电气液压调速器
西北工业大学22春“电气工程及其自动化”《电力系统自动装置》期末考试高频考点版(带答案)试卷号2
西北工业大学22春“电气工程及其自动化”《电力系统自动装置》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.同步发电机自动并列中，滑差大于零时，发电机端电压矢量相对系统电压矢量作顺时针方向旋转。
()A.错误B.正确参考答案：A2.自同期并列的冲击电流主要取决于()。
A.发电机的情况B.系统的情况C.并列装置的情况参考答案：B3.无论是单独运行的发电机，还是与可比拟系统并列运行的发电机，调节发电机调速器都不会引起机端电压频率和有功出力的变化。
()A.错误B.正确参考答案：A4.整步电压可分为正弦整步电压和线性整步电压。
()A.错误B.正确参考答案：B5.B.相角差C.频率差D.滑差角频率参考答案：BCD6.同步发电机的并列方法可分为准同期并列和同期并列。
()A.错误B.正确参考答案：A7.负荷消耗的有功功率随系统频率变化的现象，称负荷的频率调节效应。
()A.错误B.正确参考答案：B8.励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器组成。
()A.错误B.正确参考答案：B9.在下列哪种情况下，系统频率将稳定?()A.系统有功功率平衡B.系统无功功率平衡C.系统有功功率等于无功功率参考答案：AA.脉动电压周期B.滑差频率C.滑差角频率D.相角差参考答案：ABC11.同步发电机自同期与准同期并列过程中合闸前的共同点是()。
A.电机均未励磁B.电机均已励磁C.电机均接近同步转速参考答案：C12.同步发电机的励磁电源实质上是一个()。
A.可控的交流电源B.不可控的直流电源C.可控的直流电源参考答案：C13.自同期并列的条件是发电机()。
A.停转B.未励磁，接近同步转速C.已励磁，接近同步转速参考答案：B14.电力系统安全自动控制装置有自动低频减载装置、自动解列装置、水轮机组低频自启动、自动切机装置、电气制动装置等。
()A.错误B.正确15.发电机无功调节特性中，调差系数大于零对应的特性称正调差特性，即随着无功电流的增大发电机端电压增大。
液压调速器的工作原理
液压调速器的工作原理
液压调速器是一种用于调节机械设备转速的装置，它利用液压力学原理实现调速功能。
其工作原理如下：
1. 液压调速器由液压泵、液压马达、流速调节阀和油箱等组成。
2. 液压泵将液体从油箱中抽取，并通过管道输送到液压马达。
3. 流速调节阀位于泵和马达之间，可以调节液体的流速。
4. 当液体通过马达时，液体的压力和速度都会增加，同时驱动机械设备转动。
5. 通过调节流速调节阀，可以改变液体的流速，从而控制马达的转速。
6. 当流速调节阀打开时，液体流速增加，马达转速加快；当流速调节阀关闭时，液体流速减小，马达转速降低。
7. 液压调速器通过不断调节流速调节阀的开关状态，实现精确的转速调节。
总之，液压调速器利用液体压力和流速的调节，通过控制液压马达的转速来实现机械设备的调速功能。
调速器液压系统
➢ 主配压阀：包括桨叶主配压阀及导叶主配压阀，其结构如图所示。
WIKA
WIKA
WIKA
WIKA
3.52 3.52
3.84
➢ 事故配压阀：其机构及原理Байду номын сангаас图所示
事故排油
开机腔供油 关机腔供油
事故排油
开机腔供油 关机腔供油
开关
Ⅵ
Ⅳ
Ⅲ
开关
Ⅵ
Ⅳ
Ⅲ
指示杆
缓冲腔 调节螺钉 活塞（阀芯）
识别尺寸
Ⅰ
Ⅴ 开机腔排油
➢ 高压油泵组：即向工作压油槽及 事故压油槽供油装置，根据压油 槽内的压力及油位变化情况及时 向压油槽补充油量，确保调速器 用油。挂治水电厂压油泵采用的 是天津顶佳生产的三螺杆泵，其 结构图如左图所示。
调速器压油泵剖面图
➢ 油压装置：油压装置包括工作压油槽和事故压油槽，其内有1/3的 透平油及2/3的压缩空气，其工作压力为6.3MPa，其内的透平油 及压缩空气是通过安装于其上的液位及压力测量元器件根据测量 结果启动压油泵补油或开启自动补气阀补气的（由于高压气系统 工作压力与调速器系统压力相同，暂未实现自动补气功能，现仅 是根据油位及压力情况手动补气）。工作压油槽主要提供机组正 常情况下的用油，通过导叶主配及桨叶主配向导叶接力器和桨叶 接力器供油，操作接力器调节导叶及桨叶的开度；事故压油槽主 要提供机组在紧急情况下停机用油，避开主配通过事故配直接向 导叶接力器关闭腔供油。
➢ 漏油装置：漏油装置包括漏油泵及漏油箱，漏油箱主要收集机组 调速器系统自动化元器件（电磁阀、工作油槽及事故油槽换向阀、 事故配液控换向阀、事故配油阀）及受油器、液压锁锭、主配等 设备在运行过程中的排油或渗漏油，漏油泵的主要作用就当漏油 箱内的漏油收集到一定量后将其打回到调速器回油箱中。
第五章 调速器选择和调节保证计算
尾水管内的最大压力下降： 在突然关闭导叶时，尾水管内产生压力下降，此水锤波 也会在尾水管出口处产生负反射，并有可能在尾水管进 口截面形成“回冲”。
叶片数Z=4时，K=8；Z=5时，K=8.5 ； Z=6时，K=9。
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第一节 调速器选择
三、调速功的计算
3. 冲击式水轮机的调速功 （1）喷针接力器的调速功
（2）折向器接力器调速功
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第二节 调节保证计算的任务和标准
二、调节保证计算的标准
2. • 计算标准 水锤压力上升率ζmax
max
H max H 0 H0
机组甩去全负载时蜗壳末端允许的最大压力上升率ζmax按下表考虑：
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主 讲 人
余波副教授 林其玉讲师 熊朝坤讲师
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第五章 调速器选择和调节保证计算
第一节 调速器选择
一、中小型调速器选择的原则
（1）根据水轮机的出力和水头等有关参数，确定所需调速功来选择相应容量的调速器。 （2）当电站和机组容量较大，在小电网中担任调频任务；或有单机带孤立负载的运行方 式；对电能品质要求较高；或系统中有较大的冲击负载时；应选用调节品质好，自动化程 度高的电气液压调速器。 （3）当机组引水管道较长，水流惯性时间常数Tw较大（如 Tw＞2.5s），以选用电气液 压调速器为宜。 （4）当机组容量较小，在系统中地位不重要，经常承担基荷时，可选用机械液压调速器 或电液调速器。 （5）由于调速器bt、Td及Tn值在很大程度上决定了调节系统的动态品质，因而选择调速 器时，应按被控制系统的特性估算bt、Td及Tn值，并使所选调速器的bt、Td及Tn上限值 大于计算值。
调速器技术培训
技术培训教材(微机调速器)第一节原理及作用1、水轮机调速器的任务水轮发电机是将水能转换成电能的机械装置，水轮机调速器是控制水轮发电机组在各种工况下，安全运行的控制设备之一，它的任务是：控制水轮发电机组自动开机、停机、转速调节、负荷调整、机组各种运行工况的转换、机组或电力系统故障时紧急停机。
必要时还可以通过调速器的手动方式操作机组运行。
对转浆式水轮机调速器，还有维持机组在高效区运转的任务。
调速器在作转速调节和负荷调整时，其任务的实质是维持进入水轮机的能量和发电机组输出的电能之间的平衡。
2、调速器维持发电机组输入和输出能量平衡途径水轮机发电机组转速部份，是一个围绕固定轴线作旋转运动的刚体，机组转速的运动规律可由下述方程描述：dωJ———=Mt-MgdtJ——机组的转动部份转动惯量ω——机组的角速度，πŋω——机组的角速度，ω=————30Mt——水轮发电机的动力矩Mg——发电机组的阻力矩Mg发电机阻力矩包括电负荷产生阻力矩，与发电机输出电流、电压成比例，轴摩擦力、空气阻力及机组损耗产生的阻力。
Mt是水轮机的动力矩，由水流对水轮机叶片的作用力形成。
水轮机出力的经典计算公式：N=Mt·ω＝9.81·Q·H·η因此：N 9.81×Q×H×ηMt=———=——————————ωω式中：Q——水轮机的流量m3/sH——水头mη——水轮机效率从式可知当Mg≠Mt时，机组的转速就会发生改变。
不是加速就是减速。
只有Mg＝Mt时，机组才能维持匀速稳定运转。
Mg是发电机阻力矩，主要来自系统的电力负荷，它是一个随时在改变的量，从（2）可知，水头H，是不能随便改变的，维持Mg=Mt的平衡，只有调节进入水轮机的流量Q。
因此在水轮机中，设置有便于控制的导水叶（或喷针机构），调整导水时的开度，就改变进入水轮机的流量，改变了动力矩，维持能量平衡，从而使机组持速保持在规定的范围里。
调速器机械液压系统说明
附件3调速器机械液压系统说明书附件3 调速器机械液压系统说明书1 概述HGS-H21-150-6.3型调速器机械液压系统与微机型电气调节装置配合组成微机型电液调速器，适用于巨型混流式水轮发电机组的自动调节和自动控制，其主要作用是：1.1 实现水轮机转速的单机调节和控制。
1.2 实现机组按规定操作程序进行正常的自动启动和自动停机、空载、单机或并网带负荷稳定运行。
并能在机组运行中出现故障时，进行手动和自动事故停机及必要的机组保护操作，以保证机组的安全运行。
2 主要技术数据伺服比例阀最大工作电流： 3.7A主配压阀直径：Φ150mm主配压阀行程：开方向20mm；关方向30mm工作油压： 6.3MPa直流电源电压：DC220V或DC24V交流电源电压：AC220V 50Hz3 系统结构调速器机械液压系统在设计上采用液压集成技术和流量控制、流量反馈技术，使得运动部件实现无间隙传递运动，极大地降低了死区并提高了控制精度，集成阀块、液压元件和功能部件之间的油路连接均采用O型密封圈静止密封方式，无泄漏，大量使用标准液压元件。
系统主要由主配压阀、集成阀块、滤油器等几部分组成，主配压阀是实现操作接力器的功能部件，集成阀块是实现液压逻双伺服比例阀机械液压系统之间的油路连接和控制压力油、控制回油的对外连接均通过底板实现，并实现各功能部件的单层布置，系统内无杠杆，整机结构简洁新颖，安装、调试、操作、维护简便。
本装置内所有电气连接线路都通过设于底板上的接线端子与外部相连。
端子的一侧与装置内各元件的接线相联，另一侧与外部的对应接线联结。
在所有联接导线中，伺服比例阀、位移传感器等元件的内外信号电缆均须采用屏蔽电缆与电气柜输出端子相连。
3.1 伺服比例阀采用德国BOSCH公司生产的伺服比例阀作为调速器液压系统的电液转换元件。
伺服比例阀工作原理如下：根据伺服比例阀的输入输出特性Q=f(U E)，即伺服比例阀功放板接受±10V的控制信号，经其放大后输出相应的电流信号，电流信号在伺服比例阀线圈中产生的磁场驱动比例电磁铁移动相应的位移量，从而带动伺服比例阀的阀芯移动，输出相应的流量，输出流量与输入控制信号成比例线性关系。
第21讲 液压电子调速器.ppt
2、Woodward PGA调速器
三、液压调速器的调节
1、稳定调速率的调节 2．稳定性调节 3．速度设定的调节
柴油机的调速特性曲线
δ2相同负荷均匀分配
δ2不同负荷分配不均匀 并联运行负荷分配的特性曲线
1、稳定调速率的调节
液压调速器的稳定调速率δ2可通过 速度降机构（刚性反馈机构）进行调节。
2．稳定性调节
为了保证调速过程稳定，在液压调 速器中设有反馈系统，以使调速器具有 良好的稳定性。通常在调速器换新或修 理后装机时应对反馈系统进行综合调节 ，以获得尽可能小的瞬时调速率δ1和尽 可能短的稳定时间ts。
3．速度设定的调节
速度设定的调节主要包括气动低速 设定值调节，控制空气压力与相应转速范 围调节，以及手动设定旋钮的最高转速调 节。
本次课内容
标题：液压、电子调速器
课题七 柴油机操纵与试机 第八节 液压调速器 第九节 电子调速器
目的与要求
掌握柴油机液压调速器和电子调 速器的结构和工作原理。
第八节 液压调速器
一、液压调速器的工作原理 二、液压调速器的典型结构 三、液压调速器的调节
一、液压调速器的工作原理
1、无反馈简单的液压调速器 2、刚性反馈液压调速器 3、弹性反馈液压调速器 4、双反馈液压调速器
一、电子调速器的工作原理
1．电子调速器的各组成部分 ①输入部分 ②控制部分 ③执行部分 2．调速器的调速原理
电子调速器原理框图
一、电子调速器的工作原理
3．放大器的“增益控制单元”和“复位单 元”
放大器在工作时，根据转速变化不断地输 出“加油”或“减油”信号，由于其反应极为 灵敏，很难做到根据转速变化“适可而止”地 改变喷油泵的供油量，柴油机转速不易很快稳 定而产生转速的波动。为此，在放大器中专门 设置了“增益控制单元”和“复位单元”，使 电子调速器能稳定地工作。
调速器的类型
调速器的类型
各种类型调速器的机械液压部分是基本相同的,它们的主要区别在于采用不同的调节器。
目前，调速器有以下几种类型:
1. 机械液压调速器
机械液压调速器的测速元件由机械式的菱形离心飞摆构成，当机组频率偏离给定值时，离心飞摆促使调速器进行调节。
调节器则由一套机械杠杆传动系统构成。
这种调速器在一些投产较早的中小电站仍在采用。
2. 电气液压调速器
电气液压调速器的特点是,测频元件和调节器都采用电子元件组成的模拟电路，如LC测频电路、综合放大电路、软硬反馈电路、给定电路、调差电路等。
调节器输出的是电气信号，因比要通过电液转换器转换成相应的机械位移信号。
3. 微机调速器
微机调速器中的调节器以计算机为核心，它在其本硬件构成的基础上，
调节器的功能是由软件来实现的。
由于微机具有丰高的运算和逻辑判断功能和强大的记忆能力，使调速器不仅具有传统调速器的基本调节功能，还扩充了一些新的功能，如故障诊断和处理、事故追忆和记录、通信功能、试验功能等。
因此，微机调速器己成为当今调速器发展的主流。
微机调速器本身也随着计算机技术的发展而不断发展，最初是采用一些单片微机芯片，后来发展到采用工控机或可编程序控制器。
由于微机工作可靠性的提高，电气部分的故障率己较低，但是调速器中的电液转换器仍然是故障率较高的部件。
为了提高调速器整体的可靠性和抗油污能力，近年来又采用了由电机(步进电机、伺服电机)构成的电气/位移机构的新型微机调速器，取消了电液转换器。
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为了运行稳定、方便，kp 可有两组整定值：kp1 、
kRpW2。Pk1p1即决可定调于整RkWp1P。1k、p2R决33定1于及RRW3P332
，调整 、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。
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、
ΔU104=Kf·Δf 式中，Kf即为测频回路放大系数。即
Kf
U104 f
(V/Hz)
Kf的调整通过RW101完成。测试值应满足设计值。
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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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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。
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。
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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
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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• 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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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。
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
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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。
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：
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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
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
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。
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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PID单元，产生调节动作。
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
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。
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
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
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。