第三章-电液、电机转换装置国内培训修改版

水轮机调速器与调节系统HydraulicTurbine

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3）大学Wuhan

University教授Professor

Cai

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微机调速器的软硬件结构及工作原理17调节保证计算概述水轮机调节的基本概念及工作原理电/液、电/机转换装置油压装置与

油微机调速器现场调试与运行水轮机调节系统特性63.1

电/液、电/机转换装置概述3.

2

电液伺服阀3.

3交流伺服电机自复中装置3.

4步进电机 伺服装置3.

5步进电机—凸轮型电/机转换装置3.

6电液比例阀3.

7数字阀3.

8位移传感器电/机、电/液转换装置电—机转换器将微机调节器送来的电气信号转换、放大成具有一定操作力（驱动力）的机械位移信号输出。与带引导阀的机械位移输入型主配压阀相配合。电—液转换器把微机调节器送来的电气信号转换、放大成具有一定压力的流量信号输出。与带辅助接力器的

控制型主配压阀接口,也可与中间接力器接口。电/机、电/液转换装置要求：能正确、可靠地工作死区小、截止频率高、放大系数稳定、油压漂移小应有较大驱动力，降低电/机转换装置对油质的要求，最好具有方便

动操作机构电/机转换装置电源

时的要求电—机转换器来说，最好应具有使电/机转换装置恢复至中间平衡位置的功能；电—液转换器则最好与相应主配压阀活塞机械反馈一起使被控制的主配压阀复中。电/机、电/液转换器在微机调速器中，PID调节规律（含PID调节参数）的数学表达式、永态转差系数bp等的所有运算由微机调节器中的

来完成，电气柜（即微机调节器）输出的是综合电气信号。电/机、电/液转换器能够将电气柜（即微机调节器）输出的综合电气信号转换成具有一定操作力和位移量的机械位移信号，或是转换成具有一定压力的流量信号。输出的机械位移信号可以用来操作引导阀。流量输出信号则可以控制中间接力器或直接控制辅助接力器。电液伺服阀是最早作为电液转换元件用于水轮机电液调速器的。国外的喷嘴挡板式电液伺服阀，国内的环喷式电液伺服阀，曾在我国模拟电液调速器中得到较多的应用。喷嘴挡板式电液伺服阀国外目前还有应用，而国内环喷式电液伺服阀是在法国的NEYRPIC公司环喷式电液伺服阀的启发下研发出来的，在上个世纪

十年代它得到了广泛的应用。后因为其耗油量较大，且由于其它更先进电/液、电/机转换装置相继诞生，才逐渐被其它所取代。HDY-S型环喷式电液伺服阀简图它是一种电—机械位移转换器，主要由以下部件组成：外罩线圈中心杆铁芯磁钢极靴组合弹簧连接座阀座前置级锯齿形的柱塞减少了摩擦力和

卡紧力上环和下环的开口较大，不容易堵塞。若运行时出口被污物堵塞，则会使活塞下腔(或上腔)压力增高，活塞自上

(下)移动，由于阀套没有轴向移动，因此上环(或下环)开口增大，污物被冲走，然后活塞又自动回复到原来位置，所以有一定的自清污能力。阀塞上环和下环的喷油由同方向的切线方向引出，使运行中的阀套能不停地自动旋转，同时等压活塞也反向慢速旋转，增加了防卡能力。控制套与中心杆采用滚动球铰结构，因而可自如地与活塞同心。它是电—液转换装置，由滑阀1、喷嘴2、衔铁

3、导磁体4、节流阀5、反馈杆6、弹簧

7和磁钢

8等组成。它把微弱的电气信号转换为具有较大输出功率的能量输出以双喷嘴挡板为前置级，四通滑阀为功放级，结构采用力反馈式。当线圈有调节电流流过时，其产生的磁场与

磁钢产生的磁场相互作用，使衔铁带动挡板偏转，假如是向右偏转，右喷嘴喷油减少，左喷嘴喷油增多，P1压力下降，P2压力上升，使滑阀左移。结构紧凑、灵敏度高、线性度好。喷嘴的孔径小，抗油污能力较差。在国产的调速器中很少应用，但由国外引进的调速器中，应用较多。电—机转换器结构特

点：电机与滚珠丝杠通过联轴套相连，螺母与输出轴相连。把交流伺服电机的旋转运动转换成机械直线位移(如电机带动滚珠丝杆顺时针旋转时滚珠螺母上移，带动输出轴上移)。用于控制带引导阀的主配压阀。采用全数字式交流伺服电机和精密滚珠丝杠传动副(即滚珠丝杠/螺母副传动)作为驱动转换元件输出力大、可靠性高、反应灵敏、线性度好、操作方便和结构紧凑它可以在自动(电气控制)和手动(操作手柄)不同方式间实现无扰动切换在自动状态下电源

或手动操作停止时(即工作于力矩方式时)，它都可以使其驱动的主配压阀保持在中间平衡位置。因为电源或驱动力矩

，复簧驱动输出轴回到中间平衡位置。新型的步进式、螺纹伺服、液压放大式电—机转换器适合与带引导阀的机械位移型主配压阀接口1.步进电机伺服缸原理：步进电机顺时针转，带动控制螺杆转；a口封闭，

b口开启；A腔压

力上升，控制活塞上移。反之下移。2.机械反馈机构工作原理接力器机械反馈机构由杠杆组件、上盖、内缸和控制螺杆等组成。设步进电机经

放大直接带动引导阀针塞的位移为YB，主配压阀活塞位移为YZ，即YB

=YZ

，接力器则在主配压阀控制下开机(或关机)；钢丝绳通过杠杆组件将接力器位移转化为与反向的内缸和控制螺杆整体的位移Y’。当Y’

=

YB时,主配压阀活塞又恢复到零位Y’

=0，接力器停止在YB给定的开度Y。电—机转换器（步进电机转动±120°）用于控制带引导阀的位移型主配压阀步进电机将数字量直接转换成机械角位移，凸轮将步进电机角位移转换为直线位移，编用于步进电机的实时定位检测，定位块则在调速器失电时使凸轮保持在中间位置。选用使用

长、转动惯量小、启动力矩大、响应速度快、可靠性高的进口步进电机作为电—机转换元件不需用油及滤油器，解决了电液转换器抗油污能力差、易卡阻之弊病由步进电机为控制组成的全数字电液随动系统的调速器，可靠性高、结构简单、免组成电气—机械位移转换部分控制部分分类比例压力阀、比例流量阀、比例换向阀、比例复合阀。(按所控制的参数不同)直动式和先导式。(按

放大级的数量来分)电—液转换器电气控制的引导阀用于控制带辅助接力器的主配压阀也可用于控制中间接力器系统图中比例伺服阀表示符号1一比例电磁铁2一复位弹簧3一阀体4一控制阀芯直动式电液比例方向阀结构原理图工作原理：左电磁铁得电，控制阀芯4向右移动，油口

P与B、A与T分别接通，控制油流将从B口输出。反

之，控制油流将从A口输出。比例伺服阀用一个控制油口控制主配压阀辅助接力器的控制油腔(大面积腔)，辅助接力器的恒压活塞腔(小面积腔)通以主配压阀的工作压力油。主配压阀活塞带动的直线位移传感器信号(-10～+10V)送到比例伺服阀的综合放大器与微机调节器的控制信号

(4～20mA)进行比较，从而实现了微机调节器的控制信号对主配压阀活塞位移的比例控制，也就是实现了对主配压阀输出流量的比例控制。结构简单、价格低廉，对油质要求较高（过滤精度小于12um)在大型和特大型高油压数字式调速器中得到广泛的应用在电站的试验运行中，该控制系统具有良好的静态和动态性能二位三通型方向控制阀也称为电磁换向球阀在

系统中大多作为先导控制阀使用座阀式电磁换向阀表示符号三位四通电磁操作的换向滑阀也称电磁换向滑阀可以控制油流的开启、停止或方向湿式电磁换向阀表示符号54123A

P

B这是二位三通电磁换向阀结构原理图，其左边为交流电磁铁，右边为滑阀。当电磁铁不通电时（图示位置），其油口P与A连通；当电磁铁通电时，衔铁1右移，通过推杆2使阀芯4推压弹簧5并向右移至端部，油口P与B连通，而与A断开。其图形符号如右图。如果只需要一个油口工作，可以把A口封堵，这样，当电磁铁不通电时，相当于就没有油流输出；只有当电磁铁通电时，压力油才会经B口流向被控制部件（如辅助接力器的·工作腔。）1-衔铁；2-推杆；3-阀体；4-阀芯；5-弹簧电磁铁断电电磁铁断电654321TA

P

B

71-阀体；2-阀芯；3-弹簧座；4-弹簧；5-推杆；6-铁芯；7-衔铁①

当两端电磁铁都断电时，阀芯处于中间位置（

），P、A、B、T四个油口互不相通。②当左端电磁铁通电时，衔铁推动阀芯向右移动，使油口P和B连通，A和T连通；当电磁铁断电后，靠右边弹簧复位作用，使阀芯回复中间位置。③当右端电磁铁通电时，右衔铁通过推杆将阀芯推至左端，使阀的油口P与A连通，B与T连通；当电磁铁断电后，靠左边弹簧复位作用，使阀芯回复中间位置。因此，它可以用来驱动中间接力器或接力器。座阀式电磁换向阀湿式电磁换向阀由两个或三个稳定状态的断续式电磁

阀组成机械

系统结构简单,安装调试方便,可靠性高脉冲式数字阀作为电/液转换器件，在中小型微机调速器和冲击式水轮机微机调速器中得到了广泛的应用。（1）精密线绕电位器1—引出线2一活动触头3一电阻丝环4—胶木支座5—轴承盖6—胶木圈7一金属板8一精密轴承9—转轴实际上就是一个滑线电阻，它是一种线性度很好、精度很高、旋转平稳、接触良好的电位器。可以直接接入直流电源，其输出也是直流信号，其旋转角可达350°。直线位移传感器大多采用新开发的导电塑料电位器作为位移传感器。这种位移传感器将导电塑料电位器和位移传递机械做成一体，由于该电位器的导电体用的工具逐点修正，因此线性度较好。该直线位移传感器体积小，安装方便，价格低廉，在中小型微机调速器中采用较多。直线位移传感器的行程有10～20mm，100～300mm等几个品种，其线性度分两个等级:±0.1%和±0.5%。差动变压器式直线位移传感器属于非接触式的，即可动部分与电路没有直接接触，是一个铁芯

圈中可以移动的变压器。差动变压器的输出电压为交流电压，使用不方便，目前大多使用由直流作电源，输出也为直流信号的直流直线位移转换器。直流直线位移转换器一般将振荡电路和相敏整流电路与差动变压器做成一体，其体积小，安装、使用方便。磁致伸缩位移传感器是德国公司生产的Temposonics-III高精度位移传感器具有2um分辨率，输出信号采用同步串行方式或4—20mA电流，测量范围25—5000mm，非线性度小于0.01%F.S是目前精度最高、可靠性最好的位移传感器，而且耐冲击、耐振动，但这种位移传感器价格比较昂贵。31磁致伸缩式直线位移传感器是利用“磁致伸缩”的原理研制的位移传感器。它由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁环