電液調速器的研制發展迅速。 一、電液調速器的形成和特點一、電液調速器的形成和特點第三章 電氣

2、液壓調速器第一節 概述一、電液調速器的形成和特點一、電液調速器的形成和特點電液調速器的優點 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，調節誤差小。電液調速器的死區為0.050.1；而機調的死區為0.150.20。轉速或指令信號按規定型式變化，接力器不動時間：電調不大于0.2s，機調不大于0.3s。 便于實現成組調節、遙控及計算機控制。特別是在計算機快速深入到國民經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的各個方面，機組轉速的調整就是其中的一個重要方面。而電液調速器為實現計算機控制水電站、進行調速器的技術改造等提供了極為方便的條件。一、電液調

3、速器的形成和特點一、電液調速器的形成和特點電液調速器的優點 各種信號的綜合及各種參數的調整均很方便，工況的轉換(如空載、負載參數的切換)也易于實現；便于增設一些輔助性的調節回路，以利于改善調節品質(如微分環節、水壓反饋、人工失靈區回路等)；有利于電站自動化、現代化水平的提高。 安裝、調整、試驗、維修均較方便，如某回路出現問題，更換一塊插件便可再投入運行。 由于機械液壓操作具有調節平穩、調速功較大這一特點，所以在電調中執行機構仍保留了機械液壓操作系統，現在的發展趨勢是進一步提高油壓(目前國內已應用到4MPa)。 第三章 電氣液壓調速器第一節 概述第三章 電氣液壓調速器第一節 概 述二、電液調速器

4、的組成二、電液調速器的組成第三章 電氣液壓調速器第二節 測頻回路一、測頻回路的作用及型式一、測頻回路的作用及型式 測頻回路是電液調速器的基本環節之一，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測頻回路測頻回路輸入信號取自永磁發電機輸入信號取自永磁發電機 齒盤測頻回路齒盤測頻回路 輸入信號取自磁性傳感器的所謂齒盤磁頭輸入信號取自磁性傳感器的所謂齒盤磁頭 殘壓測頻回路殘壓測頻回路 殘壓殘壓-脈沖脈沖 輸入信號取自發電機電壓互感器輸入信號取自發電機電壓互感器 殘

5、壓殘壓-數字數字 輸入信號取自發電機電壓和電流互感器輸入信號取自發電機電壓和電流互感器 隔河巖電廠齒盤測頻示例第三章 電氣液壓調速器第二節 測頻回路一、典型殘壓測頻回路一、典型殘壓測頻回路該電路以集成電路N101、N102為主構成。 第三章 電氣液壓調速器第二節 測頻回路一、典型殘壓測頻回路一、典型殘壓測頻回路1. 測頻電路 由發電機端電壓互感器送來的交流電壓經隔離變壓器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，

6、其輸出為一個與頻率成正比的直流電壓U，即 U102=Kf 式中，K為與VDW101，VDW102，C104，R104有關的常數。 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。第三章 電氣液壓調速器第二節 測頻回路一、典型殘壓測頻回路一、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 U104=Kff式中，Kf即為測頻回路放大系數。即 (V/Hz) Kf的調整通過RW101完成。測試值應滿足設計值。 fUKf104第三章 電氣液壓調速

7、器第三節 人工死區及PID調節 此部分電路是PID調節器的核心，它分為三部分電路：單元輸入、人工死區、PID調節。第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 一、單元輸入電路一、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測頻回路的電壓輸出，進行代數相加運算，并將結果適當放大，得到代表頻率偏差的電壓Uf U301。 第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 二、人工死區電路二、人工死區電路 人工死區亦稱人工失靈，其意義是人為在機組靜特性曲線上造成一個死區，在此死區中，調差率很大

8、，當系統頻率在一定范圍內波動，機組幾乎不參加調節，從 而 起 著 固 定 負 荷 的 作 用 。 這樣既有利于機組穩定地擔負基本負荷，也有利于電力系統的運行。對于電力系統中非調頻機組，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。 第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 二、人工死區電路二、人工死區電路 該電路由集成電路N302 及 N308 構成。 N301 輸出的頻差信號電壓Uf 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SNK 301 相接。 當人工死區整定為0時，則兩同相端均接地。N302A 和VT301 ，N302B 和VT302

9、 分別構成兩個單極性輸出的反相器。 當Uf 0時，N302B 輸出負電壓，VT302 工作，VT301 截止；-Uf 也可送到N308，再經N308 反相，由X302 送出Uf 至PID回路。 第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 二、人工死區電路二、人工死區電路 當人工死區整定值不為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|Uf|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，產生調節動作。 為避免人工死區的存在影響并網前的

10、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后才起作用。 第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 三、三、PID調節電路調節電路 該單元電路主要由N303N306等集成電路組成。 包括比例環節、積分環節和微分環節。第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 三、三、PID調節電路調節電路 比例環節 該環節由N303 、R331R333 、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。 由反相比例器工作原理： U303=-kpU302 為了運行穩定、方便，kp 可有兩組整定值：kp1 、kp2。

11、調整RWP1 即可調整kp1。調整RWP2 即可調整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。 第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 三、三、PID調節電路調節電路 2. 積分環節 該環節由N304 、RWI1、RWI2、R334R336 、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（秒），通常也使用積分增益Ki ( =1/ ti)。ti = C303RWI。 ti 的整定值也有兩個，由

12、K302-2 切換。空載時為ti1，負載時為ti2。 dtUtUi3021304第三章 電氣液壓調速器第三節 人工死區及PID調節 三、三、PID調節電路調節電路 3. 微分環節 該環節主要由N305、C304、C305、RWD1、RWD2、R338N340 組成。這實際是一個RC微分電路與一個反相比例器串聯的環節。 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（秒），也稱為微分增益，通過調節RWD來改變。 dtdUtdtdUtUdd302305305第三章 電氣液壓調速器

13、第三節 人工死區及PID調節 三、三、PID調節電路調節電路 頻差信號U302經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三環節各自獨立設置并呈并聯形式，三環節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、各環節參數調整可獨立進行，不互相干擾的優點。 第三章 電氣液壓調速器第四節 永態轉差系數電路 永態轉差系數電路亦稱調差回路，其作用是使調速器具有有差靜特性，以便于機組并列運行時，能適當的分配負荷。 第三章 電氣液壓調速器第四節 永態轉差系數電路

14、 永態轉差系數電路構成及原理永態轉差系數電路構成及原理 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=-KbpU306 U308再經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%。 第三章 電氣液壓調速器第五節 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、綜合放大部分一、綜合放大部分 此部分電路主要由N40

15、1、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VD401404起雙向限幅作用。 第三章 電氣液壓調速器第五節 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、綜合放大部分一、綜合放大部分 VT401VT404 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，用于監視DY中電流大小和方

16、向。 第三章 電氣液壓調速器第五節 綜合放大及振動信號電路 二、導葉反饋電路二、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。 第三章 電氣液壓調速器第五節 綜合放大及振動信號電路 三、振動信號回路三、振動信號回路 該電路由N402B 、C401 C404 、R411 R415 、VDW401 、VDW402 、RW401 等組成。 這是一個幅值可調的移相式正弦波信號發

17、生器。 它在N402B 的反饋支路上設置了三級RC網絡（串聯式），從而對某頻率使輸出電壓超前輸入360 ，形成正反饋，造成自激振動，從而形成一個正弦波。 VDW401402 起限幅作用。 第三章 電氣液壓調速器第六節 功率、頻率給定回路 功率、頻率給定回路的作用和機調中轉速調整機構的作用是一樣的。不過，在電調中是作為兩個電路來分別設置的。 一個稱為功率給定回路，主要承擔在機組并網運行時增減負荷的作用。 另一個稱為頻率給定回路，主要承擔機組單機運行時改變機組轉速的作用。 這里介紹以8031單片機為主體構成的數字式功率、頻率給定電路。EA/VP31X119X218RESET9WR16P101P11

18、2P123P134P145P156P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526PSEN29ALE/P30VCC40GND20N5018031D07D16D25D34D416D515D614D713CS1WR12WR218V REF8Rfb9ILE19I OUT111I OUT212VSS10VCC20XFER17AGND3N505DAC0832OE1G111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19VCC20VSS10N50274L

19、S373R501K501R508R506R505R507R509R532R516R510R514R512R515K501S7H501X12VD501X11R502K502S8H502X13VD502R503K503S9H503X14VD503R504K504S10H504X15VD504X01,+24VX02,0V+5VK502K503R513K5-4R511K504C503C501C502S501A08A17A26A35A44A53A62A71A823A922A1019A1121CE18OE/VPP20D09D110D211D313D414D515D616D717N5032732AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A8A9A10A11AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A8A9A10A11AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7+5VC509D07D16D25D34D416D515D614D7