水轮机自动调节
第八章水轮机自动调节..
第二节 径向式导水机构的结构
2.由控制环至导叶的传动 在由控制环至导叶的连杆传动机构中，在某 一构件上应设有易损连接件，用以保证在关闭 导水机构的过程中，当异物（如圆木，树根等 ）卡在相邻导叶之间时，仅是预定的易损连接 件破坏，使被卡住的导叶保持在开启位置，而 其他导叶可以照常关闭而不至于损坏传动部件 。现在广泛采用的是将剪断销作为易损连接的 传动装置。
第二节 径向式导水机构的结构
一、径向式导水机构的结构 典型的径向式导水机构，见图8-2。导叶3的 上、中轴颈和下轴颈安放在水轮机顶盖7和导水 机构底环2内的轴承中。上、中轴承由尼龙轴瓦4、 6与轴套5组成，下轴承的尼龙轴瓦1直接压入底 环的孔内。转臂9套在导叶上轴颈上、二者之间 用分半键10固定。转臂与连接板8由剪断销11连 成一体。连杆12的两端分别与连接板和控制环14 铰接。控制环支承在固定于顶盖上的支座15上。 接力器通过推拉杆13推动控制环转动（见图83），从而关闭或开启导水机构。在这种机构中， 传动机构与水流隔开，便于维护和检修。
第二节 径向式导水机构的结构
接，并通过球形铰接11与接力器柱塞联系。由接 力器配压阀控制压力油沿管路7进入接力器缸，即 可以实现开启或关闭导水机构。在这种结构中， 环形接力器的结构比直缸接力器复杂，制造也比 较困难。但它能有效利用控制环内部的空间，使 水轮机结构紧凑。 图8-4（c）为每个导叶具有单独接力器的简图 。摇摆式接力器14铰接在支承盖13上，接力器柱 塞15与转臂16铰接。压力油在调速器配压阀的控 制下，沿油管进入接力器时，柱塞即驱动导叶转 动，同时接力器缸则必然围绕其与顶盖的铰接点 转过一个角度。
第二节 径向式导水机构的结构
二、径向式导水机构的传动系统 1.由接力器到控制环的传动
水轮机调节名词解释
一．名词解释1.水轮机调节:在自动调节装置（调速器）控制下的水轮发电机组，按照预定的功能、性能和程序完成电能生产的调节及控制过程。
2.水轮机调节系统：用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按照一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。
3.水轮机调节系统的静特性：指调节系统处于稳定平衡状态时的机组转速与出力之间的变化关系。
4.机组惯性时间常数:是指机组在额定转速时的动量矩与额定转矩之比。
5水流惯性时间常数:是指在额定工况下，表征过水管道中水流惯性的特征时间常数。
6接力器的最短关闭时间:接力器以匀速由全开到全关位置所用时间。
7调节保证计算：在设计阶段就应计算出上述过渡过程中最大转速上升值及最大压力上升值.工程上把这种计算称为调节保证计算.8闭环开机：9调节时间：Tp是指从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进入新的平衡状态为止所经历的时间.二．思考题1.水轮机调节的方法：根据负荷变化引起的机组转速或者频率的偏差，利用调速器调整水轮机导叶或喷针的开度，使水轮机动力矩和发电机阻力矩及时恢复平衡，从而确保转速或者频率在规定的的范围内。
2.调差率e值与什么因素有关3.水轮机调节系统与其他原动机调节系统相比，有什么特点：1）受河流自然条件的限制，其单位工作介质的能量较小。
2）由于工作介质不同，水流的运动惯性较汽流的较大，长引水管道的水电机组水流惯性尤为明显。
3）某些水轮机具有双重调节机构，增加了水轮机调速器的复杂性。
4）水电机组在电力系统中承担着调频、调峰和事故备用等任务，随着电力系统容量及结构复杂程度的不断增加，水电机组在电力系统中的作用更加明显。
4.利用开度限制机构的作用5.水轮机调速器的分类方式有哪几种:1)按元件结构分为机械液压和电气液压，其中，电气液压又分为模拟电气液压和数字电气液压2）按系统结构分为辅助接力器型、中间接力器型和调节型3）按照控制策略分为PI（比例+积分）调节型，PID（比例+积分+微分）调节型和智能控制型4）按执行机构数目分为单调节调速器和双调节调速器5）按工作容量分为大型、中型、小型、特小型。
水轮机自动调节复习资料-图文
水轮机自动调节复习资料-图文1．频率波动过大有什么后果？电力系统对频率指标有哪些规定？频率偏差过大：将会导致以电动机为动力的机床、纺织机械等运转不稳定，造成次品或废品发生。
更重要的是频率偏差过大也会影响发电机组及电网自身的稳定运行，甚至造成电网解列或崩溃。
电力系统规定：我国电力系统标称频率50HZ，正常频率偏差允许0.2HZ，当系统容量较小时，偏差值可放宽至0.5HZ。
2．什么是调节系统和随动系统？调节系统：由调节对象和调节器两部分组成，是一种闭环或反馈控制系统，按照给定值与被调节量信号偏差工作的，其给定值或者保持常量，或者随时间缓慢变化。
随动系统：（伺服系统）是另一类闭环或反馈系统，其负荷变化往往不是主要输入量（扰动）。
与调节系统不同，随动系统的给定值带有随机性，经常处于变化过程中，系统的输出量以一定精度跟随给定值变化。
3．试画出自动调节方框图，说明水轮机调节系统的工作过程。
机组的转速信号（被调节参数）送至测量元件，测量元件把频率信号转换为唯一的电压信号后与给定信号比较，确定频率偏差及偏差的方向，根据偏差情况按一定调节规律发出调节命令。
命令被放大并送至执行元件去推动导水机构，反馈元件又把导叶开度变化的信息返回加法器，同时也形成一定的调节规律。
调节规律可以再前向通道中形成，也可以再反馈通道中形成。
4．与其它调节系统相比，水轮机调节系统的有哪些特点？1单位水体包含做功能量较小，○引用流量很大，笨重的导水机构，在调速器中需设多级液压2水流惯性产生的水击作用，调速器中要设置较强作用的反馈元件，以延缓导叶放大元件○3双重调节机构增加了调速器结构的复杂性○4在系统中担任调峰动作速度，保证系统稳定性○调频和事故备用任务，调速器应具有较高的控制性能和自动化水平。
5．水轮机调速器按元件结构及系统结构是如何分类的？按元件结构分：a机械液压型调速器（元件均是机械的）b电气液压型调速器（元件均是模拟电气的）c微机液压型调速器（元件均是数字的）按系统结构分：a辅助接力器型调速器（跨越反馈）b中间接力器型调速器（逐级反馈）c调节器型调速器（随动系统）6．什么是配压阀工作中间位置和死区？画出接力器速度特性曲线，接力器反应时间是如何定义的？并写出表达式。
水轮机调节
2.Mt＞Mg，水轮机的动力矩大于发电机的阻力矩，当发电机的负荷减小时会出现这种情况 ，此时dω/dt＞0，机组转速上升，在这种情况下，应对水轮机进行调节，减小流量Q，从 而减小Mt，以达到新的平衡状态。
谢谢
根据偏差的情况通过放大器向执行元件发出指令，执行元件根据指令改变导水机构的 开度，反馈元件则将导叶开度的变化情况反回给计算器，以检查开度变化是否符合要求， 如变化过头，则发出指令进行修正。
在图中，测量、计算、放大、执行和反馈元件总称为自动调速器。导水机构包括机组 在内，统称为调节对象。调速器和调节对象构成水轮机自动调节系统。
反馈元件
水轮机调节系统方框图 13
图中的方块表示水轮机调节系统的元件： 箭头表示元件间信号的传递关系： 箭头朝向方块表示信号的输入， 箭头离开方块表示信号的输出，前一个元件的输出是后一个元件的输入。 从图中可以看出，由导水机构输人的水能经机组转换成电能输送给系统。
电能的频率f(亦即机组的转速n)信号输入调速器的测量元件，测量元件将频率f信号转化 成位移(或电压)信号输送给计算器(图中的⊕)并与给定的f值作比较，判定频率是否有偏差 和偏差的方向，
水轮机调节系统以频率 f (亦即机组转速)为被调节参数，根据实测 f 与给定值间的偏差 调节导水机构的开度，从而改变机组的出力和转速(频率)，但要使改变后的频率符合给定 值需要一个调节过程，这个过程又称为调节系统的过渡过程，在这个过程中，频率、开度 等参数随时间不断变化。
各参数随时间的变化情况，及在经过一段时间以后是否能达到新的平衡状态(即稳定工 况)，与调节系统的特性有关，这种特性称调节系统的动特性。
第四章 水轮机调节
调速设备的组成：调速柜、接力器、油压装置
1.调速柜:
控制水轮机的主要 设备，能感受指令并加 以放大，操作执行机构， 使转速保持在额定范围 内。
调速柜还可进行水 轮机开机、停机操作， 并进行调速器参数的整 定。
2.接力器
调速器的执行机构，接力器控制水轮机调速环（控制 环）调节导叶开度，以改变进入水轮机的流量。
大型、电气液压、双调节调速器；主配阀直径 100mm， 额定油压40Mpa，A是第一次改型后产品 A、B、C为改型次数。
七、调速器油压装置
油压装置是供给调速器压力能源设备，是调速系统 设备之一。
组成：压力油箱（储存压力油)、集油箱（收集调速 器回油和漏油)、油泵（向压力油箱送油)。
油压装置型号由三部分组成，中间用横线隔 开，形式为：
HYZ—4
表示组合式油压装置，压力油箱容积为4m3，一个 油箱，额定油压为2.5MPa。
无第三部分表示压力油罐数为一个，额定油压小 于2.5MPa。
八、水轮机调速设备的选择
包括：调速柜、接力器、油压装置。
中小型调速器的选择 大型调速器的选择
中小型调速器的选择
中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功 查调速器系列型谱表来选择的。中小型反击式水轮 机调速功的经验公式：
电能
执行元件
放大元件
综合环节
稳定元件
敏感元件
六、调速器的类型与系列
(一) 类型
1、按调速器元件结构分： 机械液压(机调)、电气液压(电调)和微机电液（微调） 电气液压：用电气回路代替机调中的机械元件。调节性
能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。 微机电液：采用计算机控制器，可靠性、调节功能和品
A (200 ~ 250)Q HmaxD1
第八章水轮机自动调节
第二节 径向式导水机构的结构
传动机构在执行活动导叶开启和关闭动作的时 候，水压力脉动、水流冲击、水流杂物等因素 对各部件影响很大，一旦导叶开度失调或导叶 连续失控，就会造成运行中的机组事故停机， 严重时水轮机将失去控制。为此需要保护装置 对传动机构进行保护和报警，从而避免事故的 发生和扩大，因此可靠的传动机构保护装置对 整个水轮发电机组的稳定运行至关重要。新型 的导叶传动机构保护装置有导叶摩擦装置和弹 簧联杆（图8-6 ）等。
第二节 径向式导水机构的结构
如图8-5所示 ，键3将转臂1固定在导叶轴颈10 上，连接板2套在转臂上，用具有薄弱断面的剪 断销4将连接板与转臂连接在一起。连接板通过 铰销9与连杆连接。连杆由两个带叉头的螺母5 及具有左右螺纹的连接螺栓8组成。旋转连接螺 栓即可改变连杆的长度。连接螺栓带有防松螺母 。连杆通过铰销7与控制环6相联系。这样，当 两导叶之间卡住异物并且接力器试图关闭导叶时 ，剪断销将被剪断，从而达到上述保护导水机构 的目的。
第八章 反击式水轮机导水机构
第八章 反击式水轮机导水机构
第一节 导水机构工作原理 第二节 径向式导水机构的结构与传动系统 第三节 导叶装配 第四节 径向式导水机构几何参数 第五节 导水机构中水力损失 第六节 导水机构受力分析及传动计算
第一节 导水机构的工作原理
水轮机是动力原动机，运行中其工况会经常 发生改变。例如负荷（出力）变化时，必须 改变通过水轮机的流量，以使水轮机的功率 与负荷平衡。理想的调节机构是在工况变化 时，仅仅只改变流量并且水头损失极小。在 水轮机转轮前布置多个导水叶片的导水机构 就能满足这种要求。
图8-1 导叶出口及转轮出 口的水流速度三角形
忽略摩擦损失，在导 叶进口到转轮进口之间， 圆周方向速度变化遵守 动量守恒定律。则有：
水轮机自动调节(1)
第二节 水轮机的泥沙磨损与防止
一、泥沙运动的特征 泥沙被水流挟持通过水轮机时，其运动必然
要受到水轮机空间流道约束。从宏观现象观察， 泥沙运动方向大体上与水流方向一致，但是泥 沙本身作为刚体，还要受到本身惯性、接触碰 撞，以及动量传递等多种因素的影响，从微观 角度研究，泥沙运动则是复杂的瞬变运动。 如图11-1所示，是单颗泥沙瞬间运动的轨迹。
第二节 水轮机的泥沙磨损与防止
三、磨损的微观过程
1.表面状况
泥沙磨损发生在过流表面层，弄清该层实际 情况，对深入揭示磨损规律是很重要的。如图 11-3所示，是接触处泥沙弹性碰撞局部放大示 意图。第一层为固体结晶；第二、第三层为切 削加工后所呈现的冷硬细结晶层和氧化膜；第 四层为表面吸附膜。
第二节 水轮机的泥沙磨损与防止
1.经验判断 根据长期运行经验，总结出有关振动的一
些规律。例如水力振动是水轮机过流部件内的 水力不平衡和水流不稳定而引起的振动，一般 其振幅随负荷增加而增大。判断方法是：关闭 导叶，将机组作同步电动机运行，如振动立即 消失，则表明属水力振动；反之，则可能是机 械和电气因素。
2.仪器测振
第三节 水轮机的振动与防止
第三节 水轮机的振动与防止
3.作用在反击式水轮机转轮叶片上的水力交变 分量引起的压力脉动；
4.由于导叶个数和转轮叶片数不匹配引起的压 力脉动；
5.由卡门涡列引起的振动；
当水流经过非流线型障碍物时，在后面尾 流中，将分离出一系列旋涡，称为卡门涡列。 如图11-4所示，这种卡门涡列交替地在绕流 体后两侧释放出来，在绕流体后部产生垂直 于流线的交变激振力，引起绕流体周期的振 动。
水轮机调节原理及调速器选择演示教学
要使 C，一般不能改变H和效率η，而是通过 改变Q而达到改变主动力矩Mt的目的。
❖ 调节流量的途径： 反击式：通过改变导叶开度a0 ，ZZ：同时改变叶 片转角。
冲击式：通过改变喷嘴开度。
❖ 水轮机调节的定义： 随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶 开度(或针阀行程)，使机组转速恢复并保持为额定 转速的过程，称为水轮机调节。
五、调速器的类型与系列
(一) 类型 1、按调速器元件结构分： ❖ 机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈
均由机械环节完成。现在很少使用。 ❖ 电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元
件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低， 便于安装调整。目前还有不少电站在使用。 ❖ 微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器， 赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。
❖ 放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力 器，二级放大)：位移变化→油压变化。
❖ 反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节使=时，反 馈信号使调节停止。
❖ 油压设备的作用：供给调速器压力油，传递操作力。 由压力油罐、回油箱、油泵、输油管、附件等组成。
❖ 额定工作油压分为两种：有的电站采用低油压，为 2.5MPa；有的电站采用高油压，为4.0MPa。
四、水轮机调节系统的组成
❖ 调速器的作用： 以转速偏差为依据，迅速自动地调节导叶开度，已 达到改变出力恢复转速的目的。
❖ 水轮机自动调节系统: 调速柜+油压设备+接力器。其中中小型水轮机调速 器将这三部分组合成一个整体，称为组合式，运行 方便。
调速系统
油压装置
调速柜主要有以下几个部分组成：
❖ 测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变 为位移信号，然后输出。
水轮机自动调节课程设计
《水轮机调节》课程设计目录第一章水轮发电机组选型 (1)第二章调节保证计算 (2)一、电站基本资料 (2)二、确定计算标准 (2)三、确定计算工况 (3)四、计算和确定有关参数 (3)第三章调节设备选型 (17)一、调速器计算 (17)二、调速器选择 (18)三、油压装置的选择 (19)参考文献 (22)第一章 水轮发电机的选择因为水轮机的同步转速是88.2r/min,所以根据《水轮机原理与运行》书中P268中表14-2可知发电机的磁极对数p=34 飞逸转速：min /12.189r n f =（1）、 确定主要尺寸①极距τ（cm ）和飞逸速度V f 的确定 由水电站机电设计手册-水力机械P159得：)(54.70342168367.3510244f cm P S K n ≈⨯⨯==τ 上式中: K 1为系数8～10，取10。
飞逸线速度：14.22.8812.189≈==ef f n n K ；s m K v f f /96.15054.7014.2≈⨯==τ②定子内径的确定 cm p D i 84.152654.703422≈⨯⨯==ππτ③定子长度l t (cm)的计算 cm n CD S l e i n t 98.1162.8884.152610735.168367262≈⨯⨯⨯==- 上式中：C-----发电机利用系数，由水电站机电设计手册-水力机械P160表3-5取6107-⨯ 定子铁芯外径当166.7e n rpm ≤时, 1.2a i D D τ=+ 当166.7e n rpm ≥a i D D τ=+ 因rpm n e 7.1662.88≤=故cmD D i a 48.161154.701.2+84.15262.1≈⨯=+=τ取整数cmD a 1620=故：发电机的型号为SF165—34/1620第二章 调节保证计算一、电站基本资料E 水电站以发电为主，兼顾灌溉、旅游和养殖。
电站建成后并入系统运行，担任系统基荷，有调峰或调频任务，无近区负荷。
水轮机自动调节_第1章 水轮机调节基本概念
使用教材
水轮机自动调节 程远楚 张江滨 主编
中国水利水电出版社
授课教师：程远楚
武汉大学动力与机械学院
学习安排
• 理论学习 41学时 讲授内容: 1,2章 3,4章 5章 6.3.3,6.3.4 7章 9.3,9.4 • 实验 4学时 • 课程设计 1周
学习 安排
学习要求
复习并掌握先修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践 总成绩＝考试成绩 ＋实验成绩＋平时成绩 学习 方法
•
第一章 水轮机调节基本概念
四 水轮机调节的实现途径与方法
J d Mt M g dt
α ,Q
⑴ Mt、Mg与n的关系
① Mt：Mt是机组动力矩 图1-2 水轮机调节示意图 a) 当水头一定，开度一定（如a=a3）时， n↑↓→Mt↓↑。 a点 b'点 ② Mg：Mg是负荷力矩，与负载性质 有关，它代表不同用户设备组 b) 当水头一定，转速n相同时， a点 c'点 合后的总负荷力矩。 a↑↓→Mt↑↓(如 下,a、b、c三点)。 a ) 对同一负荷特性曲线， n0 n↑↓→Mg↑↓（见图1-2中红 线）； b) 在n一定时，对不同的负荷特 性曲线→Mg不同（见图1-2中a、
第一章 水轮机调节基本概念
四
•
水轮机调节的实现途径与方法
水轮发电机组的转动部分是一个围绕固定轴线作旋转 运动的刚体，它的运动可由如下方程来描述
J d Mt M g dt
M t 9.81 / f ( H , Q, n) QH
•
•
水轮机主动力矩Ｍt由水 流对水轮机叶片的作用力 形成，它推动机组转动， 其大小决定于水头H和流 量Q。 由图可见，导叶开度一 定时，力矩随转速增加而 减小;当转速一定时，力 矩随导叶开度增加而增加。
水轮机自动调节课程设计
水轮机自动调节课程设计1. 简介水轮机是一种常见的水力发电设备，在电力系统中扮演着重要的角色。
然而，在长期运行过程中，水轮机参数的变动会导致其性能发生变化。
为了保证水轮机的运行效率，人们需要对其进行自动调节。
本文将介绍一个水轮机自动调节课程设计方案。
2. 设计目标本课程设计的目标是让学生掌握水轮机自动调节的原理和方法，并利用所学知识设计一个简单的水轮机自动调节系统。
具体来说，设计目标包括：•理解水轮机自动调节系统的基本原理和组成结构•掌握水轮机性能参数的测量和分析方法•学习PID控制器的基本原理和调节方法•利用所学知识设计一个水轮机自动调节系统，并进行调试与测试3. 设计内容3.1 水轮机性能参数的测量在进行水轮机自动调节之前，需要先了解水轮机的性能参数，例如转速、流量、水头等。
学生将利用传感器和数据采集卡实现对这些参数的测量，并对测得的数据进行分析和处理。
3.2 PID控制器的调节PID控制器是水轮机自动调节系统的核心组成部分。
学生将学习PID控制器的基本原理和调节方法，包括调节参数的选择和调试等。
3.3 水轮机自动调节系统的设计在掌握了水轮机性能参数测量和PID控制器调节方法后，学生将根据设计要求设计一个水轮机自动调节系统，并进行系统搭建和调试。
3.4 系统测试与评估为了验证水轮机自动调节系统的性能，学生将进行系统测试和评估，并对测试结果进行分析和总结。
4. 教学方法本课程设计采用“理论+实践”的教学模式。
具体来说，将采用如下教学方法：•理论授课：介绍水轮机自动调节系统的基本原理和组成结构，讲解水轮机性能参数的测量和分析方法，讲解PID控制器的基本原理和调节方法。
•实验指导：通过模拟实验和实际实验等方式，对学生进行实验指导，帮助学生掌握水轮机自动调节系统的设计和调试方法。
•论文撰写：要求学生根据设计要求撰写相关的论文，包括设计思路、实验方案、实验结果和结论等。
•作业评定：要求学生提交实验报告，并对提交的报告进行评定，评定标准包括报告内容、技术实现、实验结果和分析总结等。
水轮机调节控制系统
第一章 调速系统基础知识1.水轮机调节的根本任务水轮发电机组把水能转化为电能供用户使用。
用户除要求供电安全可靠外，还要求电能 的频率和电压保持在额定值附近的某范围内。
频率偏离额定值过大对用户不利，可能使用户的产品质量降低。
按规定：系统频率应保持在50HZ，其偏差不得超过±0.5HZ：对于大容量系统，频率的偏差不得超过±0.2HZ。
此外，还应保持电钟指示与标准时间的偏差在任何时候不大于1分钟；对于大容量系统，不得大于30秒。
同时，电力系统的负荷是不断变化的，存在周期为几秒至几十分钟的负荷波动，这种不可预见的负荷波动幅值可达电力系统总容量的2~3%。
此外，一天之内系统负荷有早、晚两个高峰和中午、深夜两个低谷，这种负荷变化基本上是可预见的。
电力系统负荷的不断变化将导致系统频率的波动。
因此，必须根据负荷的变动不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组的转速（频率）在规定范围内。
这就是水轮机调节的根本任务。
2.实现水轮机调节的途径通过什么方法与途径完成“水轮机调节”的基本任务呢？为简明起见，仅对一台水轮发电机组带负荷的情况进行讨论。
如图示是水轮发电机组示意图。
水轮发电机组示意图水轮发电机转动部分是一个围绕固定轴线做旋转运动的刚体，它的运动可由下列方程描述：式中J ----机组惯性矩；ω---角速度，ω=πn/30（n为机组转速）； t M ---水轮机动力矩；t g d ωJ=M -M dtg M ---水轮机阻力矩。
水轮机动力矩由水流对水轮机叶片的作用力形成，它推动机组转动，其大小决定于：水头H，导叶开度a （流量Q），机组转速等。
由上式可见，实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。
3.水轮机调节的特点¾ 水轮机调节具有以下特点：¾ 决定机组出力最基本的因素是水头和流量；¾ 具有两套调节机构的水轮机，在对它们进行调节时，为了达到某种预期的目的，在两套机构之间设有相应的协联机构。
水轮机调速系统
9、回油：用于机械动作或润滑的油中回集到回油箱 中的那部分油。 10、指令信号：在调速系统外部输入的调节信号。 11、反馈：是将系统或环节的输出信号再引回输入 的过程。 12、调速器的静特性：（调速系统静态特性）在平 衡状态下，机组转速和接力器行程之间的关系。 （因转速与频率是对应的，因而实际上也有用频 率与接力器行程的关系来表示。） 13、无差调节静特性：静特性曲线与横轴平行，就 是说机组从空载到满载的所有稳定运行情况下， 转速总是回到原来的额定值。 。
28、辅助接力器：用自动控制阀分配的压力油动作 的接力器，它操作主配压阀。 29、控制环：是一个可以转动的环状部件，通过连 杆、拐臂与环相连，将接力器的力和动作分配给 所有的活动导叶。 30、扰动：在自动调节系统中，总是存在着若干促 使被调节参数偏离给定值的干扰因素，这些干扰 因素称为扰动。 31、机械转动：利用皮带、轴、齿轮等机械零件的 传动装置来进行功率和动作的传递系统。 32调速系统的工作容量：在额定油压下，主接力器 走完一次全行程所做的功。
4、水轮机调速器分那几种类型？调速器型号的含义 是什么？ 答：水轮机调节系统是比较复杂的，因此产生了各 种不同类型的调速器。 按照测速元件的不同型式，可分为机械液压型调速 器（简称机调）、电气液压型（简称电液）调 速器和微机调速器。 按调节流量的操作方式不同可分为单调和双调两类 。如混流式和轴流定桨式水轮机，只采用改变 导叶开度的方法来调节流量叫单调；而轴流转 桨式水轮机采用改变导叶开度同时改变转轮叶 片角度的方法来调节流量，此种方法叫双调； 冲击式水轮机在改变喷针行程的同时，还采用 协联动作改变折向器开度的方法调节流量，也 叫双调。
43、卸荷阀：是在一定条件下，能使液压泵卸荷的 阀。 卸荷阀通常是一个带二位二通阀(常为电磁 阀)的溢流阀,功能是不卸荷时用作设定系统(油泵 )主压力,当卸荷状态时(靠二位二通阀动作转换) 压力油直接反回油箱,系统压力为0.值以实现一些 回路控制和提高油泵寿命,减少功耗.在回路中属 于并入回路的。减压阀用于调整执行元件所需压 力,是串联在回路中的，一般不能互换使用。 44、安全阀：进口蒸汽或气体侧介质静压超过其起 座压力整定值时能突然全开的自动泄压阀门。是 锅炉及压力容器防止超压的重要安全部件。
第二章水轮机调节系统工作原理
调节对象
水力系统
水库 尾水
水能 Q、H 导水机构 水轮发电机组
电能 U、I、f 电力系统
调节器 （调速器）
执行元件 放大元件
转速 给定 + 反馈元件 测量元件
图 1-12 水轮机转速自动调节系统框图
水轮机转速自动调节系统是从蒸汽机转速自动调节系统发展 而来。下面以直观易懂的机械液压型调速器构成的水轮机调节 系统为例来说明其工作原理，图2-1为水轮机调节系统原理简 图，左侧是调速器部分，右侧是水轮发电机组部分。
p0 F
若要向关闭方向移动，水推力RW为主动力，阻力R=(PI-PII)F+T， 配压阀向上位移S12
RW ( pI pII ) F T
(pI pII )F RW T
(pI pII )F kt q 2S11 F RW T
( RW T )l S 12 p0 F
输入 ②钢带 ③限位架 ④重块
⑤调节螺母
⑥弹簧 ⑦下支持块 输出
（3）动作 a.初始为某一平衡位置， 折算离心力与弹簧力相等； b.当飞摆转速升高时，折 算离心力大于弹簧力向外张 开，下支持块向上处于较高 位置； c.当飞摆转速下降时，折 算离心力小于弹簧力向内收 缩，下支持块向下处于较低 位置；
(2-22)
式中：m接力器活塞及一起移动的零部件质量（包括与接力器 活塞一起运动的所有零部件，如推拉杆、控制环、连杆、拐臂 和导叶等）； D 为液体阻尼系数；△ Y 为接力器活塞相对原平 衡位置的偏移量。 当调节系统波动较小时，△S亦较小，接力器移动速度较慢， 运动质量力、液体摩擦阻力相对于水阻力、油压力小的多，运 动方程可近似认为 R p p R ( p p ) F 或 与静止式（2-15）相
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第一章发电启动控制的组成及过程在水力发电过程中，首先将水能通过水轮机转换为旋转的机械能，再经由同步发电机转换为三相交流电能，然后电能通过变电、输电、配电及供电系统送至电力用户消耗。
当电力系统有功负荷（电能消耗）发生变化时，必然引起整个系统能量的不平衡，从而引起系统频率发生波动。
为了保证电能的频率稳定，必须对水轮发电机组的转速进行控制。
水轮机调速器承担着控制机组转速的任务，调速器通过检测机组的转速与给定值比较形成转速偏差，转速偏差信号再经过一定的控制运算形成调节型号，然后通过功率放大操纵导水机构控制水能输入，使水能输入与电力有功负荷相适应。
同样，当电力系统电力无功不平衡时，将会引起系统电压发生波动，励磁装置承担着稳定电压的作用，并且励磁系统能够改善并网运行发电机的功角稳定性。
2.水轮机调节系统的组成及各元件的作用水轮机自动调节系统是由水力系统、水轮发电机组及电力系统所组成的调节对象和调速器组成的。
调速器包括了测量元件、比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等。
测量元件（离心飞摆）作用是将机组转速信号转换为相应的机械位移信号。
放大元件（配压阀和接力器构成的液压放大器）作用是把测量元件输出的机械位移量进行功率放大，通过执行元件操作控制笨重的倒水机构。
设置反馈元件的目的是对放大元件进行校正，改变调速器的控制规律，以保证水轮机调节系统动态稳定性。
接力器兼作执行元件，操作水轮机的开度。
比较元件（由弹簧、轴承、滑环等组成）在A点位置保持不变时，人为调整转速给定把手，弹簧力发生变化，离心力必须相应变化，相当于离心飞摆转速或机组转速发生了变化。
4.水轮机调速器是如何分类的？1.按元件结构分：a机械液压型调速器（元件均是机械的）b电气液压型调速器（模拟电气液压型；数字电气液压型又名微机调速器）2.按系统结构分：a辅助接力器型调速器（跨越反馈）b中间接力器型调速器（逐级反馈）c调节器型调速器（随动系统）3.按控制策略分：PI调节型，PID调节型，智能控制型4.按执行机构数目分：单调节调速器，双调节调速器5.按工作容量分：大型，中型，小型和特小型第二章5.分析建模基础以应用最为广泛的缓冲室式机械液压型调速器为例，它是由测量元件，放大元件，反馈元件，永态转差机构等构成，首先测量元件的作用是将机组转速信号转换为相应的机械位移信号，然后由放大元件把测量元件输出的机械位移量进行功率放大，通过执行元件操作控制笨重的导水机构，设置反馈元件的作用是对放大元件校正，改变调速器的控制规律，以保证水轮机调节系统动态的稳定性，再通过水轮发电机组利用转速变化来调整水轮发电机组的有功输出，这就是水轮机调节系统的建模基础6.水轮机特性及其表述，调节系统原理简图，调节特性有差无差，为什么进行有差调节，什么时候进行无差调节调节系统工作特性1)无反馈作用时。
相当于缓冲器节流孔全开（Td=0），缓冲活塞上下油路（完全保持畅通，）不会形成油压差或油压力，（缓冲杯动作不会影响缓冲活塞，及）缓冲活塞位置始终保持不变，反馈量为零。
2)硬反馈作用时。
相当于缓冲器节流孔全关（Td=∞），缓冲活塞上下油路切断，缓冲活塞完全跟随缓冲杯动作，反馈量与主接力器位移成正比。
3)软反馈作用时。
相当于缓冲器节流孔部分开启（Td为有限值），缓冲杯运动时会在缓冲活塞形成油压差，油压差的作用下缓冲活塞也发生运动。
（当缓冲杯动作停止后缓冲活塞在弹簧的作用下回到中间位置，反馈量消失为零）节流孔口越大，Td越小，缓冲活塞回到中间过程越快，反之相反。
调节系统静态特性：调节系统处于稳定平衡状态时的机组转速与出力之间的变化关系。
调节系统处于静止平衡状态时必须满足的三个条件：a.主动力矩等于阻力矩。
b.配压阀开口为零。
（接力器停止运动）c.反馈元件输出不再变化。
无反馈作用时：调节系统静态特性是一条水平线，称为无差静特性，表示无论机组带多少负荷，稳定下来后的机组转速都相同，此种调节系统称为恒值调节系统。
硬反馈作用时：调节系统静态特性是一条左高右低曲线，表示机组带的负荷越大，机组稳定下来的转速越低，称为有差静特性。
软反馈作用时：与无反馈作用时静态特性相同。
因为调节系统静态时，无论主接力器在哪个位置，缓冲活塞最终都会在弹簧力的作用下回到中间位置，杠杆1左端Y点位置不变，不会影响引导阀针塞的位置，故也是无差静态特性。
调速器中为什么要采用软反馈（暂态反馈）？其工作参数Td、bt的物理含义是什么？采用软反馈：由于软反馈在调节系统动态过程存在，就可以使主配压阀提前回中，保证了动态过程能够稳定；同时由于软反馈调节过程结束后反馈量消失，不会造成静态偏差，从而能够实现恒值调节或无差调节。
调速器即可以保证调节系统动态过程稳定，又可以获得无差静态特性，实现恒指调节的目的，满足水轮机转速自动调节系统的基本任务和要求。
缓冲时间常数Td：缓冲活塞从阶跃输入撤出到恢复至36.8%初始偏移量为止所经历的时间；暂态转差系数（缓冲强度）bt：缓冲节流阀孔口全关（Td=∞）的情况下，接力器走完全行程，通过暂态转差机构所引起的针塞位移量，折算为转速变化的百分数。
为什么并列运行机组不能采用无差静特性，设置调差机构的目的是什么？原因：采用无差静特性时，系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，增减任意一台机组的负荷会导致机组间负荷出现“拉锯现象”。
目的：调差机构的作用是获得调节系统有差静特性，以使机组并列运行有一个明确的工作点，保证机组负荷分配明确，满足机组并列运行的要求。
用转速调整机构平移调节系统静态特性，其作用是什么？单机运行时改变机组的转速或频率并网运行时改变机组开度或出力7．1）、机组并列运行时不能采用无差静特性，而需才用有差静特性。
由于系统频率与各机组无差静特性没有一个明确的交点，若机组采用无差静特性则将会导致机组间负荷出现拉锯现象，导致机组之间负荷分布不明确，所以要有差静特性从而满足机组并列运行的需要，使负荷连续合理分布。
2）、调差机构：调差机构也称为永态转差机构，是指从主接力器到引导阀针塞之间的杠杆机构，在调速器中起到硬反馈作用。
3）、调差率e来表征调节系统静态特性。
4）、永态转差机构运动方程：。
永态转差系数：接力器走完全行程，通过调差机构引起的针塞位移量，折算为转速变化的百分数。
5）、负荷分配：（1）已知系统中有m台机组，各台机组的额定出力为、调整率为、系统中总的负荷变化量，求各台机组负荷变化量和系统频率的变化量。
，即，考虑=，于是。
同理可得其他机组的负荷变化量○1，考虑到所有机组负荷的变化量之和等于系统中总的负荷变化量，有，得，将上式代入○1中得。
（2）已知系统中有m台机组，各台机组额定出力调差率和第1台机组转速调整机构的平移量；求各台机组负荷变化量和系统频率的变化量。
，即=，得○1，对于2-m台机组，同理可得到○2，式中i=2—m，考虑到此时系统总负荷没有变化，第一台机组负荷的增加量等于系统中其他机组负荷减少量之和，有，将代入上式，可求出系统中频率的变化量为○3，将○3代入○1，可得第一台机组负荷的变化量为，将○3代入○2，可得出其他各台机组负荷的变化量为，式中i=2—m。
6）、转速给定值输入机构称为转速调整机构。
机组并网运行时采用有差静特性，势必会造成频率静态偏差，当系统负荷变化较大时，频率偏差可能超过规定的允许值，此时需要人为的改变调频机组转速给定值，使系统频率恢复到额定值。
7）、调速器在电力系统调频中的作用调速器在电力系统调频中主要针对数秒钟到数分钟的变动负荷。
当负荷变化引起电网频率波动时，电网中各机组调速器根据频率变化自动调整机组的有功功率输出并维持电网有功功率的平衡，使电力系统频率保持基本稳定，称为电力系统一次调频。
由于机组才用有差调节，负荷变化必然引起频率偏差，较小负荷变化量引起的频率偏差也较小，若不超过频率波动的允许范围，频率调节过程结束，若负荷变化量较大且持续时间较长，系统一次调频后必然存在较大的频率偏差，所以必须进行电力系统二次调频。
二次调频是在一次频率调节的基础上，从整个电力系统的角度出发，人为地统筹调度与协调相关因素，重新分配各机组承担的负荷，使电网频率始终保持在规定的工作范围之内。
电力系统的一次调频是靠调速器自身完成的，而二次调频和经济负荷调度是调度中心通过调速器来完成。
8）、调速器转速死区调速器静态特性曲线理论上为一条曲线，由于误差实际上导致静态特性是一条区域。
9）、电液转化器（电液伺服阀）★是将电气部分输出的综合电气信号，转换成具有一定机械功率的位移信号，或具有一定流体功率的流量信号。
种类：按电机转换按液压放大结构按输出形式第三章8.组成，硬件上的输入和输出1、计算机控制系统的组成：生产过程、检测元件、执行机构、计算机系统。
计算机系统则可分为硬件和软件两大部分，硬件主要包括：微处理器、存储器（RAM、ROM）、数字I/O 接口通道、A/D和D/A转换器接口通道、人机接口设备、通信网络接口以及供电电源等。
软件主要包括：系统软件、应用软件、数据库管理系统。
2、硬件的输入和输出：I/O通道又称过程输入输出设备。
它包括模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、开关量输入（DI）和开关量输出（DO）。
9.对内、外信号输送途径附加知识点硬件加原理硬件：主机系统，模拟量输入通道与接口，模拟量输出接口与通道，开关量输入及接口，开关量输出及接口，频率信号测量回路，人机接口，通信接口，供电电源模块等。
原理：以单调整调速器为例：取机组频率fg为被控参量，水轮机调速器测量机组的频率fg并与频率给定值cf进行比较得出频率的偏差另一方面，导叶开度计算值yc与导叶开度给定值cy进行比较，，并经过永态转差值系数bp折算至控制规律前与频率相对偏差进行迭加形成实际的控制误差e，微机调速器根据偏差信号的大小，按一定的调节规律计算出控制量yc，经D/A送到电液随动系统。
随动系统将实际的导叶开度y与yc进行比较，当yc>y时，导叶接力器往开启侧运动，开大导叶，当yc<y时，导叶接力器往关闭侧运动，关小导叶，当yc=y时，导叶接力器停止运动调整过程结束，机组处于一种新的平衡状态运行。
“作图题对内外输出信号：输入的模拟信号：1：导叶接力器行程2：桨叶接力器行程3：水轮机水头4：发电机输出的电功率输出的模拟信号：导叶开度控制信号，双调整调速器还有桨叶角度控制信号为什么要分频？为了提高测量精度分频后变量的变化信号周期变为以前的两倍PID控制算法的改进1积分分离PID控制算法2预限削弱积分PID控制算法3不完全微分PID控制算法4微分先行PID 控制算法5带死区的PID控制算法微机调速器常用的PID控制系统结构：1串联PID控制2并联PID控制（有3个模型）10.测频的方法和原理频率变送器法（模拟量测频法）取自频率信号源的电压信号经隔离后，再经低通滤波，然后整形为方波，送入频率/电压（f/V）转换电路，变为对应的电压信号，送至微机系统的A/D模块进行采样，经换算，即可得到机组频率值。