Електрогідравлічні регулятори швидкості

В даний час гідротурбіни забезпечуються, як правило, електрогідравлічними регуляторами швидкості, які виконуються як з гнучким зворотним зв'язком, так і з дією по прискоренню. Взаємодія елементів в електрогідравлічних регуляторах аналогічно взаємодії елементів гідромеханічних регуляторів. Тому вони мають практично такі ж динамічні характеристики, що і гідромеханічні регулятори. На рис. 4.7 приведена спрощена схема електрогідравлічного регулятора швидкості з гнучким зворотним зв'язком.

Вимірювальний елемент регулятора 1 отримує живлення від допоміжного генератора 10 з номінальною частотою 50 Гц, встановленого на одному валу з генератором. Цей елемент складається з резонансного контуру з ємністю С ₁ і індуктивністю L ₁, проміжного трансформатора Т ₁ і ємності С ₂. Контур настроєний таким чином, що при номінальній швидкості обертання агрегату його провідність практично рівна нулю. В цьому випадку напруга, що підводиться до трансформатора Т ₁ і ємності С ₂, також рівна нулю. При відхиленні швидкості обертання ротора агрегату від номінальної резонанс контуру порушується і на ємність С ₂ подається напруга, величина і фаза якого залежать від величини і знаку відхилення швидкості.

 

Рисунок 4.7 - Спрощена принципова схема електрогідравлічного регулятора ЛМЗ.

 

Якщо наприклад, швидкість обертання агрегату збільшиться і, отже, збільшиться частота струму допоміжного генератора, то через резонансний контур піде ємнісний струм, а на ємності С ₂ з'явиться напруга U _виx, співпадаюча по фазі з напругою U _вх, підведеною до резонансного контуру. При зниженні швидкості обертання ротора агрегату на ємності С ₂ відповідно з'явиться напруга, зрушена по фазі на 180° відносно U _вх.

Напруга U _виx, що знімається з вимірювального елементу, підсумовується з напругою, що знімається з трансформаторів Т ₂ і Т ₃, що одержують живлення від датчиків потенціометрів 9 і 7, є відповідно датчиками положення механізму зміни швидкості обертання регулятора (МИСВ) і положення направляючого апарату турбіни, що виконує одночасно роль датчика механізму жорсткого негативного зворотного зв'язку. Результуючу напругу U _рез представляє деякий сигнал, що управляє, величина якого може бути визначена з рівняння:

,                    (3.6)

 

де Δ f - відхилення частоти від номінального значення;

а - відкриття направляючого апарату турбіни;

γ - переміщення механізму зміни швидкості обертання (МИСВ);

К ₁, К ₂ і К ₃ - коефіцієнти.

Напруга U _рез подається у фазочутливу схему, що складається з трансформатора Т ₄ і випрямлячів В ₂ і В ₃. При U _рез =0 струми, що протікають через випрямлячі В ₂ і В ₃, рівні і вихід з фазочутливої схеми, що подається в суматор-підсилювач 2, рівний нулю.

При відхиленні швидкості агрегату від нормального значення на виході фазочутливої схеми з'являється сигнал, величина і знак якого залежать від величини і знаку Δω.

При статичній настройці регулятора сигнал U _рез може бути рівний нулю і при Δω >0, якщо напруга на ємності С ₂ буде урівноважена напругою, що знімається з датчика 7. При астатичній настройці напруга на датчику 7 завжди рівно нулю, тому U _рез визначається величиною Δω і положенням потенціометра 9 МІСВ. На суматор-підсилювач 2, який виконується зазвичай у вигляді електронного або магнітного підсилювача, подаються також напруги з датчика гнучкого зворотного зв'язку і від зовнішніх пристроїв, наприклад від загальностанційних регуляторів потужності. Гнучкий зворотний зв'язок в даному електрогідравлічному регуляторі складається з датчика потенціометра положення направляючого апарату 8, проміжного трансформатора Т ₅, випрямляча В ₁, згладжувальноого фільтру L ₂, С ₄ і r ₂ і диференцюючої ланки С ₃ r ₁ При переміщенні направляючого апарату дія гнучкого зворотного зв'язку на підсилювач 2 може бути описано рівнянням (без урахування згладжувальноого фільтру):

 

,                                  (4.7)

 

де U _виx - сигнал, що знімається з датчика 8;

Т _і = С ₃ r ₁

К _і - коефіцієнт, визначуваний величиною напруги на вході  датчика 8.

Управління гідравлічними підсилювачами регулятора швидкості від підсилювача 2 здійснюється через виконавчий механізм 3, який є також гідравлічним підсилювачем з внутрішнім зворотним зв'язком. Як привід до управляючого золотника цього підсилювача використовується електромагнітний привід, урівноважений пружиною П. Таким чином, виконавчий механізм 3 підсилює електричні сигнали, що знімаються з підсилювача 2, і перетворить їх в механічне переміщення штока, що керує через допоміжний підсилювач 4 головним золотником регулятора 5, що впливає на серводвигун турбіни 6.

На рис. 4.8 приведена спрощена принципова схема електрогідравлічного регулятора швидкості італійської фірми Riva.

Особливістю цього регулятора є те, що стабілізація процесу регулювання швидкості забезпечується введенням додаткової дії по прискоренню агрегату. Швидкодія регулятора (величина Т _рез) визначається коефіцієнтом посилення швидкісного зворотного зв'язку. Основними елементами регулятора є: вимірювальний елемент відхилення частоти 1, що одержує живлення від тахогенератора 2, диференцюючий елемент 3, такий, що визначає прискорення агрегату, суматор-підсилювач управляючих сигналів 4, магнітний підсилювач 5, виконавчий механізм 6, допоміжний гідравлічний підсилювач 7, головний золотник 8 і серводвигун направляючого апарату 9.

Рисунок 4.8 - Спрощена принципова схема електрогідравлічного регулятора фірми Riva з дією по прискоренню і з швидкісним зворотним зв'язком.

 

Крім того, регулятор має механізм жорсткого негативного зворотного зв'язку з трансформаторним датчиком 10 і механізм швидкісного зворотного зв'язку з трансформаторним датчиком 11 і диференцюючим елементом 12. Завдання уставки регулятору дається від механізму МИСВ з трансформаторним датчиком 13.

Як видно з схеми, суматор 4, підсилювач 5 і виконавчий механізм 6 охоплені зворотним зв'язком по положенню штоку виконавчого механізму. Тому переміщення штока виконавчого механізму визначається сумою всіх зовнішніх сигналів, що подаються на суматор 4. Переміщення штока виконавчого механізму використовується для переміщення регулюючої заслінки диференціального гідравлічного підсилювача 7, поршень якого управляє головним золотником 8 серводвигуна направляючого апарату. Крім того, електрогідравлічні регулятори дозволяють впливати на систему регулювання від зовнішніх пристроїв, минувши двигун МИСВ. Останнє є важливою перевагою електрогідравлічних регуляторів, особливо в тих випадках, коли агрегати ГЕС беруть участь в регулюванні частоти і перетікань потужності в енергосистемі.