2、调速器基本原理和设备特性
船舶电力系统频率及有功功率自动调整
1 45 HZ L2C 2
2）有功功率变换器（1台/ 机） 它将每台发电机输出的有功功率变换成 与之成正比的直流电压信号。
特性关系：Up = Kp P (K f ---------功率变换系数)
框图： 实际线路举例：
up = u1 - u2 u1 = k( uu + ui cos ) u2 = k( uu - ui cos ) up = 2k ui cos 由于 uikiI up =2kki I cos = Kp P
改变其控制角，改变轴带发电机励磁电流，调节轴带发 电机
输出功率 （6）控制系统：
实现对轴发装置的自动控制
西门子可控硅轴带发电机控制系统基本原理
电压与无功功率自动控制原理 同步补偿器的电压调节器保证电压恒定，它产生的无功功率满 足全船负荷的要求。
频率与有功功率自动控制原理 当主机转速变化时，根据轴带发电机功率输出特性的不同状态， 采用两种控制方式： 1）励磁电流自动调节系统 轴带发电机运行在I 区，逆变器的逆变角为最小并保持恒定 （30） 当主机转速下降，增大励磁电流，维持输出功率恒定并保证频 率不变 2）逆变角自动调节系统 轴带发电机运行在II 区，此时轴带发电机的励磁电压和励磁电 流为最大（恒定），当主机转速下降，只有增加逆变角，使整 流电压与逆变电压随转速下降而减少，输出功率线性递减，自 动卸去电网的次要负载，保证频率恒定不变
2） 功率分配调节时的振荡现象 设 每 一 个 调 节 脉 冲 产 生 机 组 的 功 率 变 化 量 为 P （与脉冲宽度相关） 与调节器的ε对应的功率变化量为 Pε 则当P 2 Pε 时 系统可能产生功率调节振荡（与初始条件有关）
（3） 消振措施 减小脉宽 ------ 但调节时间拉长 加大不灵敏区------但静态误差加大 以上两条应权衡处理 避免产生振荡的最好方式是设计调节器时，使其输 出的调节脉宽受误差信号大小的调节：即当系统的 频差、功率分配差信号大时，调节脉宽随之加大， 在调节过程中，当误差信号变小时，调节脉宽也随 之减小。
水轮机的调速设备—调速设备的特性及其基本原理
➢ 动特性：机组负荷发生变化时，调节过程中机组转速随时间的变化 关系称为调速器的动特性。
6.2.2 调速器基本原理
偏差信号通过信号放大及油压转换元件放大并转换成油压后，再通 过操作元件（主配压阀）利用油压去操纵接力器，以控制导水机构 去关闭或开启导叶，从而达到改变流量，使水轮机的主动力矩与新 的发电机阻抗力矩相适应，使机组转速恢复正常。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
• 水轮机调速系统一般由调速柜、接力器和油压装置三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
1. 调速柜 调速柜是控制水轮机的主要设备，能感受指令并加以放大，用它来
操作执行机构，使转速保持在额定范围内。调速柜还可进行水轮机开 机、停机操作，并进行调速器参数的整定。 2. 接力器
接力器是调速器的执行机构。接力器控制水轮机调速环（控制环） 调节导叶开度，以改变进入水轮机的流量。 3. 油压装置
油压装置由压力油罐、回油箱、油泵三部分组成 。
6.2.3 水轮机调速系统的构成
6.2.4 调速器的类型和系列
1.调速器类型 （1）按调速器元件结构分： 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机械环节完成。
6.200
中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工作容量 300×9.81Nm
DST—100A—40
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径100mm，额定油压 40kg/cm2(4.0MPa)，A是第一次改型后产品。
ZZ、CJ（针阀、折流板转动） （3）按大小（容量） 大型：活塞直径80mm以上 中型：操作功10000Nm~30000Nm 小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm
调速电机调速器原理
调速电机调速器原理
调速电机调速器的原理是通过调节电机输入电压或频率来控制转速。
基于电动机的工作原理，转速与输入电压或频率之间存在一定的线性关系。
因此，调速电机调速器的核心原理是根据系统的负载要求，通过调节电机的输入电压或频率，使电机的转速达到预设的目标值。
调速电机调速器通常包括一个传感器和一个控制回路。
传感器用于监测电机的转速，将实际转速信号反馈给控制回路。
控制回路根据设定的转速目标值和实际转速信号之间的差异，计算出相应的电压或频率调节量，并输出给电机的电源控制部分。
具体来说，当实际转速低于设定目标值时，控制回路会增加电机的输入电压或频率；当实际转速高于设定目标值时，控制回路会降低电机的输入电压或频率。
通过这种控制方式，调速器可以实现对电机转速的精确调节。
调速电机调速器的原理基于PID控制算法，即比例-积分-微分
控制。
这种控制算法可以根据实际转速与目标转速之间的差异，调整控制输出量的大小和方向，使电机的转速稳定在设定的目标值上。
总之，调速电机调速器的原理是基于传感器反馈的实际转速信号，通过控制回路计算出相应的电压或频率调节量，实现对电机转速的精确调节。
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。
交流电机调速器原理
交流电机调速器原理哎，说到交流电机调速器，这玩意儿可真是个技术活儿。
你想想，我们日常生活中，从洗衣机到电梯，再到工厂里的各种机械，哪个不是靠电机来驱动的？而电机的转速，那可是个关键因素，直接影响到机器的性能和效率。
所以，调速器的作用，就是让电机的转速变得可控，就像给汽车装了个油门一样。
首先，咱们得明白，交流电机调速器是干嘛的。
简单来说，它就是用来控制交流电机转速的设备。
电机的转速，是由电源的频率和电机的极数决定的。
但是，我们不能随意改变电源的频率，也不能随便改变电机的极数，所以，调速器的作用就显得尤为重要了。
咱们先说说调速器的工作原理。
调速器通过改变电机的电压或者频率，来控制电机的转速。
这就像是你开车时，通过踩油门来控制车速一样。
调速器有好几种类型，比如变压调速、变频调速、变极调速等等。
每种调速方式都有它的特点和适用场景。
比如说，变压调速，就是通过改变电机的输入电压来控制转速。
这就像是你开车时，通过调整油门的大小来控制车速。
但是，这种方法有个缺点，就是电机的效率会随着电压的降低而降低。
这就像是你开车时，油门踩得越小，车就越没劲儿。
变频调速，就是通过改变电机的供电频率来控制转速。
这种方法的好处是，电机的效率不会随着频率的变化而降低。
这就像是你开车时，无论车速多快，车的动力都是充足的。
但是，这种方法需要用到变频器，成本相对较高。
变极调速，就是通过改变电机的极数来控制转速。
这种方法的好处是，电机的效率不会随着极数的变化而降低。
但是，这种方法需要电机本身支持变极，而且调速范围有限。
接下来，咱们说说调速器的一个具体应用。
比如说，工厂里的输送带，需要根据生产需要，随时调整速度。
这时候，就可以用调速器来控制电机的转速，从而控制输送带的速度。
这样，不仅可以提高生产效率，还可以节约能源。
记得有一次，我去一个工厂参观，看到他们的输送带速度特别快，工人们都忙得不可开交。
后来，他们装了一个调速器，可以根据需要随时调整输送带的速度。
调速器的原理及改造与维护_图文
四、冲击式水轮机调速器的调节与控制
现代冲击式水轮机微机调速器的调节与控制方式: （1）用PID电子调节器加电液随动系统的系统结构； （2）偏流板不再与针阀开度协调动作，而是将其作为 一个保安装置来用。开机后偏流板全开，停机时，偏流 板全关； （3）当转速上升至某个整定值时，偏流板自动关闭， 当转速低于整定值时，若此时调速器处于自动工况，偏 流板自动开到全开位置。因此，偏流板只有全开和全关 两个位置，而且是按机组转速和工况来控制。
微机分为两种，一种是传统意义的微机，即 单片机系统。另一种是PLC。单片机是由生产 厂家根据要求自己设计生产的电路板，由于规 模、成本上的限制，没有形成标准化、批量化 生产，因而在可靠性及抗干扰性上存在缺陷。
三. 调速器的分类
1.按控制器类型
数字式电液调速器（微机调速器） PLC是一种应用非常广泛、发展十
分迅速的技术。在全世界的自动化控 制装置中，PLC的产量、销量、用量 位居榜首。PLC、机器人和CAD/CAM 是现代工业自动化的3大支柱。PLC之 所以成为许多工业自动控制设备和系 统的首选产品，是由于它具有高可靠 性。
1.按控制器类型 数字式电液调速器（微机调速器） PLC:
电源模块
D/A模块
A/D模块 输出模块 输入模块 CPU模块
三. 调速器的分类
2.按电液转换类型
伺服电机、步进电机型调速器
用步进电机、交直流伺 服电机作为电液转换装置，实 现了无油转换。我国具有自主 知识产权。
三. 调速器的分类
伺服电机、步进电机型调速器
三. 调速器的分类
2.按电液转换类型
比例伺服型调速器 以电控方式实现对流量的节流控制 国外调速器主要采用的元件。调节
测速、稳定及反馈信号用机械液压的方法产生 ，经机械液压综合放大后通过放大部分驱动水轮 机接力器。最早的水轮机调速器都是机械液压调 速器，它是随着水电建设发展而在20世纪初发展 起来的。它能满足带独立负荷和中小型电网中运 行的水轮发电机组调节的需要，有较好的静态特 征和动态品质，可靠性高。但是，面临大机组、 大电网提出的高灵敏度、高性能和便于实现水电 站自动化要求，机械液压调速器固有的采用机械 液压方法进行测量、信号综合和稳定调节的功能 就露出明显的缺陷。
第十一讲 调速器原理
E点的位移正比于A、B两 点的位移之和，具有加 法性质。 3、在C点不动的情况下， B点上升—— A点下降； B点下降——A点上升
2016/12/26
B点具有反馈作用
9/45
（二）、机械液压调速器---工作原理
2 XB B XC C XE E F D 1 1 A XD 接主轴
I 1
XA
机械杠杆反馈 机械加法器 B (同步器输出) 转速给定 D + -E 开度反馈 放大执行
将磁阻发送器输出的脉动 信号转换为与转速成正比 输出电压 的电压输出值。 U
0
微分电路在方波的上升沿时获得正 向尖峰脉冲，触发一个单稳态触发器 后，输出一个幅度为v宽度为t的正向 方波脉冲。在单位时间内，单稳态触 发器输出的正脉冲数与磁阻发送器输 出信号频率成正比 滤波器实际上是个积分器，在单位时 间内脉冲个数越多则输出的电压越高
17/45
（四）电液转换及液压系统
2、电气液压调速器 ——功率放大器输出增大 电液转换器 在十字弹簧
的压力下
电液转换器线圈电磁力增大 调节油阀关小
继动器上腔油压升高
活塞压下，继动器蝶阀下移
排油孔的排油量减小
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（四）电液转换及液压系统
2、电气液压调速器——错油门上腔油压升高 电液转换器
正比于有功功率
2016/12/26 16/45
（三）转速和功率给定环节
2、电气液压调速器——给定环节及PID调节器 用高精度稳定电源供电 由运算放大器构成 的精密多转电位器构成 电
nREF
远方 控制
PREF
控制电 动机
转速 给定 转速测量
nREF
nG -
n 频差放 大器 V
交流调速器工作原理
交流调速器工作原理
调速器是一种用于调节机械设备转速的装置，它使用一种称为调速器的装置来实现工作原理。
调速器通常包含一个控制系统和一个执行系统。
工作原理如下：当控制系统接收到调速信号时，它会根据信号的要求调整执行系统的工作状态。
控制系统通常由一个感知器、一个比较器和一个执行器组成。
感知器是一个用来感知原始信息的装置，可以是传感器或者人工输入。
它能够感知到机械设备的转速，并将其转化为电信号。
比较器负责将感知到的信号与设定值进行比较，然后产生一个偏差信号。
如果实际转速低于设定值，偏差信号会告诉执行器，需要增加动力输出；如果实际转速高于设定值，偏差信号会告诉执行器，需要减少动力输出。
执行器则负责根据比较器发出的指令调整机械设备的工作状态。
它可以通过控制设备的供电电压或调整传动系统的速比来改变输出功率。
综上所述，调速器通过感知器感知机械设备的转速，然后通过比较器和执行器实现对设备转速的调节。
这个过程一直持续进行，以保持设备转速在设定范围内的稳定工作。
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第二章
调速器基本原理和设备特性本章介绍调速器基本原理和MGC4000系列调速器的设备结构特性
2．调速器基本原理和设备特性 (3)
2.1调速系统原理介绍 (3)
2.2 MGC4000系列调速器概述 (4)
2.3 MGC系列调速器的选型说明 (4)
2.4 MGC系列调速器的性能参数 (5)
2.4.1 MGC系列调速器的主要技术参数 (5)
2.4.2 MGC系列调速器的基本功能 (6)
2.5调速器电气原理概述 (6)
2.6 MGC4000系列调速器电源系统 (8)
2.6.1 MGC4000系列调速器电源系统特点 (8)
2.6.2 MGC4000系列调速器的急停回路电源 (8)
2.7 MGC4000系列调速器双微机控制器冗余 (9)
2.7.1 MGC4000系列双微机控制器冗余特点 (9)
2.7.2 MGC4000系列双微机控制器切换特点 (9)
2.8 MGC4000系列调速器的通讯接口 (9)
2.8.1 RS232/485 接口 (9)
2.8.2 以太网接口 (9)
2．调速器基本原理和设备特性
2.1调速系统原理介绍
水轮机调速系统由水轮机控制系统和被控制系统组成，方框内即为调速系统。
水轮机控制系统用来检测被控参量（转速、流量、水位、功率等）与给定参量的偏差，并将它们按照一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。
被控制系统由控制系统控制的设备或物理量，包括水轮机、引水和泄水系统，发电机以及所并入的电网。
调速器通过外围的水位、频率、有功功率、导叶开度等传感器将机组的信息送至控制器，控制器将这些信息与监控系统或者调速器面板上的控制指令进行综合，判断机组当前的工作状态以及控制目标，并且将控制信号送至执行机构，将控制指令经过电液转换之后最终作用在导叶（桨叶）接力器上，从而改变机组的运行状态，达到预期的控制目标。
◆机组在并网运行前，调速器将机组调整到额定转速运行，此时调速器的作用为频率调节器，其调整目标是把机组频率调整到额定值。
◆机组在并网运行后，机组向电网输出有功功率，调整水轮机的导叶开度/桨叶开度能够改变机组输出的有功功率大小，此时调速器作为有功功率调节器工作，其调整目标是把机组发出的有功功率调整到电网需求的数值。
同时，调速器需要控制导叶开度，使得机组发出的有功功率不超过机组的额定功率，所以调速器也作为机组有功功率限制器使用。
当电网频率波动超过设定值后，调速器自动变为频率调节器，将机组频率稳定在机组额定值。
2.2 MGC4000系列调速器概述
MGC4000系列调速器，是能事达电气根据多年的调速器设计制造经验，并结合我国国情和水力发电行业特点开发的新产品。
其采用了高性能双微机调节器作为控制核心，搭配可靠性高的执行元件和全国产化具有完全自主知识产权的主配压阀，具有测频精度高、响应速度快、静态耗油量低和安装维护简便等特点，已经开始广泛应用于国内大、中型水电站中。
2.3 MGC系列调速器的选型说明
示例：NSD-MGC4004PS-S150/6.3 M340双控制器比例阀+伺服电机双调节型调速器
2.4 MGC系列调速器的性能参数
2.4.1 MGC系列调速器的主要技术参数
◆供电需求AC220V±15%，DC220V±15%
◆调节柜功耗 1.5KV A @ AC220V，1.5kW@DC220V ◆绝缘电阻>1MΩ@1000V DC
◆工作环境温度要求-10~55℃
◆工作环境相对湿度≤85%RH
◆控制器主频>100MHz
◆可用存储区大小>8MB
◆测频精度≤0.0015Hz
◆测频方式残压测频+齿盘测频
◆数字量输入/输出通道数量32路DI+32路DO（可扩展）
◆模拟量输入/输出通道数量8路AI+4路AO（可扩展）
◆模拟量输入输出精度≥12bits
◆模拟量输出负载能力0~20mA 500Ω
◆调节规律并联PID
◆永态转差系数bp可调节范围0~10%
◆比例增益Kp可调节范围0~20.0
◆积分增益Ki可调节范围0~20 1/s
◆微分增益Kd可调节范围0~10 s
◆人工转速失灵区调节范围0~±0.5Hz （可调节）
◆转速死区≤0.02%
◆接力器不动时间≤0.2s
◆操作管路中压力油流速＜5m/s
◆电液转换单元滞环＜0.2%
◆电液转换单元响应频宽20Hz~70Hz
◆频率给定可调范围Fn±10%
◆有功功率给定可调范围0~120%Pn
2.4.2 MGC系列调速器的基本功能
◆自动/手动启停机组功能
◆工况转化功能
◆自动/手动机组频率控制功能
◆自动/手动机组有功功率控制功能
◆双微机控制器冗余功能
◆紧急停机功能
◆调速器试验功能
◆模拟量校准和死区整定功能
◆调速系统故障自诊断和报警功能
◆一次调频功能
2.5调速器电气原理概述
◆调速器供电采用AC220V和DC220V共同供电的方式保证可靠性，电源经过整形和隔离滤波后送至开关电源，整合成DC24V供柜内自动化元件使用。
散热、除湿、照明和辅助电源采用交流220V。
◆频率信号采集调速器用频率信号来源有3路信号，①取自与机组大轴同步转动的齿盘测速装置②取自机端PT③取自系统PT。
◆模拟量采集调速器使用的水头、导叶开度等模拟量信号以4~20mA或0~10V 的形式直接送至控制器的模拟量输入模块，经过AD转换之后作为控制参量。
◆离散量采集调速器接收的开机、停机、增速、降速等操作命令经过光隔离之后进入控制器的开关量输入模块，经过转换之后作为控制指令。
◆模拟量输出调速器内部使用的参量，经过DA转换后通过模拟量输出模块，送至面板上的表计显示或者其它设备，以表示调速器当前的状态。
◆离散量输出调速器需要输出的信号，经过控制器离散量输出模块，送至输出功能板，驱动外围的指示灯或电磁阀等完成信号输出。
◆执行机构控制调速器的执行机构为电-液/电-机转换器，控制器输出特定的信号至这些器件，以驱动主配压阀，操作接力器开关。
◆通讯链路调速器内部设备之间通讯采用串行口或者以太网，并预留了对外通讯端口。
2.6 MGC4000系列调速器电源系统
2.6.1 MGC4000系列调速器电源系统特点
◆输入电源交直流220V互为备用。
◆内部电源组成：开关电源交叉冗余合成控制和公共DC24V电源，其DC24V电
源与外部电源供电电源为完全隔离，保证调速系统内部电源可靠性。
◆双机实现完全独立供电，任何一套微机控制器出现电源故障，不影响另外一套
微机控制器正常运行；即能做到保证一套正常运行的前提下，切除备用机电源，方便检修运行人员维护检查及故障排除。
◆辅助电源AC220V为风扇散热、检修调试插座、柜内照明和柜内除湿等辅助功
能供电。
2.6.2 MGC4000系列调速器的急停回路电源
为保证紧急停机阀的动作可靠性，输入柜内的直流220V电源直接为调速器紧急停机电磁阀供电，而不经过空气开关，以免因为空气开关误动影响紧急停机阀动作。
2.7 MGC4000系列调速器双微机控制器冗余
2.7.1 MGC4000系列双微机控制器冗余特点
◆双微机控制器冗余为热备冗余，主用机工作的同时，备用机实时采集和处理数
据以及故障报警处理。
◆调速器对外控制输出仅仅在主用机上进行，备用机内部采集及处理数据，但不
参与控制输出，备用机的控制数据体现在人机界面数据信息页面上。
◆双机均有独立的工作电源，任何一套电源故障都不会影响调速系统正常运行。
◆备用机自动判断调速器所处于状态，备用机切换至主用时，维持系统工况不变。
2.7.2 MGC4000系列双微机控制器切换特点
◆双机切换无扰动：双微机为热备冗余，切换前后调速器状态及工况保持不变。
◆双机切换迅速：主用机出现大故障时，备用机能够快速切换至主用状态工作。
◆双机重复切换闭锁：闭锁主备用重复切换，规避调速系统的不正常现象。
※MGC4000系列调速器的主备用切换原理细节请参考本手册第四章《调速器功能说明》中4.6小节“控制权竞争”。
2.8 MGC4000系列调速器的通讯接口
2.8.1 RS232/485 端口
MGC4000系列调速器上配置了通用串行通讯端口，支持Modbus RTU协议，其物理连接方式为RS232（3线）或RS485（2线）的端口。
2.8.2 以太网端口
MGC4000系列调速器上配置了以太网通讯端口，支持Modbus TCP/IP协议，其物理连接方式为RJ45端口。
※MGC4000系列调速器的通讯细节请参考本手册第十章《调速器通讯》。