水輪機(jī)調(diào)節(jié)

1、水輪機(jī)調(diào)節(jié) 主講人：黃 丹,概述●地位：如果把水輪機(jī)比喻成為人體，它所包括的各個(gè)系統(tǒng)：如本體系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、油氣水系統(tǒng)等就對(duì)應(yīng)地像我們?nèi)梭w的軀干系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和各輔助系統(tǒng)。所以，調(diào)速系統(tǒng)是水輪機(jī)中最難、最復(fù)雜、最關(guān)鍵的核心系統(tǒng)。也就是說(shuō)，只有學(xué)好水輪機(jī)調(diào)節(jié)，才能算是真正懂得水輪機(jī)?！褚饬x：學(xué)好水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以讓

2、我們深入地了解水輪機(jī)的調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)規(guī)律，進(jìn)而深入地學(xué)習(xí)和理解水輪機(jī)工作特性，便于我們?cè)谶\(yùn)行中更好地進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整、重大事故的分析、處理及預(yù)防。●學(xué)習(xí)方法：采用“分—合”的學(xué)習(xí)方法。即先學(xué)習(xí)調(diào)速系統(tǒng)的各個(gè)元件，再學(xué)習(xí)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理（工作過(guò)程）。,,第一章 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本原理第一節(jié) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本概念一、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù) 1、水力發(fā)電的生產(chǎn)流程：●,2、水力發(fā)電的特點(diǎn)： 電能是一種

3、特殊的商品：它不能實(shí)現(xiàn)中間儲(chǔ)存。所以，發(fā)電、供電和用電是同時(shí)完成的，也就是說(shuō)，有多少的電能必須用完多少；又或者說(shuō)，要用多少電能，就只能發(fā)出多少。所以，從水電站的角度來(lái)說(shuō)：必須根據(jù)用戶(hù)的用電量來(lái)調(diào)節(jié)水輪機(jī)的負(fù)荷。 在現(xiàn)實(shí)中，用戶(hù)的用電量（即電網(wǎng)負(fù)荷）是不斷變化的，而且負(fù)荷變化必定導(dǎo)致頻率變化。 我們都知道：電壓和頻率是表示電能品質(zhì)的2個(gè)基本參數(shù)。用戶(hù)在用電時(shí)必須保證電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，否則會(huì)影響

4、到安全性和經(jīng)濟(jì)性?！袼啓C(jī)調(diào)節(jié)： 在電力系統(tǒng)中，為了使水輪發(fā)電機(jī)組的供電頻率穩(wěn)定在某一規(guī)定范圍內(nèi)而進(jìn)行的調(diào)節(jié)。,3、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)：由電機(jī)學(xué)可知： ●在式（1—1）中，發(fā)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p取決于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，對(duì)于已制造好的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，p是一個(gè)常數(shù)。因此，要穩(wěn)定頻率f在規(guī)定值，只能通過(guò)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，水輪機(jī)的調(diào)節(jié)任務(wù)是：根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的有功功率，并維持機(jī)組轉(zhuǎn)速在規(guī)定的范圍

5、內(nèi)，保證頻率在規(guī)定范圍內(nèi)。,二、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的途徑和方法●水輪發(fā)電機(jī)組（即把水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)連成一個(gè)整體）如下圖：,●把機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分視為一個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體，則根據(jù)理論力學(xué)有：●對(duì)于水輪機(jī)而言，上式的M應(yīng)包括2部分：①水流推動(dòng)水輪機(jī)的主動(dòng)力矩 ; ②發(fā)電機(jī)阻力矩 。所以，得出下式,發(fā)電機(jī)阻力矩 是隨著用電負(fù)荷變化而變化的。當(dāng)動(dòng)力矩和阻力矩去平衡時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速n會(huì)隨之變化。具體變化有3種情況：（1）

6、（2）（3）由以上分析可知，當(dāng) 發(fā)生變化時(shí)，必須調(diào)節(jié) ，否則會(huì)引起機(jī)組轉(zhuǎn)速或電網(wǎng)頻率的變化。,當(dāng)Mt＞Mg時(shí)， ，說(shuō)明電網(wǎng)負(fù)荷 ，機(jī)組轉(zhuǎn)速 ，電網(wǎng)頻率 。所以要減小 Mt，使Mt=Mg，使電網(wǎng)頻率恢復(fù)到正常范圍。,,,,,,,當(dāng)Mt=Mg時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速保持不變。,當(dāng)Mt＜Mg時(shí)， ，說(shuō)明電網(wǎng)負(fù)荷 ，機(jī)組轉(zhuǎn)速 ，電網(wǎng)頻率 。所以要減小 Mt，使Mt

7、=Mg，使電網(wǎng)頻率恢復(fù)到正常范圍。,,,,,,,,,,●水輪機(jī)動(dòng)力矩 的調(diào)節(jié)方法和途徑： 與水輪機(jī)的工作水頭H、水輪機(jī)流量Q（表現(xiàn)為導(dǎo)葉度）、角速度 有關(guān)。 根據(jù)水輪機(jī)由上式可知，從理論上，改變流量Q、工作水頭H和效率 ，可改變 。但實(shí)際在水電站正常運(yùn)行中，工作水頭H和效率 是無(wú)法改變的。只有Q可以改變。所以水輪機(jī)的調(diào)節(jié)思路是：通過(guò)改變流量Q來(lái)

8、調(diào)節(jié)水輪機(jī)動(dòng)力矩 。,不同形式的水輪機(jī)具有不同的調(diào)節(jié)流量設(shè)備。如反擊式水輪機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量Q，從而改變動(dòng)力矩 ；而沖擊式水輪機(jī)通過(guò)改變噴針行程來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)力矩 。所以，▲水輪機(jī)調(diào)節(jié)的途徑是：改變導(dǎo)葉開(kāi)度或噴針行程?！{(diào)節(jié)的方法是：利用調(diào)速器按負(fù)荷變化引起的機(jī)組轉(zhuǎn)速或頻率的偏差，調(diào)整水輪機(jī)導(dǎo)葉或噴針開(kāi)度，使水輪機(jī)的動(dòng)力矩和阻力矩及時(shí)恢復(fù)平衡，從而使轉(zhuǎn)速和頻率保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。,三、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的

9、特點(diǎn)：1、水輪機(jī)調(diào)速器的液壓操作機(jī)構(gòu)較龐大，所以其非線(xiàn)性和滯后性對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)影響較大。2、因機(jī)組形式不同，有的水輪機(jī)需要采用雙重調(diào)節(jié)，調(diào)速系統(tǒng)更復(fù)雜，增加了系統(tǒng)的滯后性。3、受自然條件限制，有的水電站的引水管道較長(zhǎng)，水流慣性大，如果開(kāi)啟或關(guān)閉導(dǎo)葉過(guò)快，會(huì)在管道中產(chǎn)生沖擊；如果動(dòng)作過(guò)慢，又會(huì)使機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)高，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。4、從電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)看，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的穩(wěn)定性、速動(dòng)性、準(zhǔn)確性的要求越來(lái)

10、越高；調(diào)速器的操作功能、自動(dòng)控制功能也不斷完善。,四、調(diào)速器的發(fā)展1、最早的調(diào)速器是機(jī)械型調(diào)速器，它利用測(cè)速元件直接控制進(jìn)汽閥。2、19世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代，主要的調(diào)速器是機(jī)械液壓型調(diào)速器。它主要是用液壓放大元件作為功率放大設(shè)備。3、20世紀(jì)40年代中其，出現(xiàn)了電氣液壓型調(diào)速器。它早期是用電氣回路代替一些機(jī)械元件；后來(lái)直到出現(xiàn)電子調(diào)速器，電氣液壓型調(diào)速器有了獨(dú)立的模式。4、20世紀(jì)80年代以來(lái)，出現(xiàn)了微機(jī)液壓調(diào)速器。它具有優(yōu)

11、良的穩(wěn)定性和速動(dòng)性。我國(guó)在此期間也研制出了多種液壓微機(jī)調(diào)速器，其技術(shù)已躋身于世界先進(jìn)國(guó)家行列。,第二節(jié) 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)基本元件下圖是一個(gè)單調(diào)節(jié)水輪機(jī)系統(tǒng)方框圖：,方框圖：表示電路、程序、工藝流程等內(nèi)在聯(lián)系的圖形。方框內(nèi)表示各獨(dú)立部分的性能、作用等，方框之間用線(xiàn)連接起來(lái)，表示各部分之間的相互關(guān)系。簡(jiǎn)稱(chēng)框圖。也叫方塊 圖。,其調(diào)節(jié)過(guò)程：,用戶(hù)負(fù)荷 電網(wǎng)頻率 水輪發(fā)電機(jī)

12、組轉(zhuǎn)速,,,,,,,（二）輔助接力器和主配壓閥1、結(jié)構(gòu)圖2、主要構(gòu)件：輔助接力器活塞、主接力器活塞、閥體。,3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）輔助接力器活塞是個(gè)差動(dòng)閥（即活塞的上、下底接觸油的面積不同，上小下大），活塞的上部油口----引導(dǎo)閥的中間油腔(壓力為p1；活塞的下部油口---排油管。所以，它的受力為： F1=p1A1 （方向向下）（2）主配壓閥活塞有上、下2個(gè)閥盤(pán)，且上大下??；主配壓閥

13、體有上、中、下3個(gè)油口和底部1個(gè)油口，上油口---主接力器左腔，下油口---主接力器右腔，中間油口---壓力油(壓力為p)，底部油口---接油管。 當(dāng)主配壓閥活塞平衡在某個(gè)位置時(shí)，所受的力為： F=p(A2-A3) （方向向上）,4、工作原理： 如果把輔助接力器和主配壓閥視為一個(gè)整體，它的工作狀態(tài)取決于F1和F的對(duì)比，具體如下：①當(dāng)引導(dǎo)閥處于平衡狀態(tài)時(shí)（對(duì)應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)

14、速），通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)使F=F1，此時(shí)，輔助接力器和主配壓閥不動(dòng)。②當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，離心擺下支持塊上移，同時(shí)帶動(dòng)引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套上移，引導(dǎo)閥油腔接通排油，此時(shí)， p1 =0，即F1= 0，所以輔助接力器和主配壓閥在F的作用下，其活塞上移，壓力油通過(guò)上油口進(jìn)入主接力器左腔。③轉(zhuǎn)速降低時(shí)，離心擺下支持塊下移，同時(shí)帶動(dòng)引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套下移，引導(dǎo)閥油腔接通壓力油，此時(shí)， p1 =p，因?yàn)锳1＞(A2-A3)，即F1（向下） ＞F（向上），所以輔助接力器和

15、主配壓閥的活塞下移，壓力油通過(guò)下油口進(jìn)入主接力器右腔。5、功能：接受來(lái)自引導(dǎo)閥油腔油壓變化信號(hào)，去控制接力器的左右移動(dòng)。,（三）接力器（是執(zhí)行元件）1、結(jié)構(gòu)圖：2、主要構(gòu)件:接力器缸、活塞、活塞桿。3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：活塞兩側(cè)的缸體上各有1個(gè)油口，左側(cè)油口---主配壓閥上油口，右側(cè)油口---主配壓閥下油口。所以接力器活塞的運(yùn)動(dòng)受主配壓閥控制。,4、工作過(guò)程：①當(dāng)主配壓閥活塞上移，壓力油通過(guò)上油口進(jìn)入接力器的左腔室，同時(shí)

16、右腔室接通排油，所以活塞右移，推動(dòng)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)向關(guān)小方向運(yùn)動(dòng)。②當(dāng)主配壓閥活塞下移，壓力油通過(guò)下油口進(jìn)入接力器的右腔室，同時(shí)左腔室接通排油，所以活塞左移，推動(dòng)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)向開(kāi)大方向運(yùn)動(dòng)。5、功能：通過(guò)主配壓閥活塞的上、下移動(dòng)，通過(guò)活塞與油口的配合，控制接力器活塞的左、右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)葉開(kāi)度（或噴針行程）的調(diào)節(jié)。 ▲ 接力器活塞移動(dòng)速度取決于主配壓閥油口開(kāi)度的大小和打開(kāi)油口的時(shí)間長(zhǎng)短。6、輸出量（接力器活塞的位移）與輸入量（主配壓閥

17、油口開(kāi)度）的關(guān)系：,接力器位移量的相對(duì)值y與主配壓閥油口開(kāi)度相對(duì)值u的積分成正比。,三、反饋元件1、基本:反饋元件----用于改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，并形成一定調(diào)節(jié)規(guī)律的元件。反饋：把系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)的一部分反送回輸入端。 負(fù)反饋：反饋信號(hào)的作用方向與原輸入信號(hào)的作用方向 反饋 相反的反饋。

18、 正反饋：反饋信號(hào)的作用方向與原輸入信號(hào)的作用方向 相同的反饋。 硬 反饋（又稱(chēng)比例反饋） ：反饋元件的輸出信號(hào)與反饋 輸入信號(hào)成比例關(guān)系。 軟反饋（又稱(chēng)暫態(tài)反饋）：反饋信號(hào)只在調(diào)節(jié)過(guò)程中存

19、 在，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，反饋信號(hào)自動(dòng)消失的反饋。,,,（一）硬反饋1、在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，局部反饋和調(diào)差機(jī)構(gòu)（見(jiàn)P10系統(tǒng)圖）都屬于硬反饋。以局部反饋為例說(shuō)明硬反饋的工作原理：（如下圖所示，系統(tǒng)中的局部反饋是一個(gè)杠桿）,局部反饋：它在系統(tǒng)中的作用是作為第一級(jí)液壓放大機(jī)構(gòu)的內(nèi)部校正，所以對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)而言只起到局部反饋的作用。（見(jiàn)圖P10系統(tǒng)圖）,輸入信號(hào)（A端位移量 ）與輸出信號(hào)（B端位移

20、量 ）有如下關(guān)系： =K ，K—比例系數(shù)由上式可知，硬反饋元件的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是一種比例關(guān)系，所以也可稱(chēng)為比例反饋元件。 （二）緩沖裝置（又稱(chēng)軟反饋元件）1、作用和意義：用于調(diào)速系統(tǒng)的反饋校正，其性能直接影響調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：緩沖裝置的殼體分為上、下2個(gè)腔室，其內(nèi)

21、部充油，節(jié)流孔是上、下腔之間的唯一通道；主動(dòng)活塞受主接力器活塞控制，從動(dòng)活塞作用于引導(dǎo)閥針塞。3、工作原理：①當(dāng)主動(dòng)活塞受到主接力器反饋體的作用向下移動(dòng)時(shí)，下腔油壓 從動(dòng)活塞上移 輸出從動(dòng)活塞位移信號(hào)，并作用于引導(dǎo)閥針塞；同時(shí)壓縮從動(dòng)活塞彈簧。在此期間，因下腔油壓高于上腔油壓，下腔油經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入上腔室，在主動(dòng)活塞彈簧恢復(fù)力作用下，上、下腔油壓差越來(lái)越小，直至壓差為0，從

22、動(dòng)活塞在自身彈簧恢復(fù)力作用下，回復(fù)到中間位置。,,,,②當(dāng)主動(dòng)活塞受到主接力器反饋體的作用向上移動(dòng)時(shí)，上腔油壓 從動(dòng)活塞下移 輸出從動(dòng)活塞位移信號(hào)，并作用于引導(dǎo)閥針塞；同時(shí)向下拉伸從動(dòng)活塞彈簧。在此期間，因上腔油壓高于下腔油壓，上腔油經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入下腔室，在主動(dòng)活塞彈簧恢復(fù)力作用下，上、下腔油壓差越來(lái)越小，直至壓差為0，從動(dòng)活塞在自身彈簧恢復(fù)力作用下，回復(fù)到中間位置。由上

23、述分析可知：緩沖裝置的輸出信號(hào)（從動(dòng)活塞位移量）只在調(diào)節(jié)過(guò)程中存在，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后就自動(dòng)消失，所以也稱(chēng)軟反饋元件。,,,,4、輸出量（從動(dòng)活塞位移量）與輸入量（主動(dòng)活塞的位置量）的關(guān)系：結(jié)合上式，說(shuō)明緩沖裝置的2種特殊情況：①當(dāng)Td=0時(shí)，即節(jié)流孔全開(kāi)（可極限地認(rèn)為上下兩油腔全通成一個(gè)整體），油流阻力系數(shù)為0，此時(shí)無(wú)論輸入信號(hào)怎樣變化，都不產(chǎn)生輸出信號(hào)，即Z2=0.這是因?yàn)椴还苤鲃?dòng)活塞上移或是下移，連成一體的上下腔油壓無(wú)

24、壓差，所以從動(dòng)活塞位置不變。,,②當(dāng)Td ∞時(shí)，節(jié)流孔全關(guān)，當(dāng)給主動(dòng)活塞一個(gè)位移Z1時(shí)，從動(dòng)活塞也產(chǎn)生一個(gè)位移Z2，由于節(jié)流孔堵住，上下腔油壓無(wú)法平衡，所以從動(dòng)活塞無(wú)法回復(fù)，此時(shí)的緩沖裝置相當(dāng)于一個(gè)硬反饋元件。,第三節(jié) 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理一、無(wú)反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理：

25、 關(guān),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、系統(tǒng)組成：離心擺（測(cè)速元件）、引導(dǎo)閥（放大元件）、輔助接力器與主配壓閥（放大元件）、接力器（執(zhí)行元件）和水輪機(jī)（調(diào)節(jié)對(duì)象）。2、工作

26、原理①當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，引導(dǎo)閥與轉(zhuǎn)動(dòng)套、輔助接力器與配壓閥在相對(duì)中間位置。②當(dāng)轉(zhuǎn)速 離心擺下支持塊 帶動(dòng)引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套 引導(dǎo)閥中間腔室與排油相通，腔內(nèi)油壓 輔助接力器與配壓閥活塞 壓力油進(jìn)入接力器左腔，同時(shí)右腔接通排油 接力器活塞右移 關(guān)小導(dǎo)葉，減小流量。,,,,,,,,

27、,,,,③當(dāng)轉(zhuǎn)速 離心擺下支持塊 帶動(dòng)引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套 引導(dǎo)閥中間油腔與壓力油相通 輔助接力器與主配壓閥活塞 壓力油進(jìn)入接力器右腔，同時(shí)左腔接通排油 接力器活塞左移 開(kāi)大導(dǎo)葉，增加流量。 3、存在問(wèn)題： 當(dāng)一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，動(dòng)力矩和阻力矩相平衡時(shí)，引導(dǎo)閥針塞、輔助接力器與主配壓閥活

28、塞不能及時(shí)回到相對(duì)中間位置，控制油口不能及時(shí)關(guān)閉。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到n0,,,,,,,,,,,,,接力器活塞仍繼續(xù)推動(dòng)導(dǎo)葉移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)調(diào)節(jié)現(xiàn)象：使轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低于額定轉(zhuǎn)速，當(dāng)?shù)偷揭欢ㄖ禃r(shí)，系統(tǒng)又會(huì)按轉(zhuǎn)速低現(xiàn)象去調(diào)整……反復(fù)不斷調(diào)整。4、結(jié)論：穩(wěn)定的系統(tǒng)：如果機(jī)組改變了原來(lái)的平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，機(jī)組能達(dá)到新的平衡狀態(tài)。顯然，無(wú)反饋系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定系統(tǒng)。5、改進(jìn)方向：經(jīng)上述工作過(guò)程分析，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因是過(guò)調(diào)現(xiàn)象。所以要改進(jìn)系統(tǒng)

29、就必須：在轉(zhuǎn)速恢復(fù)到額定值（即動(dòng)力矩與阻力矩相平衡）時(shí)，設(shè)法使引導(dǎo)閥與轉(zhuǎn)動(dòng)套、輔助接力器與配壓閥活塞回到相對(duì)中間位置。,二、具有硬反饋的調(diào)速系統(tǒng)工作原理 C

30、 D A B 關(guān),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、系統(tǒng)

31、組成：離心擺（測(cè)速元件）、引導(dǎo)閥（放大元件）、輔助接力器與主配壓閥（放大元件）、接力器（執(zhí)行元件）和水輪機(jī)（調(diào)節(jié)對(duì)象）、硬反饋元件（杠桿AB）。2、工作原理①當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，引導(dǎo)閥與轉(zhuǎn)動(dòng)套、輔助接力器與配壓閥在相對(duì)中間位置。②,回到相對(duì)中間位置。3、存在問(wèn)題： 例如，機(jī)組在n1下運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷減少時(shí)，Mt＞Mg,機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作，使進(jìn)入水輪機(jī)的流量減少，最終使Mt＝Mg ，轉(zhuǎn)速停止上升，此時(shí)機(jī)組在轉(zhuǎn)速n2

32、下穩(wěn)定，但此時(shí)的n2＝nmax.即n1≠ n2有差調(diào)節(jié)：經(jīng)過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程后，機(jī)組轉(zhuǎn)速不能回到原來(lái)的轉(zhuǎn)速下平衡，而是回到一個(gè)新的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)平衡。4、結(jié)論：具有硬反饋的調(diào)速系統(tǒng)解決了過(guò)調(diào)現(xiàn)象，但是存在有差調(diào)節(jié)。,三、具有軟反饋的調(diào)速系統(tǒng) k,,,,,,,,,

33、,,,,,,,,,,,,,,1、系統(tǒng)組成：離心擺（測(cè)速元件）、引導(dǎo)閥（放大元件）、輔助接力器與主配壓閥（放大元件）、接力器（執(zhí)行元件）和水輪機(jī)（調(diào)節(jié)對(duì)象）、軟反饋元件。2、工作原理①當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，引導(dǎo)閥與轉(zhuǎn)動(dòng)套、輔助接力器與配壓閥在相對(duì)中間位置。②,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

34、,,,,,,活塞上移,推動(dòng)引導(dǎo)閥針塞上移與轉(zhuǎn)動(dòng)套回到相對(duì)中間位置。接力器停止移動(dòng)后，受活塞彈簧的作用，主、從動(dòng)活塞逐漸向中間位置回復(fù)，同時(shí)使引導(dǎo)閥針塞稍有下移，通過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使導(dǎo)葉進(jìn)一步關(guān)小，使Mt ＜ Mg，進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速，這時(shí)，離心擺有所下移，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套下移，使轉(zhuǎn)動(dòng)套與針塞回到相對(duì)中間位置，使得已上升了的轉(zhuǎn)速降回到原來(lái)的額定值，并保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。4、結(jié)論：不管是負(fù)荷增加使轉(zhuǎn)速下降還是負(fù)荷減少使轉(zhuǎn)速上升，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)整后，機(jī)組能恢復(fù)

35、到原來(lái)的額定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定下來(lái)，即實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。無(wú)差調(diào)節(jié)：,不論機(jī)組負(fù)荷增加還是減少，調(diào)節(jié)后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速都保持不變。,經(jīng)上述分析：調(diào)速系統(tǒng)中，為了具有穩(wěn)定性，必須引入反饋環(huán)節(jié)；引入硬反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)存在有差調(diào)節(jié)；引入軟反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。因這兩種反饋均有它們自身的優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)際系統(tǒng)中，一般2 種反饋均同時(shí)采用，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。,,四、單調(diào)節(jié)調(diào)速系統(tǒng)工作原理：,1、系統(tǒng)組成：離心擺、引導(dǎo)閥、輔助接力器與主配壓閥、主接力器

36、、反饋錐體、調(diào)差機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)、硬反饋杠桿、緩沖裝置（軟反饋元件）。調(diào)差機(jī)構(gòu)：其實(shí)質(zhì)是一個(gè)硬反饋機(jī)構(gòu)，它可以改變機(jī)組靜特性斜率，確定并列運(yùn)行機(jī)組之間負(fù)荷的分配。轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)：當(dāng)機(jī)組單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用于改變機(jī)組轉(zhuǎn)速；當(dāng)機(jī)組并列于無(wú)窮大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，用于改變機(jī)組所帶的負(fù)荷。并列運(yùn)行：?jiǎn)螜C(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行：,單臺(tái)機(jī)組向負(fù)荷供電。,發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)中，與多臺(tái)機(jī)組一起向電網(wǎng)供電，并列運(yùn)行的機(jī)組其頻率和轉(zhuǎn)速相同。,2、系統(tǒng)工作過(guò)程：（機(jī)組單機(jī)

37、運(yùn)行，額定轉(zhuǎn)速為n0）第一階段：當(dāng)負(fù)荷 ， Mt ＞Mg使轉(zhuǎn)速 離心擺下支持塊 帶動(dòng)引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套 引導(dǎo)閥中間腔室與排油相通，腔內(nèi)油壓 輔助接力器與配壓閥活塞 壓力油進(jìn)入接力器左腔，同時(shí)右腔接通排油 接力器活塞右移 關(guān)小導(dǎo)葉，減小流量，轉(zhuǎn)速停止加速。（此時(shí)，機(jī)組在轉(zhuǎn)速n1下運(yùn)

38、行，n1＞ n0)第二階段：反饋部分動(dòng)作：（1）硬 反饋部分：輔助接力器與主配壓閥活塞上移時(shí)，帶動(dòng)反饋杠桿e端 d端下移，帶動(dòng)c端下移 a 端上移 帶動(dòng)引導(dǎo)閥針塞上移；,,,,,,,,,,,,,,,,,,（2）軟反饋部分：主接力器向右關(guān)閉 反饋錐體右移 使反饋框架順時(shí)針轉(zhuǎn) m點(diǎn)上移，帶動(dòng)g點(diǎn)上移 f點(diǎn)下移

39、 緩沖裝置主動(dòng)活塞下移 從動(dòng)活塞上移，帶動(dòng)引導(dǎo)閥針塞上移。在軟、硬反饋部分的共同作用下，引導(dǎo)閥針塞與轉(zhuǎn)動(dòng)套恢復(fù)相對(duì)中間位置，封住相關(guān)油口，最終使主接力器停止右移。由于在此調(diào)節(jié)過(guò)程中導(dǎo)葉開(kāi)度不斷關(guān)小， Mt轉(zhuǎn)速逐漸減小,并使Mt ＜Mg ，所以轉(zhuǎn)速由n1逐漸下降。第三階段： 轉(zhuǎn)速下降，引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套隨之下移，此時(shí)，緩沖閥上下腔油壓在節(jié)流孔作用下已達(dá)平衡，從動(dòng)活塞在自身彈簧回復(fù)力作用下向下回中，

40、通過(guò)連桿作用，帶動(dòng)引導(dǎo)閥針塞下移，與轉(zhuǎn)動(dòng)套回到相對(duì)中間位置。使機(jī)組轉(zhuǎn)速回到n0下穩(wěn)定運(yùn)行。,,,,,,,第四節(jié) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性及其品質(zhì)指標(biāo)（一）基本概念1、水輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)：為了實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)任務(wù)，由調(diào)節(jié)控制器、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)對(duì)象（水輪機(jī)）組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。2、調(diào)速器（又稱(chēng)調(diào)速系統(tǒng)）：一般把水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)控制器、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)稱(chēng)為調(diào)速器。,3、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性：調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性（靜

41、特性）----調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速n與機(jī)組輸出功率P之間的關(guān)系。 n n0 P0 P 無(wú)差靜牲 有差靜特性,（二）靜態(tài)指標(biāo)----是衡量調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)：調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性用調(diào)差率表示。1、調(diào)差率（ep）----用相對(duì)量

42、表示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性某一規(guī)定運(yùn)行點(diǎn)處斜率的負(fù)數(shù)。 ep =-dx/d(P/Pr) ep =0 ：調(diào)節(jié)系統(tǒng)為無(wú)差靜特性，即無(wú)論機(jī)組輸出功率為多少，轉(zhuǎn)速均不變。ep ＞0：調(diào)節(jié)系統(tǒng)為有差靜特性，機(jī)組轉(zhuǎn)速隨輸出功率的增加而減少。2、最大功率調(diào)差率（es）----也可用于表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性。定義為：機(jī)組空載時(shí)的轉(zhuǎn)速nmax與機(jī)組帶額定負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速nmin之差與額定轉(zhuǎn)速nr的比值：

43、 es =(nmax - nmin)/ nr,空載：機(jī)組負(fù)荷為0，即輸出功率為0?！?ep與es的關(guān)系：當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性近似一條直線(xiàn)時(shí)， ep = es3、永態(tài)轉(zhuǎn)差率（bp）----用于表示調(diào)速器的靜特性。定義：用相對(duì)量表示的調(diào)速器靜特性某一規(guī)定運(yùn)行點(diǎn)處斜率的負(fù)數(shù)。即 bp =-dx/dy調(diào)速器靜特性：測(cè)速元件的輸入信號(hào)n與主接力器行程Y的變化關(guān)系曲線(xiàn)。

44、4、最大行程永態(tài)轉(zhuǎn)差率（bs）----為了簡(jiǎn)化分析，可用來(lái)表示調(diào)速器的靜特性。定義：調(diào)速器的主接力器行程為0時(shí)的轉(zhuǎn)速與主接力器行程為最大值的轉(zhuǎn)速之差與額定轉(zhuǎn)速的比值。即 bs =(nmax - nmin)/ nr,● bp與bs的關(guān)系：當(dāng)調(diào)速器的靜特性近似一條直線(xiàn)時(shí)， ep = es。▲ ep 與bp的區(qū)別：bp ：是調(diào)速器靜特性的一個(gè)參數(shù)，它與調(diào)速器的構(gòu)造有關(guān)，與機(jī)組特性和運(yùn)行

45、水頭無(wú)關(guān)。ep ：是調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性的一個(gè)參數(shù)，它與調(diào)速器系統(tǒng)的構(gòu)造、機(jī)組特性和運(yùn)行水頭均有關(guān)。5、轉(zhuǎn)速死區(qū) 以上討論均假定只要轉(zhuǎn)速開(kāi)始偏離給定值，調(diào)速器便開(kāi)始調(diào)節(jié)。但實(shí)際上并非如此，調(diào)速器往往有一個(gè)死區(qū)：,如左圖： n 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)n1時(shí)，調(diào)速器才 n1 開(kāi)始關(guān)閉導(dǎo)

46、葉，而當(dāng)機(jī)組 n2 轉(zhuǎn)速略低于n1時(shí)調(diào)速器并不 動(dòng)作，只有轉(zhuǎn)速低于n2時(shí)， 調(diào)速器才開(kāi)啟導(dǎo)葉。所以 a 在n1與n2之間時(shí)

47、，調(diào)速器不動(dòng)作，這就是轉(zhuǎn)速死區(qū)。●由于存在轉(zhuǎn)速死區(qū)，實(shí)際調(diào)速器的靜特性并不是一根線(xiàn)，而是一條帶。其帶寬為n1 - n2 。 ●轉(zhuǎn)速死區(qū)使調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持頻率的質(zhì)量降低，使機(jī)組負(fù)荷分配誤差加大，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定也不利，所以轉(zhuǎn)速死區(qū)不能超過(guò)規(guī)定會(huì)值。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（三）國(guó)標(biāo)關(guān)于靜態(tài)特性的有關(guān)規(guī)定（見(jiàn)教材P14）三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)（一）基本概念1、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：調(diào)節(jié)系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中

48、，轉(zhuǎn)速n隨時(shí)間t的變化關(guān)系。2、過(guò)渡過(guò)程：調(diào)節(jié)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)過(guò)程。3、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)（簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)）：衡量調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的指標(biāo)。,（二）動(dòng)態(tài)指標(biāo)1、調(diào)節(jié)時(shí)間（tE）：機(jī)組從甩負(fù)荷起，到機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)偏差不超過(guò)±1%為止，所經(jīng)歷的時(shí)間。 說(shuō)明：①轉(zhuǎn)速偏差=（實(shí)際轉(zhuǎn)速n-平衡轉(zhuǎn)速n0）/n02、最大轉(zhuǎn)速偏差△nmax:一般指第一波峰值（見(jiàn)圖1-15）；也可用相對(duì)值△nmax / △ n0表示。3、

49、超調(diào)量δ：第一個(gè)負(fù)波值占最大偏差的百分比。即 δ= （△nmax / △ n0 ）×100%4、超調(diào)次數(shù)X （也叫振蕩次數(shù)）：調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的振蕩波峰（包括正波峰數(shù)與負(fù)波峰數(shù)之和）個(gè)數(shù)的一半。,（三）國(guó)標(biāo)關(guān)于動(dòng)態(tài)特性的有關(guān)規(guī)定：（見(jiàn)教材P15）第五節(jié) 并列運(yùn)行機(jī)組靜特性一、調(diào)差機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)（一）調(diào)差機(jī)構(gòu)：1、組成部件：,,,調(diào)差機(jī)構(gòu)的工作原理圖：

50、 j′ i j,2、作用：改變機(jī)組靜特性斜率（調(diào)差率），使并列運(yùn)行中的機(jī)組都具有有差靜特性，確定并列機(jī)組之間負(fù)荷的分配，防止負(fù)荷在并列運(yùn)行機(jī)組之間來(lái)回竄動(dòng)。3、工作原理：當(dāng)轉(zhuǎn)速升高，引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套上移，接力器右移關(guān)小導(dǎo)葉開(kāi)度時(shí)，使反饋框架繞轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)拉桿和杠桿作用

51、，使引導(dǎo)閥針塞上移；當(dāng)轉(zhuǎn)速降低，引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)動(dòng)套下移，接力器左移開(kāi)大導(dǎo)葉開(kāi)度，使反饋框架繞轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使引導(dǎo)閥針塞下移?！窨傊?，其工作結(jié)果是：使引導(dǎo)閥針塞總是跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)套移動(dòng)，從而起到反饋的作用?！穹答伭看笮〉恼{(diào)節(jié)：通過(guò)調(diào)節(jié)反饋螺桿，從而改變反饋螺母與框架轉(zhuǎn)軸的距離。當(dāng)螺母距轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)，反饋量越大，靜特性斜率也越大；反之越小。當(dāng)螺母中心線(xiàn)與轉(zhuǎn)軸軸線(xiàn)重合時(shí)，反饋量為0.,（二）轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)1、組成部件,轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)的工作原理圖：,2、作

52、用：使調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性平行移動(dòng)。當(dāng)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行時(shí)，可改變機(jī)組轉(zhuǎn)速；當(dāng)機(jī)組并列于無(wú)窮大電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，用于改變機(jī)組所帶負(fù)荷。3、工作原理：（1）單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速的工作原理：?jiǎn)螜C(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行：這里指單臺(tái)機(jī)組向負(fù)荷供電，且假設(shè)負(fù)荷不變?！窆ぷ鬟^(guò)程分析：操作轉(zhuǎn)速調(diào)整手輪，使絲桿（又稱(chēng)螺桿）俯視順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母上移（由j點(diǎn)到j(luò)′），經(jīng)過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程后，使引導(dǎo)閥針塞穩(wěn)定在較高的位置（相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)套也處在較高的位置），機(jī)組穩(wěn)定轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加。反

53、之，操作轉(zhuǎn)速調(diào)整手輪，使絲桿俯視逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母下移，經(jīng)過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程后，使引導(dǎo)閥針塞穩(wěn)定在較低的位置，機(jī)組穩(wěn)定轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低。,●工作原理：它能人為地增加或減少調(diào)差機(jī)構(gòu)的起始作用點(diǎn)，使引導(dǎo)閥針塞產(chǎn)生一個(gè)預(yù)先的附加位移，而接力器活塞的位移并不能改變它的螺母和絲桿之間的相對(duì)位移?！褶D(zhuǎn)速的改變值（即靜特性曲線(xiàn)的平移數(shù)值），取決于轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)電力線(xiàn)上下位移量的大小。（2）并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷的工作原理：操作轉(zhuǎn)速調(diào)整手輪，使絲桿（又稱(chēng)螺桿

54、）俯視順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母上移（由j點(diǎn)到j(luò)′），帶動(dòng)引導(dǎo)閥針塞上移，開(kāi)大導(dǎo)葉,Mt＞Mg ， 因機(jī)組轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)頻率（即保持不變）,所以使機(jī)組負(fù)荷增加。反之亦然。,▲上述原理分析也可從靜特性角度理解：因轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)可以平移靜態(tài)特性線(xiàn)，如下圖：●當(dāng)機(jī)組單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（假設(shè)負(fù)荷不變），則通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)作用，使靜特性上下平移，則會(huì)使轉(zhuǎn)速相應(yīng)地增加或減少。,●當(dāng)機(jī)組并列于一個(gè)無(wú)窮大的電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，因其轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)頻率，可

55、認(rèn)為轉(zhuǎn)速不變，此時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)上下平移靜特性曲線(xiàn)，可使功率相應(yīng)地增加或減少。二、并列運(yùn)行機(jī)組之間的變動(dòng)負(fù)荷分配（一）并列運(yùn)行機(jī)組均為無(wú)差靜特性條件下的負(fù)荷分配1、系統(tǒng)設(shè)定： 設(shè)3臺(tái)機(jī)組并列于一個(gè)電網(wǎng)中運(yùn)行，它們的實(shí)際轉(zhuǎn)速相同均為系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，且它們均為無(wú)差靜特性。因現(xiàn)實(shí)原因，各機(jī)組的靜特性不可能調(diào)調(diào)整得完全相同，設(shè)#2機(jī)整定轉(zhuǎn)速為n0，#1機(jī)整定轉(zhuǎn)速為n1高于n0,#3整定轉(zhuǎn)速為n2低于n0。,如圖：2

56、、現(xiàn)象描述：運(yùn)行中，#1機(jī)的離心擺總感應(yīng)到運(yùn)行轉(zhuǎn)速n0總低于自身整定轉(zhuǎn)速n1 ，通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)大導(dǎo)葉，使負(fù)荷不斷增加，直到加滿(mǎn)負(fù)荷為止；另一方面，#3機(jī)的離心擺也總感應(yīng)到運(yùn)行轉(zhuǎn)速總是高于自身整定轉(zhuǎn)速，通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)，不斷關(guān)小導(dǎo)葉，直到空載為止。使并列運(yùn)行的各機(jī)組負(fù)荷分配不均勻。,3、原因分析:是因?yàn)楦髋_(tái)機(jī)組的靜特性均為無(wú)差特性，轉(zhuǎn)速與功率沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得并列運(yùn)行中的各機(jī)組在同一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定功率，無(wú)法確定負(fù)荷分配。4

57、、解決辦法：采用調(diào)差機(jī)構(gòu)，使在電網(wǎng)中并列運(yùn)行的機(jī)組都具有有差靜特性，以便實(shí)現(xiàn)機(jī)組間的負(fù)荷分配。5、結(jié)論：對(duì)于并列運(yùn)行機(jī)組而言，調(diào)速系統(tǒng)具有有差靜特性，才能保證機(jī)組間的合理分配負(fù)荷，而且能人為地改變各機(jī)組承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷量的大小。,（二）并列運(yùn)行機(jī)組均為有差靜特性條件下，變動(dòng)負(fù)荷的分配1、系統(tǒng)假設(shè)：設(shè)系統(tǒng)中有3臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為n0，各臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷分別為P1、P2、P3,調(diào)差率為ep1、ep2、ep3，運(yùn)行工況點(diǎn)

58、為a1、a2、a3。設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷增加了△P,此時(shí)系統(tǒng)頻率下降，調(diào)速器動(dòng)作，經(jīng)調(diào)節(jié)后達(dá)到新的平衡工況點(diǎn)。在新的平衡,,狀態(tài)中，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為n0′，各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分別為P1 ′ 、P2 ′ 、P3 ′,工況點(diǎn)分別為c1、c2、c3。2、分析各機(jī)組增加負(fù)荷的影響因素 由圖中#1機(jī)靜特性線(xiàn)，利用相似三角形，及轉(zhuǎn)差率ep（用最大功率轉(zhuǎn)差率表示）等公式推導(dǎo)，3、由上述公式，可得出結(jié)論：（1）當(dāng)系統(tǒng)中機(jī)組臺(tái)數(shù)和容量一定時(shí)，各機(jī)組承擔(dān)的變動(dòng)負(fù)荷與

59、額定出力Pr成正比，與調(diào)差率ep成反比。所以，要使機(jī)組承擔(dān)的變動(dòng)負(fù)荷較大，應(yīng)使調(diào)差率較小，一般為2%--4%；要使機(jī)組承擔(dān)的變動(dòng)負(fù)荷較小，應(yīng)使調(diào)差率較大，可大于4%.若某臺(tái)機(jī)組調(diào)差率為0，則它將在其自身允許范圍內(nèi)，承擔(dān)全部變動(dòng)負(fù)荷。,（2）當(dāng)系統(tǒng)總變動(dòng)負(fù)荷一定時(shí)，各機(jī)組調(diào)關(guān)率越小，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速變化越??；反之越大。所以，在系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，要減小系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差，就必須有一部分機(jī)組的調(diào)差率要整定得較小。總之，通過(guò)調(diào)整機(jī)組調(diào)差率，可以改變機(jī)組承擔(dān)變

60、動(dòng)負(fù)荷的大小；還可以改變系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差。三、調(diào)速器在系統(tǒng)調(diào)頻中的作用----能否用很小的調(diào)差率，使系統(tǒng)的頻率變化控制在規(guī)定范圍內(nèi)，而不需采取其他措施？ 1、實(shí)際中，調(diào)節(jié)系系統(tǒng)的靜特性是一條帶子（如右圖），而不是一條直線(xiàn)，所以當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速為某一個(gè)值時(shí)，負(fù)荷可在P′和P〞之間變動(dòng)。,如圖所示： 當(dāng)機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組工作點(diǎn)由 n0和P0決定。當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，由于存在轉(zhuǎn)速死區(qū)，工作點(diǎn)在靜特性帶所圍成的四邊形區(qū)域內(nèi)任意變動(dòng)

61、時(shí)，調(diào)速器的接力器均不動(dòng)作，因此機(jī)組負(fù)荷也不發(fā)生改變，這就給調(diào)整和重新分配機(jī)組負(fù)荷帶來(lái)誤差。 2、根據(jù)相似三角形原理可以求出△P的關(guān)系式 △P= (△n/epnr)Pr 由上式可看出：調(diào)差率ep越小，機(jī)組出力誤差△P越大。如bp=1%～1.5%時(shí)，負(fù)荷分配誤差可達(dá)5% ～10%。所以實(shí)踐中的整定不能太低，一般在4%左右，但這樣大的調(diào)差率又不能滿(mǎn)足保持頻率的要求，所以必須采用二次

62、調(diào)頻。,二次調(diào)頻：當(dāng)系統(tǒng)頻率超過(guò)規(guī)定的偏差時(shí)，運(yùn)行人員用人工或自動(dòng)控制轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)，使頻率回復(fù)額定值。3、措施：為了減小轉(zhuǎn)速死區(qū)帶來(lái)的機(jī)組出力波動(dòng)，同時(shí)保證系統(tǒng)頻率變化保持在規(guī)定范圍內(nèi)，必須①設(shè)法減少轉(zhuǎn)速死區(qū)；②采用二次調(diào)頻。 ●總而言之，在各機(jī)組均以有差靜特性并列運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化后，各機(jī)組的調(diào)速器就進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，系統(tǒng)變動(dòng)負(fù)荷的分配與機(jī)組調(diào)速器的靈敏度和速動(dòng)性有關(guān)。然而調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí)，各機(jī)組承擔(dān)變動(dòng)

63、負(fù)荷的多少與各機(jī)組的額定出力Pr成正比，與調(diào)差率ep成反比。此時(shí)系統(tǒng)的頻率已偏離額定值，若偏離值較大，要求進(jìn)行二次調(diào)頻。若要改變機(jī)組所帶負(fù)荷，也要操作相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)。,第六節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)與調(diào)節(jié)規(guī)律●控制系統(tǒng)中的每個(gè)元件的輸入、輸出關(guān)系均可用一個(gè)數(shù)學(xué)模型（運(yùn)行方程）來(lái)表述。●無(wú)論各種元件的結(jié)構(gòu)是否相同，只要其數(shù)學(xué)模型相似，其動(dòng)態(tài)特性必然相似。一、典型環(huán)節(jié)（一）比例環(huán)節(jié)（又稱(chēng)放大環(huán)節(jié)）：輸出量y與輸入量x成比例的環(huán)節(jié)。

64、 運(yùn)動(dòng)方程：離心擺、配壓閥、杠桿等元件、以及滿(mǎn)足上式的電路均屬于比例環(huán)節(jié)。,（二）積分環(huán)節(jié)：輸出量y與輸入量x對(duì)時(shí)間t的積分成比例的環(huán)節(jié)。 運(yùn)動(dòng)方程：接力器、機(jī)組、積分運(yùn)算放大電路均為積分環(huán)節(jié)。（三）理想微分環(huán)節(jié)：輸出量y與輸入量x對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成比例的環(huán)節(jié)。 運(yùn)動(dòng)方程：純電容電路屬于理想微分環(huán)節(jié)。它具有可實(shí)現(xiàn)提前調(diào)節(jié)，減少超調(diào)量，提高速動(dòng)性，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。,（四）實(shí)際微分環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)方程：緩沖裝置

65、屬于實(shí)際微分環(huán)節(jié)。（五）慣性環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)方程：RC電路和考慮慣性時(shí)的水輪發(fā)電機(jī)組屬于慣性環(huán)節(jié)。,二、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)●拉普拉斯變換：（1）定義：函數(shù)f(t)，t為實(shí)變量，如果存在線(xiàn)性積分 F(s) =則稱(chēng)F(s) 為f(t)的拉氏變換函數(shù)（或稱(chēng)F(s) 為f(t)的象函數(shù)）， F(s)是復(fù)變量s=σ+jω的函數(shù)。稱(chēng) f(t)為F(s) 的原函數(shù)。并有逆運(yùn)算f(t) =L-1[F(s) ],該式為拉氏反變換。

66、（2）作用：①拉氏變換可將微積分運(yùn)算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算。②能單獨(dú)地表明初始條件的影響。典型的運(yùn)算可查閱相關(guān)的變換表。,,,●傳遞函數(shù)G(s)：線(xiàn)性定常系統(tǒng)在零初始條件下，輸出量的拉氏變換Y(s)與輸入量的拉氏變換X(s)之比。即G(s)= Y(s)/ X(s)。（一）比例環(huán)節(jié) 由比例環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程式求出其拉氏變換式為Y(s)=KpX(s)，所以其傳遞函數(shù)為G(s)= Y(s)/ X(s)=Kp（二）積分環(huán)節(jié)

67、 G(s)= Y(s)/ X(s)=1/Ts（三）理想微分環(huán)節(jié) G(s)= Y(s)/ X(s)=Tns,（四）實(shí)際微分環(huán)節(jié) G(s)= Y(s)/ X(s)=KdTd/(1+Tds)(五）慣性環(huán)節(jié) G(s)= Y(s)/ X(s)=K/(1+Tds)★以上5種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)均是代數(shù)表達(dá)式，容易求解，便于工程上的運(yùn)用。,三、調(diào)節(jié)規(guī)律（一）結(jié)構(gòu)方框圖的基本組成形式●

68、方框圖：方框----表示各獨(dú)立環(huán)節(jié)的性能、作用，方框內(nèi)是其運(yùn)動(dòng)方程式各傳遞函數(shù)。箭頭----表示信號(hào)和信號(hào)的流向。信號(hào)綜合點(diǎn) ----表示信號(hào)在此處匯合并進(jìn)行疊加，+表示相加，-表示相減?！癍h(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間的連接形式：1、串聯(lián)連接：前一個(gè)方框的輸出是下一個(gè)方框的輸入。,2、并聯(lián)連接：有同一個(gè)輸入，各方框輸出的代數(shù)和作為總輸出。3、反饋連接：方框1的輸出，輸入到方框2，得到2的輸出再返回作用到1的輸入端。,如下圖