交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器的研制與應(yīng)用
本文介紹了交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器電氣部分、電氣－機械轉(zhuǎn)換部件和液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和微型振動電機工作原理，詳細分析了各部分的設(shè)計特點和性能。交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器的主要性能指標達到或優(yōu)于國家標準值，在水電廠的運行情況也表明，該調(diào)速器性能良好。
水輪機調(diào)速器是水電站的重要組成部分，主要用于控制水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速與出力，其品質(zhì)與性能直接影響到電能品質(zhì)和水電站的安全可靠運行。電氣－機械轉(zhuǎn)換部件是調(diào)速器的核心部件破碎機，因此，解決水輪機調(diào)速器中電氣－機械轉(zhuǎn)換部件工作可靠性差、抗油污能力弱等問題，是提高水輪機調(diào)速器可靠性的關(guān)鍵。
1 kzs礦用振動篩步進電機或直流伺服電機控制的水輪機調(diào)速器存在的缺陷
20世紀90年代初期，國內(nèi)高等院校、科研機構(gòu)及制造廠家先后開發(fā)了電機（步進電機、直流伺服電機）型電氣－機械轉(zhuǎn)換部件。步進電機的轉(zhuǎn)動由指令脈沖控制，控制簡單；直流伺服電機控制方便，調(diào)速范圍寬，輸出單電機雙輥機轉(zhuǎn)矩高，過載能力強，動態(tài)響應(yīng)好。因此，以步進電機或直流伺服電機控制的水輪機調(diào)速器在大、中型水電站的應(yīng)用取得了顯著的成果，從而解決了電液伺服閥抗油污能力弱、容易發(fā)卡、工作可靠性較差等問題。但是，步進電機與直流伺服電機本身存在缺陷，主要表現(xiàn)在：步進電機有一啟動頻率，造成在大負荷情況下響應(yīng)速度不能過快，而且在高速運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩下降，遇到卡阻時可能堵轉(zhuǎn)、失步；直流伺服電機存在電刷與換向器的磨擦并產(chǎn)生火花的問題，電刷的磨損會帶來故障，同時使其在維護方面較為麻煩。
2 交流伺服控制型可編微型螺旋喂料機程水輪機調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和主要特點
近年來，隨著電子技術(shù)的進步，新型功率開關(guān)器件、專用集成電路和控制算法的發(fā)展，使交流垂直斗式提升機驅(qū)動電源、交流伺服系統(tǒng)的性能大大提高，它除克服了步進電機或直流伺服電機本身的不足，還具有功能強大、控制方式靈活、技術(shù)性能好和可靠性高等特點。因此，把由交流伺服電機構(gòu)成的驅(qū)動裝置作為水輪機調(diào)速器的電氣-機械轉(zhuǎn)換部件是功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)及控制原理進步和不斷向前發(fā)展的必然結(jié)果。
&nb刮板輸送sp; 2.1 結(jié)構(gòu)
交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器的電氣部分是以可編程控制器（PLC）為硬件核心，軟件采用全模塊化結(jié)構(gòu)，彩色液晶屏幕顯示，具有良好的全中文圖形人機界面；電氣－機械轉(zhuǎn)換部件采用交流伺服電機，配以滾珠螺旋自動復(fù)中裝置；液壓系統(tǒng)為直連式結(jié)構(gòu)，以交流伺服驅(qū)動裝置的機械位移直接控制主配壓閥。PLC測量水輪發(fā)電機組的頻率信號偏振動篩分差，并按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律（PID或PI）轉(zhuǎn)換成位置控制的數(shù)字電信號；電氣－機械轉(zhuǎn)換部件將該數(shù)字信號線性地轉(zhuǎn)化為機械位移量，再直接控制由輔助接力器和主配壓閥組成的二級液壓放大，通過主接力器控制水輪機導(dǎo)水葉開度（或漿葉轉(zhuǎn)角），實現(xiàn)水輪發(fā)電機組的調(diào)速和負荷控制。
&鏈式給煤機nbsp; 交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)見圖1，機械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2。
body.clientHeight)this.width=body.clientHeigh破碎機械t" border=0>
&nbs頁巖破碎機p;
圖直線震動篩1 交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖
&nb可逆錘式破碎機sp;
body.clientHeight)this.width=body.clientHeight" border=制砂生產(chǎn)線設(shè)備0>
&n鐵礦石破碎機石料破碎機bsp;
圖2 交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
2.2 設(shè)計特點
2.2.1 無油電氣－機械轉(zhuǎn)換部件
2.2.1.1 交流伺服驅(qū)動裝置
交流伺服驅(qū)動裝置由交流伺服電機以及與其配套的驅(qū)動器組成。在研制、選型和應(yīng)用中，選用了日本松下公司生產(chǎn)的MSMA交流伺服電機及MSDA交流伺服驅(qū)動器。MSMA交流伺服電機的主要特點是慣量小，轉(zhuǎn)矩大，控制精度高，可方便地獲得與頻率成正比的可變速度，在低速運行時無爬行、無震動，調(diào)速范圍寬，力矩－頻率特性好，同時該電機軸上自帶有高分辨率的位置旋轉(zhuǎn)編碼器，可方便地將電機軸的實際轉(zhuǎn)角反饋給驅(qū)動器，在位置環(huán)方式下構(gòu)成一個閉環(huán)位置控制。MSMA交流伺服電機結(jié)構(gòu)簡單，體積小，運行可靠，無需維護。與其配套的MSDA交流伺服驅(qū)動器是一個功能強大、控制方式靈活、適合多種用途的全數(shù)字化驅(qū)動裝置，它本身帶有CPU和人機對話界面，可以對其控制方式（位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制方式或組合控制方式）、工作參數(shù)（如位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、速度環(huán)積分時間常數(shù)、速度前饋等）進行設(shè)定，以達到最優(yōu)控制，滿足不同工況下調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求。
2.2.1.2 自動復(fù)中裝置
自動復(fù)中裝置主要由大導(dǎo)程滾珠絲桿、滾珠螺母和定位器等組成。交流伺服電機通過聯(lián)軸器和小手輪（手動操作用）直接連接滾珠絲桿，當電機帶動滾珠絲桿正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）時，與滾珠螺母連成一體的位移輸出桿上升（或下降），從而將電氣數(shù)字信號直接轉(zhuǎn)換為機械位移輸出。由于采用了大導(dǎo)程滾珠螺旋副，所以速動性好，磨擦阻力小，傳動效率高，死區(qū)小，壽命長。同時，在滾珠螺母與位移輸出桿的水平對稱位置兩側(cè)各設(shè)有一個定位器，當交流伺服電機失電時，在定位器的作用下，滾珠螺母與位移輸出桿立即回復(fù)到原始的水平零位，滾珠絲桿也回到原始的中位。因此，在調(diào)節(jié)過程中，當交、直流電源同時出現(xiàn)故障時，由于交流伺服裝置設(shè)置具有自動復(fù)中功能，可使主配壓閥及時復(fù)中，使調(diào)速器保持穩(wěn)定，確保機組安全運行。
2.2.2 機械液壓隨動系統(tǒng)
機械液壓隨動系統(tǒng)由帶有自動復(fù)中裝置的電氣-機械轉(zhuǎn)換部件、引導(dǎo)閥、輔助接力器與主配壓閥塊、油路模塊、緊急停機電磁閥等組成。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是：采用油路模塊，取消連接油管路的明管；采用電氣反饋，取消機械反饋桿件及鋼絲繩，機柜內(nèi)無傳動杠桿，避免在鉸接處產(chǎn)生死行程；實現(xiàn)無擾動手、自動切換，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，操作簡單，維護方便。
2.2.3 人-機接口
采用彩色液晶觸摸屏幕實時顯示機組當前運行工況、機組頻率、導(dǎo)葉開度、機組功率、水頭值和故障信息等各種運行參數(shù)和工況，直接通過觸摸屏幕進行人-機對話，允許通過菜單實時修改運行參數(shù)，顯示直觀，操作方便，具有良好的全中文圖形人機界面。
3 交流伺服控制型可編程水輪機調(diào)速器在水電站的應(yīng)用
江西省尋烏縣斗晏水力發(fā)電廠為壩后式水電站，安裝有3臺12.5 MW的混流式水輪發(fā)電機組，調(diào)速器為SKDT-80模擬型電液調(diào)速器，電液伺服部件采用電液轉(zhuǎn)換器。受斗晏水力發(fā)電有限公司的委托，由廣東江海機電工程有限公司承接該調(diào)速器的技術(shù)改造任務(wù)。在技術(shù)改造中，采用交流伺服可編程控制技術(shù)對該調(diào)速器進行技術(shù)改造，于2001年6月完成改造，并投入運行。
經(jīng)過一年多的實際運行，調(diào)速器情況良好。開、停機幾十次，從機組開機到空載運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定時間短，并網(wǎng)快速，機組空轉(zhuǎn)時間減少，節(jié)約用水；調(diào)節(jié)靈敏，運行可靠。
改造后的調(diào)速器型號為GKT80-SP，分別于2002年1月和2002年8月通過了電力行業(yè)專家的現(xiàn)場鑒定測試和廣東省水利廳專家組的鑒定。將改造后的主要鑒定試驗結(jié)果（見圖3、圖4和 表1）與GB/T9652.1—1997的數(shù)據(jù)進行比較，其主要性能指標全部達到或優(yōu)于國家標準規(guī)定值。
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圖3 GKT80-SP型調(diào)速器甩25%負荷時的試驗曲線
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圖4 GKT80-SP型調(diào)速器甩100%負荷時的試驗曲線
表1 GKT80-SP型調(diào)速器試驗結(jié)果與國家標準值的比較
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4 結(jié)束語
交流伺服控制型可編程調(diào)速器經(jīng)過了水電站現(xiàn)場真機的運行考驗，其調(diào)節(jié)靈敏，可靠性高，性能好，運行穩(wěn)定，而且該產(chǎn)品技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)簡單、合理，操作簡單，維護方便，能為水電站帶來較好的經(jīng)濟效益。
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- DPC系列單段破碎機廣泛應(yīng)用于水泥、陶瓷、玻璃、人工砂石、煤炭、非金屬礦山和新型綠色建材等行業(yè)。
- 單段錘式破碎機
- DPC系列單段錘式破碎機廣泛應(yīng)用于水泥、陶瓷、玻璃、人工砂石、煤炭、非金屬礦山和新型綠色建材等行業(yè)。
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