CS221238B1

CS221238B1 - Electrical Turbine Speed Controller Connection

Info

Publication number: CS221238B1
Application number: CS817910A
Authority: CS
Inventors: Jiri Lamac
Original assignee: Jiri Lamac
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká řízení vodních turbín a řeší zapojení elektrického regulátoru otáček vodní turbíny. V převodníku odchylky kmitočtu se'vytvá ří signál, který přichází spolu se signálem z obvodu zpětné vazby a z řídicího členu na vstupy sumátoru. Zde se signály sečtou a vedou se přes přepínací obvod do integračního členu. Na výstupu integračního členu je výsledný signál, který se vede přes obvod zpětné vazby na vstup sumátoru. Při poklesu kmitočtu se výstupní signál zvětší o určitou hodnotu ia dále pak lineárně narůstá, dokud se kmitočet neustálí na své původní hodnotě. Přicházejí-li signály na ovládací vstupy ovládacího bloku, potom se automaticky přepne přepínací obvod a jeho signál z jeho výstupu se vede na další vstup ovlá dacího bloku, z něhož se řídí řídicí člen, jehož výstupní signál jde na třetí vstup sumá toru. Vynálezu se využije při regulaci vodních turbín. Vynález je definován v jednom bodě. Popis je doplněn jedním obrázkem.The invention relates to the control of water turbines and solves the connection of an electric speed regulator of a water turbine. In the frequency deviation converter, a signal is generated that comes together with the signal from the feedback circuit and from the control element to the inputs of the adder. Here, the signals are summed up and fed through the switching circuit to the integration element. At the output of the integration element is the resulting signal, which is fed through the feedback circuit to the input of the adder. When the frequency decreases, the output signal increases by a certain value and then increases linearly until the frequency stabilizes at its original value. If signals arrive at the control inputs of the control block, then the switching circuit is automatically switched and its signal from its output is fed to the next input of the control block, from which the control element is controlled, the output signal of which goes to the third input of the adder. The invention is used in the regulation of water turbines. The invention is defined in one point. The description is supplemented with one image.

Description

Vynález se týká řízení vodních turbín a řeší zapojení elektrického regulátoru otáček vodní turbíny.The present invention relates to the control of water turbines and relates to the connection of an electric turbine speed regulator.

V převodníku odchylky kmitočtu se'vytváří signál, který přichází spolu se signálem z obvodu zpětné vazby a z řídicího členu na vstupy sumátoru. Zde se signály sečtou a vedou se přes přepínací obvod do integračního členu. Na výstupu integračního členu je výsledný signál, který se vede přes obvod zpětné vazby na vstup sumátoru. Při poklesu kmitočtu se výstupní signál zvětší o určitou hodnotu ia dále pak lineárně narůstá, dokud se kmitočet neustálí na své původní hodnotě. Přicházejí-li signály na ovládací vstupy ovládacího bloku, potom se automaticky přepne přepínací obvod a jeho signál z jeho výstupu se vede na další vstup ovládacího bloku, z něhož se řídí řídicí člen, jehož výstupní signál jde na třetí vstup sumátoru.In the frequency offset converter, a signal is generated which, together with the signal from the feedback circuit and from the control member, to the summator inputs. Here, the signals are summed and passed through the switching circuit to the integrator. The output of the integrator is the resulting signal, which is routed through the feedback circuit to the summator input. When the frequency decreases, the output signal increases by a certain value i and then increases linearly until the frequency stabilizes at its original value. If the signals come to the control inputs of the control block, then the switching circuit is automatically switched and its signal from its output goes to the next input of the control block, from which the control member whose output signal goes to the third input of the sumper is controlled.

Vynálezu se využije při regulaci vodních turbín. Vynález je definován v jednom bodě. Popis je doplněn jedním obrázkem.The invention is used in the control of water turbines. The invention is defined in one point. The description is accompanied by one picture.

Vynález se týká zapojení elektrického regulátoru otáček vodní turbíny.The present invention relates to an electric turbine speed controller.

U regulátorů otáček vodních turbín se v současné době používají kromě celé řady systémů dvě nejznámější řešení. První používá regulátor otáček s připínanými dvěma soustavami regulačních parametrů, nevýhodou zůstává závislost rychlosti změny výkonu na nastavených parametrech. Druhé řešení má pevně nastavené regulační parametry, ale kromě řídicího členu žádaných otáček je zde druhý vstup do regulátoru otáček, a sice do obvodu záporné zpětné vazby regulátoru otáček. Změny signálu na tomto druhém vstupu se okamžitě přenášejí na výstup regulátoru otáček, a to prakticky nezávisle na velikosti nastavených regulačních parametrů. Nevýhodou však zůstává, že při změnách zatížení působením do změněného druhého — rychlého — vstupu regulátoru otáček, nedochází ke změně integgračních podmínek pro regulátor. Regulátor po zásahu do druhého vstupu sice provede okamžitou změnu otevření turbíny — tedy i zatížení, ale pokud před tím došlo· ke změně signálu otáček nebo signálu žádaných otáček, pokračuje — i po ukončení zásahu do druhého vstupu — integrační působení regulátoru, tj. mění se pomalu, podle velikosti integrační konstanty regulátoru, otevření turbíny, tedy i zatížení, což je nežádoucí. Obsluha musí znovu a znovu korigovat nastavenou hodnotu zatížení nebo totéž automaticky provádí další regulátor výkonu. Při provozu pomocí samotného regulátoru otáček dochází ovšem k těmto změnám zatížení, což je na závadu.In the turbine speed controllers, two of the most well-known solutions are currently being used in addition to a number of systems. The first one uses a speed controller with two sets of control parameters connected, the disadvantage is the rate of change of power depending on the set parameters. The second solution has fixed control parameters, but in addition to the desired speed controller, there is a second input to the speed controller, namely the negative feedback circuit of the speed controller. Signal changes on this second input are immediately transmitted to the speed controller output, practically independent of the size of the control parameters set. The disadvantage, however, is that when the load changes due to the changed second - fast - speed controller input, the integration conditions for the controller do not change. Although the regulator makes an immediate change of the turbine opening after the intervention to the second input, even the load, but if the speed signal or the required speed signal has been changed before, the integrating effect of the regulator continues, even after the second input. slowly, depending on the size of the integrating constant of the regulator, opening of the turbine, thus also loading, which is undesirable. The operator must correct the set load value over and over again, or the other power controller automatically does the same. However, when using the speed controller alone, these load changes occur, which is a malfunction.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení elektrického regulátoru otáček vodní turbíny podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstup převodníku odchylky kmitočtu je spojen s prvním vstupem sumátoru. Výstup sumátoru je spojen se vstupem přepínacího obvodu, jehož klidový výstup je spojen s prvním vstupem integračního členu. Druhý vstup integračního členu je spojen s první ovládací svorkou zapojení, jehož druhá ovládací svorka je spojena se třetím vstupem integračního členu. Výstup integračního členu je spojen s výstupní svorkou zapojení a se vstupem obvodu zpětné vazby. Výstup obvodu zpětné vazby je spojen se třetím vstupem sumátoru. Druhý vstup sumátoru je spojen s výstupem řídicího členu. První vstup řídicího členu je spojen s prvním výstupem ovládače. Druhý vstup řídicího členu je spojen se druhým výstupem ovládaěe. První vstup ovládače je spojen s první ovládací svorkou zapojení. Druhá ovládací svorka zapojení je spojena se druhým vstupem ovládače. Třetí vstup ovládače je spojen s pracovním výstupem přepínacího obvodu.These drawbacks are overcome by the wiring of the electric turbine speed regulator according to the invention, which is based on the fact that the output of the frequency converter is connected to the first input of the sump. The summator output is coupled to the input of a switching circuit whose idle output is coupled to the first input of the integrator. The second input of the integrator is connected to the first wiring control terminal, whose second control terminal is connected to the third input of the integrator. The output of the integrator is connected to the output terminal of the wiring and to the input of the feedback circuit. The feedback circuit output is coupled to the third summator input. The second input of the sumper is connected to the output of the control member. The first input of the control member is connected to the first output of the actuator. The second input of the control member is connected to the second output of the actuator. The first input of the controller is connected to the first wiring control terminal. The second wiring control terminal is connected to the second controller input. The third input of the controller is connected to the working output of the switching circuit.

Výhodou uspořádání podle vynálezu je rychlá změna výkonu turbíny při paralelním provozu regulovaného stroje v sítovém systému bez ohledu na velikost nastavených regulačních parametrů pro regulaci otáček. Během změny výkonu, at už ovládáním impulsy nebo použitím dalšího regulátoru výkonu, se nepřetržitě výstup regulátoru otáček udržuje na nulové hodnotě, aby po zapnutí regulace otáček do chodu nedošlo ke změně akční veličiny, tj. výstupního signálu předloženého zapojení. Další výhodou je skutečnost, že není potřeba přepínat velikost regulačních parametrů, takže stabilita regulace otáček je vždy zajištěna, ať už stroj pracuje do velké nebo malé vydělené sítě.An advantage of the arrangement according to the invention is the rapid change of the turbine power during parallel operation of the controlled machine in the sieve system regardless of the size of the set speed control parameters. During power change, whether by pulse control or by using another power regulator, the output of the speed controller is kept at a zero value to prevent a change in the actuator, ie the output signal of the present wiring, when the speed control is switched on. Another advantage is that there is no need to switch the size of the control parameters, so that the stability of the speed control is always ensured, whether the machine is working in a large or small split network.

Další výhodou je, že při každém zásahu do výkonu turbíny použitím ovládacích vstupů výkonu dojde k rychlému vynulování výstupu regulátoru otáček, tj. regulátor otáček začíná 'regulovat svým integračním působením od nových integračních mezí. To je důležité u strojů pracujících s malou statickou chybou 1 až 2 %, poněvadž po ukončení ovládacího impulsu nedochází k pomalé změně výkonu působením integrační složky regulátoru od změny kmitočtu sítě, která proběhla v době před zásahem ovládacího Impulsu výkonu.A further advantage is that each intervention in the turbine power using the power control inputs rapidly reverses the output of the speed controller, i.e. the speed controller begins to regulate its integration action from the new integration limits. This is important for machines operating with a small static error of 1 to 2%, since after the control pulse is terminated, there is no slow change in power due to the integrating component of the controller since the network frequency change occurred before the control pulse.

Příklad zapojení podle vynálezu je znázorněn v blokovém schématu na připojeném výkrese.An example of a circuit according to the invention is shown in the block diagram of the attached drawing.

Převodník 1 odchylky kmitočtu je vytvořen tvarovačem střídavého signálu, derivací střídavého napětí, usměrňovacími obvody a dolnofrekvenční propustí za pomoci operačních zesilovačů s vhodnými vazbami. Slouží k vytvoření signálu úměrného odchylce kmitočtu od jmenovité hodnoty. Výstup 11 převodníku 1 odchylky kmitočtu je spojen s prvním vstupem 21 sumátoru 2. Sumátor 2 je vytvořen z operačního zesilovače se zápornou zpětnou vazbou proporcionálního typu a řady vstupů vázaných odpory na vstupní svorku zesilovače a slouží ke sčítání svých vstupních signálů. Druhý vstup 22 sumátoru je spojen s výstupem 83 řídicího členu 6. Řídicí člen 6 je vytvořen z logických a sekvenčních obvodů. Třetí vstup 23 sumátoru 2 je spojen s výstupem 52 obvodu 5 zpětné vazby. Obvod 5 zpětné vazby je vytvořen z derivačního členu a proporcionálního členu a operačního zesilovače ve funkci sledovače signálu. Výstup 24 sumátoru 2 je spojen se vstupem 31 přepínacího obvodu 3. Přepínací obvod 3 je vytvořen kontaktem pomocného relé nebo dvojicí bezkontaktních polovodičových spínačů. Klidový výstup 32 přepínacího obvodu 3 je spojen s prvním vstupem 41 integračního členu 4. Pracovní výstup 33 přepínacího obvodu 3 je spojen se třetím vstupem 73 ovládacího bloku 7. První ovládací svorka 01 zapojení je spojena se druhým vstupem 42 integračního členu 4. Druhá ovládací svorka 02 zapojení je spojena se třetím vstupem 43 integračního členu 4. Integrační člen 4 je vytvořen z operačního zesilovače se zápornou zpětnou vazbou s kondenzátorem a dalšího operačního zesi221238 lovače ve funkci převodníku dvou logických signálů na signál tříhodnotový. Výstup 44 integračního členu 4 je spojen s výstupní svorkou 05 zapojení a se vstupem 51 Obvodu 5 zpětné vazby. Třetí ovládací svorka 03 zapojení je spojena s prvním vstupem 71 ovládacího bloku 7. Čtvrtá ovládací svorka 04 zapojení je spojena se druhým vstupem 72 ovládacího bloku 7. Ovládací blok 7 je vytvořen z operačního zesilovače odchylky otáček, jako třípolohový regulátor s kombinačními vstupy pro vnější ovládání logickými signály více-méně. První výstup 74 ovládacího bloku 7 je spojen s prvním vstupem řídicího členu 6. Druhý výstup 75 ovládacího bloku 7 je spojen s druhým vstupem řídicího členu 6, který je složen z logického obvodu s kombinačním působením, reversibilního čítače v dvojkové soustavě a číslicově analogového převodníku s operačním zesilovačem, váhovými odpory a polovodičovými spínači.The frequency deviation converter 1 is formed by an AC signal former, an AC voltage derivative, rectifier circuits, and a low-pass filter using operational amplifiers with appropriate coupling. It is used to create a signal proportional to the frequency deviation from the nominal value. The output 11 of the frequency converter 1 is coupled to the first input 21 of the summator 2. The summator 2 is formed from a proportional-type op amp and a series of resistor-coupled inputs to the amplifier input terminal and sums up its input signals. The second summer input 22 is coupled to the output 83 of the control member 6. The control member 6 is formed of logic and sequential circuits. The third input 23 of the sump 2 is connected to the output 52 of the feedback circuit 5. The feedback circuit 5 is formed of a derivative member and a proportional member and an operational amplifier as a signal tracker. The output 24 of the sump 2 is connected to the input 31 of the switching circuit 3. The switching circuit 3 is formed by contacting an auxiliary relay or a pair of non-contact semiconductor switches. The idle output 32 of the switching circuit 3 is connected to the first input 41 of the integrating member 4. The working output 33 of the switching circuit 3 is connected to the third input 73 of the control block 7. The first wiring control terminal 01 is connected to the second input 42 of the integrating member 4. The wiring is coupled to the third input 43 of the integrating member 4. The integrating member 4 is formed from a negative feedback capacitor operational amplifier and another operational amplifier in the function of converting two logic signals to a three-value signal. The output 44 of the integrator 4 is connected to the output terminal 05 of the wiring and to the input 51 of the feedback circuit 5. The third wiring control terminal 03 is coupled to the first input 71 of the control block 7. The fourth wiring control terminal 04 is coupled to the second input 72 of the control block 7. The control block 7 is formed from a speed deviation operational amplifier as a three position controller with combination inputs for external control logical signals more or less. The first output 74 of the control block 7 is coupled to the first input of the control member 6. The second output 75 of the control block 7 is coupled to the second input of the control member 6, which consists of a logic circuit with combinational action, reversible binary counter and digital to analog converter. operational amplifier, weight resistors and semiconductor switches.

Zapojení pracuje takto: V převodníku 1 odchylky kmitočtů se vytváří signál úměrný odchylce kmitočtů od jmenovité hodnoty. Tento signál přechází z výstupu 11 převodníku 1 odchylky kmitočtů a vede se na první vstup 21 sumátoru 2. Na druhý vstup 22 sumátoru 2 se vede signál žádaných otáček z výstupu 63 řídicího členu 6 žádaných otáček. Na třetí vstup 23 sumátoru 2 se vede signál záporné zpětné vazby z výstupu 52 obvodu 5 zpětné vazby. Součtový výsledný signál se vede z výstupu 24 sumátoru 2 na vstup 31 přepínacího obvodu 3 a dále přes klidový výstup 32 na první vstup 41 integračního členu 4. Výstup 44 integračního členu 4 působí na vstup 51 obvodu zpětné vazby 5. Na výstupu 44 integračního členu 4 je výstupní signál, který je i na výstupní svorce 05 zapojení. Při změně kmitočtu úměrného otáčkám turbíny se změní výstupní signál na výstupu 11 převodníku 1 odchylky kmitočtu v polaritě podle smyslu změny kmitočtu a přes snmátor 2, přepínací obvod 3 a integrační člen 4 ovlivní výstupní signál na výstupní svorce 05 zapojení podle dynamického působení regulátoru otáček. Poměrná změna na výstupní svorce 05 zapojení je závislá na poměrné změně signálu na výstupu 11 převodníku 1 odchylky kmitočtu, na přechodné nerovnoměrnosti regulace otáček a na integrační konstantě. Tak například při poklesu kmitočtu se výstupní signál zvětší o určitou hodnotu a dále pak lineárně narůstá, dokud se kmitočet nevrátí na svou původní 'hodnotu. Pokud se zavede logický signál na třetí ovládací svorku 03 zapojení nebo na. čtvrtou ovládací svorku 04 zapojení z ovládacích Svorek 03 nebo 04, tj. na první vstup 71 nebo na druhý vstup 72 ovládacího bloku 7, potom výstupní logický signál na prvním výstupu 74 nebo na druhém Výstupu 75 ovládacího bloku 7 zapůsobí na první vstup 61 nebo na druhý vstup 62 řídicího členu. Výstupní signál na výstupu 63 řídicího členu 6 bude se zvětšovat nebo zmenšovat, a bude působit na druhý výstup 22 sumátoru 2 a bude ovlivňovat výstupní signál sumátoru 2. Přes přepínací obvod 3 se ovlivňuje první vstup 41 integračního členu 4 i výstupní signál na jeho výstupu 44 a tím i na výstupní svorce 05 zapojení. Turbína se působením tohoto signálu začne otvírat nebo naopak zavírat, tím se bude měnit současně i výstupní signál převodníku 1 odchylky kmitočtu, dokud nenastane rovnovážný stav. Takto lze měnit otáčky turbíny.The connection works as follows: In the frequency deviation converter 1, a signal proportional to the frequency deviation from the nominal value is generated. This signal passes from the output 11 of the frequency converter 1 and is applied to the first input 21 of the sump 2. The second input 22 of the sump 2 receives the speed reference signal from the output 63 of the speed control member 6. A negative feedback signal from the output 52 of the feedback circuit 5 is applied to the third input 23 of the sump 2. The total resultant signal is provided from the output 24 of the summator 2 to the input 31 of the switching circuit 3 and further through the quiescent output 32 to the first input 41 of the integrator 4. The output 44 of the integrator 4 acts on the input 51 of the feedback circuit 5. is the output signal that is also on the output terminal 05 wiring. When changing the frequency proportional to the turbine speed, the output signal at the output 11 of the frequency converter 1 changes in polarity according to the frequency change, and via the sensor 2, the switching circuit 3 and the integrator 4 affects the output signal at the output terminal 05. The proportional change at the output terminal 05 of the wiring is dependent on the proportional change of the signal at the output 11 of the frequency converter 1, the transient unevenness of the speed control and the integration constant. For example, as the frequency drops, the output signal increases by a certain amount and then increases linearly until the frequency returns to its original value. If a logic signal is applied to the third wiring control terminal 03 or to. the fourth control terminal 04 wired from the control terminals 03 or 04, i.e. the first input 71 or the second input 72 of the control block 7, then the output logic signal at the first output 74 or the second output 75 of the control block 7 acts on the first input 61 or the second input 62 of the control member. The output signal at the output 63 of the control member 6 will increase or decrease, acting on the second output 22 of the sump 2 and will affect the output signal of the sump 2. Through the switching circuit 3, the first input 41 of the integrator 4 is affected and thus on the output terminal 05 of the wiring. The turbine will start to open or close by this signal, thus changing the output signal of the frequency converter 1 at the same time until equilibrium is reached. In this way, the turbine speed can be changed.

V případě, že přijde ovládací signál od obsluhy nebo z regulátoru výkonu na první ovládací svorku 01 zapojení anebo na druhou ovládací svorku 02 zapojení, potom současně přejde přepínací obvod 3 z klidového stavu do stavu pracovního, to znamená, že se spojí vstup 31 přepínacího obvodu 3 s výstupem 33 přepínacího obvodu 3. Výstupní signál sumátoru 2 nemůže působit na první vstup 41 integračního členu 4, poněvadž tento první vstup 41 integračního členu 4 je odpojen. Výstupní signál integračního členu 4 se ovládá pouze signály na prvním ovládací svorce 01 zapojení a na druhé ovládací svorce 02 zapojení. Výstupní signál z výstupu 44 integračního členu 4 ovšem současně působí na vstup 51 obvodu 5 zpětné vazby a z něho přichází na třetí vstup 23 sumátoru 2 společně se. signálem z převodníku 1 odchylky kmitočtu a se signálem z řídicího členu 6. Výsledný součtový signál na. výstupu 24 sumátoru 2 působí přes vstup 31 a přes pracovní výstup 33 přepínacího členu 3 na třetí vstup 73 ovládacího' bloku 7 tak, že tento ovlivní svým výstupním signálem buď první vstup 61, nebo druhý vstup 62 řídicího členu 6, a to v takovém smyslu, že se výstupní signál sumátoru 2 udržuje na nulové hodnotě.If the control signal from the operator or the power controller comes to the first wiring control terminal 01 or to the second wiring control terminal 02, then simultaneously the switching circuit 3 goes from idle to working state, i.e. the switching circuit input 31 is connected. 3 with the output 33 of the switching circuit 3. The output signal of the sump 2 cannot act on the first input 41 of the integrator 4, since this first input 41 of the integrator 4 is disconnected. The output signal of the integrator 4 is controlled only by the signals at the first wiring control terminal 01 and at the second wiring control terminal 02. The output signal from the output 44 of the integrator 4, however, simultaneously acts on the input 51 of the feedback circuit 5, and from it comes to the third input 23 of the sump 2 together with. the signal from the frequency deviation converter 1 and the signal from the control member 6. The resulting sum signal at. output 24 of the sump 2 acts through input 31 and via output 33 of the switching member 3 to the third input 73 of the control block 7 such that it affects either the first input 61 or the second input 62 of the control member 6 by its output signal. that the output signal of the summator 2 is kept at zero.

Vynálezu se využije u regulátoru otáček a výkonu vodních turbín.The invention is applicable to the speed and power regulator of water turbines.

Claims

Connection of the electric turbine speed regulator. that the output (Tl) of the frequency converter (1) is connected to the first input (21) of the sump (2), the output of which (i24) is connected to the input (131) of the switching circuit (3) with a first input (41) of the integrator (4), the second input (42) of which is connected to the first wiring control terminal (01), the second control terminal (.02) of which is connected to the third input (43) of the integration member (4) ), the output of which (44) is connected to the output terminal (05) of the circuit and at the same time to the input (51) of the feedback circuit (5),

BACKGROUND OF THE INVENTION whose output (52) is coupled to a third input (2: 3) of a summator (2), the second input (22) of which is connected to the output (63) of the control member (6). ), the first input (61) of which is connected to the first output (74) of the actuator (7) and the second input (62) of the control member (6) is connected to the second output (75) of the actuator (7); is connected to a first control terminal (03) of the circuit, the second control terminal (04) of which is connected to the second input (72) of the controller (7), the third input (73) of which is connected to the working output (3) 3).

1 sheet vfkreaů