交流伺服可编程水轮机调速器研制应用0阀门试验台

交流伺服可编程水轮机调速器研制应用

交流伺服可编程水轮机调速器研制应用 2011年12月09日 来源： 水轮机调速器是水电站的重要组成部分，主要用于控制水轮发电机组转速与出力，其品质与性能直接影响到电能品质和水电站的安全可靠运行。电气-机械转换部件是调速器的核心部件，因此，解决水轮机调速器中电气-机械转换部件工作可靠性差、抗油污能力弱等问题，是提高水轮机调速器可靠性的关键。1步进电机或直流伺服电机控制的水轮机调速器存在的缺陷20世纪90年代初期，国内高等院校、科研机构及制造厂家先后开发了电机(步进，电机、直流伺服电机)型电气机械转换部件。步进电机的转动由指令脉冲控制，控制简单；自流伺服电机控制方便，调速范围宽，输出转矩高，过载能力强，动态响应好。因此，以步进电机或白：流伺服电机控制的水轮机凋速器在大、中水电站的应用取得了显著的成果，从而解决厂电液伺服阀抗油污能力弱、容易发卡、工作可靠性较差等问题。但是，步进电机与直流伺服电机本身存在缺陷，主要表现在：步进电机有一启动频率，造成在大负荷情况下响应速度不能过快，而且在高速运转时转矩下降，遇到卡阻时可能堵转、失步；直流伺服电机存在电刷与换向器的磨擦并产生火花的问题，电刷的磨损会带来故障，同时使其在维护方面较为麻烦。2交流伺服控制型可编程水轮机调速器的结构和主要特点近年来，随着电子技术的进步，新型功率开关器件、专用集成电路和控制算法的发展，使交流驱动电源、交流伺服系统的性能大大提高，它除克服了步进电机或直流伺服电机本身的不足，还具有功能强大、控制方式灵活、技术性能好和可靠性高等特点。因此，把由交流伺服电机构成的驱动装置作为水轮机调速器的电气-机械转换部件是功率电子技术、微电子技术、计算机技术及控制原理进步和不断向前发展的必然结果。2．1结构交流伺服控制型可编程水轮机调速器的电气部分是以可编程控制器(PLC)为硬件核心，软件采用全模块化结构，彩色液晶屏幕显示，具有良好的全中文图形人机界面；电气-机械转换部件采用交流伺服电机，配以滚珠螺旋自动复中装置；液压系统为直连式结构，以交流伺服驱动装置的机械位移直接控制主配压阀。PLC测量水轮发电机组的频率信号偏差，并按一定的调节规律(PID或P1)转换成位置控制的数字电信号；电气-机械转换部件将该数字信号线性地转化为机械位移量，再直接控制由辅助接力器和主配压阀组成的二级液压放大，通过主接力器控制水轮机导水叶开度(或浆叶转角)，实现水轮发电机组的调速和负荷控制。交流伺服控制型可编程水轮机调速器的系统原理结构见图1，机械液压系统的结构见图2。600)this.width=600" border=0>600)this.width=600" border=0>2．2设计特点2．2．1无油电气-机械转换部件2．2．1．1交流伺服驱动装置交流伺服驱动装置由交流伺服电机以及与其配套的驱动器组成。在研制、选型和应用中，选用了日本松下公司生产的MSMA交流伺服电机及MS-DA交流伺服驱动器。MSMA交流伺服电机的主要特点是惯量小，转矩大，控制精度高，可方便地获得与频率成正比的可变速度，在低速运行时无爬行、无震动，调速范围宽，力矩-频率特性好，同时该电机轴上自带有高分辨率的位置旋转编码器，可方便地将电机轴的实际转角反馈给驱动器，在位置环方式下构成一个闭环位置控制。MSMA交流伺服电机结构简单，体积小，运行可靠，无需维护。与其配套的MSDA交流伺服驱动器是一个功能强大、控制方式灵活、适合多种用途的全数字化驱动装置，它本身带有CPU和人机对话界面，可以对其控制方式(位置控制、速度控制、转矩控制方式或组合控制方式)、工作参数(如位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数、速度前馈等)进行设定，以达到最优控制，满足不同工况下调速系统的稳定性要求。2．2．1．2自动复中装置自动复中装置主要由大导程滚珠丝杆、滚珠螺母和定位器等组成。交流伺服电机通过联轴器和小手轮(手动操作用)直接连接滚珠丝杆，当电机带动滚珠丝杆正转(或反转)时，与滚珠螺母连成一体的位移输出杆上升(或下降)，从而将电气数字信号直接转换为机械位移输出。由于采用了大导程滚珠螺旋副，所以速动性好，磨擦阻力小，传动效率高，死区小，寿命长，同时，在滚珠螺母与位移输出杆的水平对称位置两侧各设有一个定位器，当交流伺服电机失电时，在定位器的作用下，滚珠螺母与位移输出杆立即回复到原始的水平零位，

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