Цифровий регулятор швидкості обертання гідротурбіни

Реферат: UA 106791 U UA 106791 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до гідромашинобудування і призначена для виконання функцій автоматичного регулювання швидкості і потужності гідротурбіни. Відомий цифровий регулятор швидкості обертання гідротурбіни, який вибраний як прототип, містить задатчик, контролер регулятора гідротурбіни, контролер стежачої системи, виходи яких послідовно сполучені через електрогідравлічний перетворювач з гідротурбіною, датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата, датчик частоти обертання гідротурбіни, модулі швидкого рахунку і модуль вибору каналу виміру частоти обертання гідротурбіни, причому виходи датчиків частоти обертання гідротурбіни сполучені з входами модулів швидкого рахунку, а виходи останніх, через модуль вибору каналу виміру частоти обертання гідротурбіни, сполучені з другим входом контролера регулятора гідротурбіни, при цьому виходи електрогідравлічного перетворювача і датчика зворотного зв'язку положення направляючого апарата сполучені відповідно з другий і третім входом контролера стежачої системи. (Патент РФ на корисну модель № 138951 МПК F03B15/00, опублікований 27.03.2014). Недоліком цифрового регулятора швидкості обертання гідротурбіни є низька швидкість системи регулювання обертів гідротурбіни залежно від збурюючих сил і моментів, а також не достатня якість електричної напруги, яка надходить до споживачів. Задачею корисної моделі є підвищення швидкодії системи регулювання швидкості обертання гідротурбіни в залежності від моментів збурення, а також підвищення якості вироблюваної електричної енергії, яка надходить споживачам. Поставлена задача вирішується тим, що у цифровому регуляторі швидкості обертання гідротурбіни, що має у своєму складі задатчик, контролер регулятора гідротурбіни, вихід якого послідовно сполучений через електрогідравлічний перетворювач з гідротурбіною, датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата, датчик частоти обертання гідротурбіни, згідно з корисною моделлю, вихід задатчика з'єднаний з першим аналогово-цифровим перетворювачем, його вихід з'єднаний з першим входом контролера регулятора гідротурбіни, вихід якого через цифро-аналоговий перетворювач з'єднаний з входом підсилювача потужності, вихід якого з'єднаний через електрогідравлічний перетворювач з направляючим апаратом, вихід якого сполучений з першим входом гідротурбіни, перший вихід якої з'єднаний через датчик кутового прискорення з першим входом першого комутатор, другий вихід гідротурбіни через датчик частоти обертання гідротурбіни з'єднаний з другим входом першого комутатора, вихід якого з'єднаний з входом другого аналогово-цифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом контролера регулятора гідротурбіни, окрім того другий вихід направляючого апарата з'єднаний через датчик кутового прискорення направляючого апарата з другим входом другого комутатора, третій вихід направляючого апарата через датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата з'єднаний з першим входом другого комутатора, його вихід з'єднаний з другим входом другого аналогово-цифрового перетворювача. Згідно з законом механіки рівняння, описуюче динаміку гідротурбіни, може бути представлено у вигляді: dw I  Mкр  Mс (1) dt де I - момент інерції; Mкр - крутний момент; Mс - момент опору; що обумовлений в основному електричним навантаженням на електрогенератор. Після лінеаризації проведеної за допомогою розкладання виразу (1) в ряд Тейлора. У сталому режимі виконується рівновага між крутним моментом і моментом опору Mкр  Mс (2) При наявності збурювального моменту рівняння (2) перестає виконуватися. Mкр  Mс (3) 50 55 Це призводить до появи складової I dw  0 (4). Це свідчить, що на виході гідротурбіни dt з'являється кутове прискорення, таким чином, щоб систему повернути до заданої кутової швидкості, необхідно у закон регулювання швидкості обертання гідротурбіни ввести складову, пропорціональну кутовій швидкості, а також доповнити закон регулювання складовою, не тільки зв'язаною з параметром відкриття направляючого апарат, а і його швидкості. Ці складові з динамічної точки зору впливають на швидкодію системи регулювання, а отже, впливає на зменшення витрат запасів води, а також на якість подачі електроенергії споживачу. 1 UA 106791 U 5 10 15 20 25 30 35 На кресленні зображена функціональна схема корисної моделі цифрового регулятора швидкості обертання гідротурбіни. Запропонований цифровий регулятор швидкості обертання гідротурбіни містить задатчик 1, контролер регулятора гідротурбіни 4, електрогідравлічний перетворювач 7, гідротурбіну 9, датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата 12, датчик частоти обертання гідротурбіни 10, вихід задатчика 1, з'єднаний з першим аналогово-цифровим перетворювачем 2, а його вихід з'єднаний з першим входом контролера регулятора гідротурбіни 4, вихід якого через цифро-аналоговий перетворювач 5 з'єднаний з входом підсилювача потужності 6, вихід якого з'єднаний через електрогідравлічний перетворювач 7 з направляючим апаратом 8, вихід якого сполучений з першим входом гідротурбіни 9, перший вихід якої з'єднаний через датчик кутового прискорення 11 з першим входом першого комутатор 14, другий вихід гідротурбіни 9 через датчик частоти обертання гідротурбіни 10 з'єднаний з другим входом першого комутатора 14, вихід якого з'єднаний з входом другого аналогово-цифрового перетворювача 3, вихід якого з'єднаний з другим входом контролера регулятора гідротурбіни 4, окрім того другий вихід направляючого апарата 8 з'єднаний через датчик кутового прискорення направляючого апарата 13 з другим входом другого комутатора 15, третій вихід направляючого апарата 8 через датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата 12 з'єднаний з першим входом другого комутатора 15, його вихід з'єднаний з другим входом другого аналогово-цифрового перетворювача 3. Принцип дії цифрового регулятора швидкості обертання гідротурбіни полягає у наступному в залежності від споживаної потужності, що безпосередньо зв'язана з величиною швидкості обертання гідротурбіни 9, за допомогою задатчика 1 установлюється задана швидкість обертання гідротурбіни 9. Згідно із законом регулювання на вихід цифрового регулятора на базі вихідних сигналів (датчика частоти обертання гідротурбіни 10, датчика кутового прискорення II, датчика положення направляючого апарата 12, датчика кутового прискорення направляючого апарата 13 формується сигнал управління.   iу пр  k w  w  k w  w  kна  х  kна  х . (5) Вихідний сигнал надходить на підсилювач потужності 6, який збільшує вихідний сигнал до рівня, необхідного для управління електрогідравлічним перетворювачем 7. Вихідний сигнал з електрогідравлічного перетворювача 7 впливає на положення у просторі направляючого апарата 8. При переміщенні направляючого апарата 8 потік води зменшується або збільшується на вході гідротурбіни 9. При цьому положення направляючого апарата 8 залежить від збурюючих моментів, що прикладаються до вала гідротурбіни 9. Завдяки зміні навантаження на електрогідравлічному перетворювачі 7, що знаходиться на одному валу з гідротурбіною 9. У залежності від знаку збурення швидкості обертання виходу вала зменшується або збільшується. При цьому змінюється вихідні сигнали, як з датчика частоти обертання гідротурбіни 10, так і з датчика кутового прискорення 11. Завдяки цьому на виході контролера регулятора гідротурбіни 4 змінюється величина і знак сигналу управління iу пр , що в свою чергу   40 45 змушує змінювати за допомогою електрогідравлічного перетворювача 7 положення  направляючого апарата 8 у просторі та його швидкість х  . Оскільки вихідні сигнали датчиків направляючого апарата 8 знаходяться у зворотному зв'язку, то змінюється за допомогою контролера регулятора гідротурбіни 4 вихідний сигнал і направляючий апарат 8 займає встановлене положення відповідно до заданого значення швидкості на виході задатчика 1. Таким чином за допомогою датчика зворотного зв'язку положення направляючого апарата 12 і датчика кутового прискорення направляючого апарата 13, а також датчика кутового прискорення 11 і датчика частоти обертання гідротурбіни 10 перехідний процес на виході гідротурбіни 9 стає більш якісним. З точки зору перерегулювання, коливань та часу перехідного процесу, а також похибки в сталому режимі, це в свою чергу і впливає на виконання поставленої задачі перед корисною моделлю. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Цифровий регулятор швидкості обертання гідротурбіни, який має в своєму складі задатчик, контролер регулятора гідротурбіни, вихід якого послідовно сполучений через електрогідравлічний перетворювач з гідротурбіною, датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата, датчик частоти обертання гідротурбіни, який відрізняється тим, що вихід задатчика з'єднаний з першим аналогово-цифровим перетворювачем, його вихід з'єднаний з першим входом контролера регулятора гідротурбіни, вихід якого через цифроаналоговий перетворювач з'єднаний з входом підсилювача потужності, вихід якого з'єднаний 2 UA 106791 U 5 10 через електрогідравлічний перетворювач з направляючим апаратом, вихід якого сполучений з першим входом гідротурбіни, перший вихід якої з'єднаний через датчик кутового прискорення з першим входом першого комутатора, другий вихід гідротурбіни через датчик частоти обертання гідротурбіни з'єднаний з другим входом першого комутатора, вихід якого з'єднаний з входом другого аналогово-цифрового перетворювача, вихід якого з'єднаний з другим входом контролера регулятора гідротурбіни, окрім того другий вихід направляючого апарата з'єднаний через датчик кутового прискорення направляючого апарата з другим входом другого комутатора, третій вихід направляючого апарата через датчик зворотного зв'язку положення направляючого апарата з'єднаний з першим входом другого комутатора, його вихід з'єднаний з другим входом другого аналогово-цифрового перетворювача. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3