CN2232506Y - 采用伺服电机控制的水轮机电液调速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用伺服电机控制的水轮机电液调速器，它是在微机控制器和机械液压随动装置之间串一电气伺服装置。该装置由信号比较器、脉宽调制式放大器、驱动电路依次串接的电路与伺服电机联接，该电机通过齿轮组与丝杆机构联接，在丝杆机构上装一与信号比较器输入端并接的位移传感器构成，把电气量转换成机械量，使电液调速器不再用故障机率较高的电液转换器或伺服阀。本实用新型可广泛用于中小型电站水轮机转速和负荷调节。

Description

采用伺服电机控制的水轮机电液调速器

本实用新型涉及电力系统中一种采用伺服电机控制的水轮机电液调速器。

现有的水轮机电液调速器都采用电液转换器或电液伺服阀作为电气量到机械量或液压量的转换部件。由于电液转换器是一种精密机械液压器件，在油质较差的情况下，故障机率较高，是目前水轮机电液调速器中故障机率最高的部件。为提高电液调速器的可靠性指标，近20年来，从事水轮机调节的技术人员，主要把注意力集中于研制一种抗油污能力强，工作可靠的电液转换器，但至今未获得满意结果。

本实用新型的目的是提供一种采用伺服电机作为电气机械转换部件的电液调速器。这种调速器不再采用故障机率较高的电液转换器或电液伺服阀。

为实现上述目的，本实用新型研制了一种采用伺服电机的电气伺服装置。该装置串接在常规微机控制器33的输出端和机械液压随动装置的输入端即调节杆12上A点之间，它具有一个由信号比较器34、脉宽调制式放大器35、光电隔离器控制的桥式驱动电路36依次串接的电路与伺服电机4联接，该电机4通过齿轮组3与丝杆螺母机构联接，在丝杆螺母机构上装一与信号比较器34输入端并接的位移传感器7，该电气伺服装置是将微机控制器输入的控制信号Vy，成比例地转换成机械位移Sy。

本实用新型的优点是采用了电气伺服装置作为电气机械转换部件，因而没有使用具有抗油污能力差和故障率较高的精密液压部件，不仅使装置结构简单，操作使用方便，而且整机可靠性也大为提高，尤其是对油路较大，而且难以保证压力油清洁度的大型转浆式水轮机调速器更具有优越性。由于电液转换部件可靠性差，静态耗油量大，还限制了中小型电液调速器的发展和应用。本实用新型的研制成功，将使中小型电液调速器得到广泛应用，这将无疑的提高中小型电站的自动化水平和安全运行记录。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型结构框图。

图2是本实用新型原理图。

由图1可知，本实用新型分三大部分。

第一部分是微机控制器。它把测量水轮机的转速偏差，按一定规律PI或PID转换成控制信号Vy，其结构及原理与常规微机调速器用的微机控制器完全相同。

第二部分是电气伺服装置。它由信号比较器、脉宽调制式放大器、桥式驱动电路/丝杆螺母机构和位移传感器组成。它的功能是将微机控制器输入的控制信号Vy，成比例的转换成机械位移Sy。

第三部分是机械液压随动装置。它主要由用作信号比较的杆件、引导阀、主配压阀、接力器、接力器反馈机构、手操及开限机构组成。它受电气伺服装置输出位移信号Sy的控制，其输出的接力器位移Sd与控制信号Sy成比例，是该电液调速器的招待机构，控制水轮机导叶的开度，实现水轮机的转速和负荷调节。

在图2中，由运算放大器F1—1、电阻R1、R2、R3组成信号比较器34，它是把微机控制器33输入的控制信号Vy与输出杆10的位移反馈信号Vs相比较的电路，输入电阻R1、R2与反馈电阻R3取值相等。其传递系数为1，输出电压Vb＝Vy－Vs。

由F1—2、F1—3、脉宽调制器IC1及相关电阻元件组成脉宽调制式放大器35。IC1是核心部件，它具有输出脉冲占空比η＝τ/T(式中：τ为脉冲宽度、T为脉冲周期)与输入电压Vd成正比的特性，即ηo＝KoVd。

由R1、R2、R3、R4、R5及F1—2组成电平移动电路，输出电压Vd＝Vb＋Va，其作用是使Vb＝0时，F1—2输出电平移动至Va，整定移动电压Va的大小，使IC1输出的ηo＝0.5。故当Vd＝-Va时，ηo＝0，当Vd＝2Va时，ηo＝1。

另由F1—3、R12、R13构成比较器，设定电压Vo整定为稍大于零。当IC1脉冲输出高电位时，脉冲电压VE＞VO，F1—3输出电压VM为脉冲的正半周，即将脉冲间隙期变换成负脉冲。由F1—3构成的比较器，将IC1输出的一系单相脉冲转换成为一系列正负向相间的脉冲。当Vb＝0时，ηo＝0.5，正负脉冲宽度相等，F1—3输出电压平均值为0；当Vb＝Va时，ηo＝0、正负脉冲宽度为0，F1—3输出负电压；当Vb＝2Va时，ηo＝1、负脉冲宽度为0，F1—3输出正电压。

F1—3输出正负相间的脉冲信号分别通过由光隔器件G1和G2控制的桥式驱动电路36。当正脉冲时，G1得电导通，驱动三极管BG2导通，电流流过二极管D3，D3的压降使BG1截止，而G2无电流通过，BG4截止，电源E2通过电阻R15将电流注入BG3，使其导通。此时，伺服电机通过BG3、D3和BG2接到E2两端，伺服电机得电正向转动。当负脉冲期间，伺服电机通过BG1、D5和BG4反相接到E2，电机则反向转动。伺服电机转动，通过齿轮组3驱动丝杆螺母机构运动。该机构主要由传动螺母5、调节螺母9、输出杆10、托板11联成的一体，用丝扣联接在丝杆6上构成。当丝杆旋转时，利用传动螺母5、导向键8等的作用，使输出杆10作直线位移，其最大位移量受行程开关32的限定。与此同时，安装在螺母5上，并联接于信号比较器34输入端的位移传感器7将此位移信号SY线性地变换成电压信号VS。当|Vy|≠|Vs|时，Vb≠0，即ηo≠0.5，F1—3输出的正负脉冲宽度不相等，电机将正转或反转。当装置中信号极性接成负反馈时，电机的旋转方向总是使信号差值Vb减小，直到|Vy|＝|Vs|，Vb＝0为止，该装置便实现了将电气信号Vy线性地转换成输出杆位移Sy的功能。适当选择伺服电机和传动丝杆的参数，可使输出杆的输出力和最大运动速度满足控制下级机械液压随动装置的要求。

另外，在齿轮组3另一侧通过电磁离合器2安装的伺服电机1，用作手动和远方操作。

本实用新型的机械液压随动装置受电气伺服装置输出杆10的控制。由于由引导阀衬套18、引导阀活塞19构成的引导阀，设计成差压活塞有向上的顶托力，故当调节杆12以O点为支点、B点则有向上的顶托力，A点则在电气伺服装置输出杆的托板11上。若由开限连杆29、限位块30、手31构成的手操及开度限制机构不进入限制状态，C点则是自由。当输出杆10向上运动进行关机时，B点则向下运动，迫使引导阀活塞19向下时，压力油配向主配压阀活塞17上阀盘端面，使其在压力油作用下向下运动，直至引导阀衬套18随主配压阀活塞17向下时将引导阀配油口封闭为止。当主配压阀活塞17向下时，压力油进入接力器14的左侧，接力器活塞即向右边关闭侧运动。这时接力器运动的位移Sd与电气伺服装置杆10的位移SY成正比，因此，接力器的运动总是复现输出杆的运动规律。

本实用新型机械液压随动装置的调节杆12上，在O点接有一由回复连杆24、屈服缸活塞25、拉紧缸活塞26、反馈钢带27、张紧轮28构成的，并通过一过渡轮13与接力器14相联接的接力器反馈机构。该机构的拉紧缸活塞26下腔接通压力油产生向上的托力，将反馈钢带拉紧。通常屈服缸活塞25在压力油的作用下压向下止点，为伺服装置输出杆10快速向关机侧运动时，引导阀活塞19位移达极限位置，接力器的活塞未移动时，调节杆12受向上托力增大，当传递到O点的力超过屈服缸活塞25向下的力时，屈服缸活塞则向上运动，避免了损坏调节杆12，同时使调节杆的B点向下，使主配压阀活塞17以保持较大开口向关机侧配油，使接力器全速关闭。

当手操及开限机构的限位块30向左移动，使开限连杆29的滚轮与限位块接触时，即使伺服装置的输出杆有开机向下的控制作用，则开限连杆受到约束，调节杆的C点和B点无法向上运动，因此，主配压阀活塞17不能再向开机侧配油，实现了接力器开度继续增大的作用，即实现了开度限制的功能。如果将伺服装置输出杆的托板11拆除，主配压阀活塞将只受手操及开限机构的控制，此时，该机构就成为由手轮31操纵的手动操作机构。

本实用新型还设有紧急停车电磁阀23和油压回路的滤油器22。

Claims (4)

1、一种采用伺服电机控制的水轮机电液调速器，它包括：

一个带有输入端的微机控制器(33)，用于测量水轮机的转速偏差，并按一定规律PI或PID转换成控制信号Vy；

一个液压随动装置，主要由用作信号比较的调节杆(12)，在其上B点接有引导阀和主配压阀，在D点接有与接力器(14)相联的接力器反馈机构，在C点接有手操及开限机构组成，该装置用于控制水轮机导叶的开度，实现水轮机的转速和负荷调节；

本实用新型特征在于，它还包括：

一个串接在微机控制器(33)的输出端和机械液压随动装置的输入端即调节杆(12)上A点之间的电气伺服装置，该装置具有一个由信号比较器(34)、脉宽调制式放大器(35)、光电隔离器控制的桥式驱动电路(36)依次串接的电路与伺服电机(4)联接，该电机(4)通过齿轮组(3)与丝杆螺母机构联接，在丝杆螺母机构上装一与信号比较器(34)输入端并接的位移传感器(7)，该电气伺服装置是将微机控制器输入的控制信号Vy，成比例地转换成机械位移Sy。

2、根据权利要求1所述的调速器，其特征是所述齿轮组(3)的另一侧通过电磁离合器(2)装一个可实现手动和远方操作的伺服电机(1)。

3、根据权利要求1所述的调速器，其特征是所述丝杆螺母机构主要由传动螺母(5)、调节螺母(9)、输出杆(10)、托板(11)联成的一体，用丝扣联接在丝杆(6)上构成，丝杆(6)旋转，利用螺母(5)和导向键(8)的作用使输出杆(10)作直线运动。

4、根据权利要求1所述的调速器，其特征是所述接力器反馈机构由回复连杆(24)、屈服缸活塞25、拉紧缸活塞(26)、反馈钢带(27)、张紧轮(28)构成，该反馈机构的钢带(28)通过一过渡轮(13)与接力器(14)相联。