第一章+概述ppt课件.ppt

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,第一章 概 述,第一节 水轮机调节的任务,水力发电生产过程：,流体机械自动控制,江苏大学,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第一节 水轮机调节的任务和途径,一、水轮机调节的必要性用电负荷是随时变化的电能无法大量储存电能生产必须满足电能质量的要求 大电网：f=500.2Hz V=Ve(510%)Ve 小电网：f=500.5Hz V=Ve(510%)Ve,会导致机组转速频率、电压变化,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第一节 水轮机调节的任务和途径,二、水轮机调节的任务 随着电力系统负荷的改变，水轮机相应地改变导水机构的开度，机组转速恢复并保持为额定转速的过程，称为水轮机调节。 根据电力系统负荷的变化，不断调整水轮机的输入功率，保证机组的转速稳定是水轮机调节的基本任务。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第一节 水轮机调节的任务和途径,三、水轮机调节的途径和方法 机组转子运动方程 途 径 方 法 通过人工手动方式或水轮机调速器自动方式实现,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第一节 水轮机调节的任务和途径,四、水轮机调节的特点和基本要求特点： 操作力大； 影响因素多，动作过程复杂； 功能多。调速器不仅能维持机组转速不变，而且还是机组主要控制设备之一。机组的启动、停机、并网和加减负荷等操作也是调速器的主要功能。近代大型电液调速器，又有许多附加功能，如：有功功率的成组调节，按有差特性分配各机组之间的负荷，按水位调节，按开度调节以及卡普兰机组的波动控制等。水轮机调速器同时还是安全监控系统的执行部分之一，当发生电气事故引起发电机突然跳闸以后，调速器可以及时地将水轮机关闭，防止事态扩大。一旦事故消除，调速器又能迅速起动机组，增加了备用机组快速投入的灵活性。 结构类型多。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第一节 水轮机调节的任务和途径,四、水轮机调节的特点和基本要求基本要求： 及时; 准确; 平稳。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,一、人工调节分析基本过程： 观察； 分析决策； 功率放大； 执行； 对执行结果的反复观察。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,二、直接作用式调速系统离心摆的力学特性 在工作范围内的任意转速下，重块离心力FL与滑套所受的弹力FT总能使离心摆处于动态平衡。滑套的位置L与离心摆的转速n呈现出一种线性比例关系。 因此，离心摆可以用于测量机组转速，同时将转速转换成位移。,调速系统基本工作过程由离心摆测量转速并转换成A点位移；杠杆AOB将A点位移传递到B点；B点带动闸门控制流量。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,二、直接作用式调速系统存在问题操作力小；静态转速偏差大。结 论不能用,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,三、具有液压放大机构的调速系统此为解决前述系统操作力小的问题而提出。液压放大系统结构系统工作过程,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,三、具有液压放大机构的调速系统系统工作过程分析结论该系统虽然具有强大的操作力，但是其工作过程是不稳定的。仍须改进！,流体机械自动控制,江苏大学,流体机械自动控制,江苏大学,四、具有硬反馈机构的调速系统此为解决前述系统不稳定问题而提出。系统结构,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统系统工作过程分析动态特性稳定,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统系统工作过程分析调速器静特性曲线静态特性有差静特性指标永态转差系数bp，其值大小决定于DE之长。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,四、具有硬反馈机构的调速系统结 论虽然稳定，但是静态转速偏差大的问题仍然存在。还须改进！,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统缓冲器基本原理,：为缓冲时间常数，和节流孔流量系数、过流面积，活塞面积以及弹簧刚性系数有关。,流体机械自动控制,江苏大学,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统系统基本工作原理,第一章 概 述,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统系统动、静特性,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,五、具有软反馈机构的调速系统结 论该系统可以完成水轮机调节的基本任务！,流体机械自动控制,江苏大学,流体机械自动控制,江苏大学,六、具有操作控制机构的调速系统（一）转速调整机构组成： 转速调整机构由杠杆、电动机、减速器、手轮等组成，通过硬反馈机构的传动杠杆起作用。人为搬动手轮或使电动机转动，都经过减速器引起P端上升或下降。而P的升、降将影响杆AOB的稳定位置。动作原理：设机组单机运行，原转速为n0，如使 P上升，则 O上升，杆AOB将以A为中心反时针转动。 配压阀B升高，接力器开度加大，机组转速上升。 滑套 A升高，最后，配压阀回到中间位置时整个机构稳定下来。 与原有状态相比，操作的结果是使机组转速升高了，如达到n1。同时杠杆AOB也稳定在新的A端较高的位置。反过来，如果人为使P下降，则会引起机组转速降低，如在n2稳定下来。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统,原理分析：上述过程表明，在负载不变时，转速调整机构动作，可以人为调整机组转速。从调速系统静特性来研究，这种人为的升、降转速与接力器原有开度无关，在任何一个开度下都可以产生同样的效果。同时，转速调整机构的动作并不改变反馈机构的杠杆比，即不影响调速系统静特性的倾斜程度，永态转差系数bp不变。因此，转速调整机构的动作，是使调速系统静特性发生平行移动。,结论：转速调整机构的动作，是使调速系统静特性发生平行移动。其作用是：当机组单机运行时，可调整转速；当机组并网运行时，可调整机组出力,流体机械自动控制,江苏大学,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统（二）开度限制机构,2、限制开度作用 配压阀B上升时，接力器向右移动，即加大开度。随着开度的增加，通过传动杆件造成S下降。S端的下降位移与接力器行程的变化成正比。接力器开大到一定值时，S端走完原有间隙，将使配压阀限制在中间位置及以下。此时配压阀不能上升，接力器也就不能继续开大，其开度就达到了限制值。,1、组成 开度限制机构包括杠杆STU、直角杆IJK，以及与转速调整相似的控制机构。S端与配压阀B之间是有间隙的连接。这一套机构可以人为限制接力器的开度，也可以实现开、停机操作。,搬动手轮或使电动机转动，都会经过减速器影响T的高、低，即改变间隙的大小。T上升即间隙加大，对应限制开度增加，反之则使限制开度减小。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,六、具有操作控制机构的调速系统（二）开度限制机构3、开、停机作用,开机令：人为操作开度限制机构使T上升，杠杆STU以U为中心顺时针转动，S的升高；配压阀活塞上升，接力器打开导叶，机组转速将逐渐提高。,接力器开大，反馈机构的动作，使配压阀向下回复；,开度限制机构的动作，使配压阀向下回复；,机组转速逐步上升，最后达到额定转速并稳定，开机完成。,停机令：在机组运行过程中人为使T下降，强制配压阀活塞下移，接力器不断减小导叶开度，直至完全关闭，完成停机动作。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,七、水轮机调节系统的组成,调速系统,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,八、水轮机调节系统静特性1、定义 在机组处于稳定状态，调速器给定信号不变的条件下，机组的转速n与机组的有功功率P之间的关系，即为水轮机调节系统的静特性，也称机组静特性。,2、图形描述1）有差静特性；2）无差静特性。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,八、水轮机调节系统静特性3、参数描述机组静特性一般采用调差率ep加以描述：它是水轮机调节系统静态特性曲线上某一规定运行点斜率的负数。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,八、水轮机调节系统静特性4、ep与bp的关系（1）ep依赖于bp，并通过bp来整定。（2） 但是ep不等于bp。因为机组的空载开度不等于零，且与水头有关；满载开度也不一定全开，也与水头有关。（3） 实际上，ep只是bp的一部分。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,九、变动负荷在并列机组间的分配变动负荷按什么规则进行分配，同时引起多大的转速/频率偏差？,总变动负荷,几何关系,整理：,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,九、变动负荷在并列机组间的分配,结论：,（2）若某台机组调差率为零，则由其承担所有变动负荷。,（1）,（3）,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,十、并列机组中转速调整机构的作用,假定：系统总负荷不变；1号机静特性向上平移,数量关系：,几何关系：,整理：,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,十、并列机组中转速调整机构的作用,则有,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,十一、调速器在系统调频中的应用,1、转速死区定义,2、转速死区对负荷分配的影响,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第二节 自动调速器的组成原理,十一、调速器在系统调频中的应用,3、结论,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第三节 双调节调速器原理,转浆式水轮机双调节调速器,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第三节 双调节调速器原理,冲击式水轮机双调节调速器,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第四节 调速器的分类和标准系列,一、调速器的分类 1按构成情况分类 由调速器主要元件的结构型式不同，可以分为机械液压和电气液压两大类。前者完全由机械元件构成；而后者有一部分元件用了电子回路，由电气部分和液压操作部分共同组成。 2 按输出动作分类 （1）单调节调速器。只有一个执行机构，输出一个调节动作。如用于混流式、轴流定桨式水轮机的调速器。 （2）双调节调速器。具有两个执行机构，输出两个互相配合的调节动作。如用于轴流转桨式及水斗式水轮机的调速器。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第四节 调速器的分类和标准系列,一、调速器的分类 3 按工作容量分类 调速器的工作容量是指接力器在额定油压下走全行程所能作的功。它也表明了主要元件的尺寸大小。调速器按工作容量不同分为： （1）特小型调速器。工作容量3452940Nm（35300kgm）。 （2）小型调速器。工作容量29409810Nm（3001000kgm）。 （3）中型调速器。工作容量1471529430Nm（15003000kgm）。 （4）大型调速器。工作容量大于29430Nm（3000kgm） 中小型调速器在型号中用数字表明其工作容量大小（kgm）。大型调速器由于工作容量很大，则用数字标明主配压阀的上阀盘直径大小（mm） 4按调节过程的动作规律分类 当调速器的构成，特别是反馈元件不同时，其动作过程的规律会不同。按动作规律的情况可分为：比例规律 （P型）调速器；比例一积分规律（PI 型）调速器；比例积分微分规律 （PID型）调速器。,流体机械自动控制,江苏大学,第一章 概 述,第四节 调速器的分类和标准系列,二、我国调速器型号编制方法根据部标(JB2832-79）规定：调速器的型号由三部分代号组成，其间以“”分开。第一部分表示调速器的基本特征和类型，用汉语拼音的字首表达。第二部分表示大、中、小型，如前所述用数字表达。第三部分以数字表示调速器的额定工作油压。当额定工作油压为2.5MPa (2.5X106Pa)及以下时不标注。调速器型号排列顺序如下： 1大型无代号；中小型与油压装置组合在一起，代号y；特小型通流式结构，代号T； 2机械液压无代号；电气液压代号D； 3单调节无代号；双调节代号S； 4调速器基本代号T； 5调速器工作容量(Nm )；或主配压阀直径，mm； 6改型标记，经改型的用A、B等标明； 7调速器额定工作油压，大于 2.5MPa的才标注，单位MPa。,流体机械自动控制,江苏大学,