专利名称：脉冲宽度数字转换水轮机电气调速器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水轮发电设备，尤其是一种脉冲宽度数字转换水轮机电气调速器。
目前水轮发电机组，广泛使用有各型调速器，除机械型外主要有模拟型和微机型，经实践结果表明，由于结构原因，它们在应用中均存有不足之处，其中模拟型因温度、电压、时间的变化，会产生较大的零位漂移；整定参数易于发生变化；用于改造机械型调速器设备时，工作量大、工期长、耗资高。而微机型，因输出为模拟量，故影响了控制精度；结构较复杂，给操作、维修增加了难度。特别重要的是模拟型、微机型二者均需选用电液转换器，而电液转换器自身易出现卡阻故障，使机组失控造成重大事故；耗油量大且要求油质较高；存有机械零位漂移，造成失真；结构较复杂，装置价格昂贵。
本实用新型的目的是要提供一种改进的脉冲宽度数字转换水轮机电气调速器，它能有效地由微机控制按设定的参数进行工作；简化结构，省略电液转换器、永磁发电机，机械缓冲器诸相关装置，降低制造成本。
本实用新型的目的是这样实现的测频和运算电路，以集成电路1IC为核心，发电机的电压、频率信号输入到电压变换器1T，经适当衰减后由二极管V1、电阻R106分别送到集成电路1IC的脚14和脚2，测出发电机的频率、电压的实际数值。从频率给定电位器Wg以及电阻R3、可调电阻TR16和TR17取出的频率设定信号，经电阻R102、R111分别进入集成电路1IC的脚18和脚27，变换成基准频率信号并与实际频率进行比较，取得频率差值。集成电路1IC自身并通过可调电阻TR2和TR4、电容C16和C17-19、组成开关3-5K、电位器WR2、电阻R114、R115和R116对频率差值作比例、积分、微分运算，运算结果分别从其脚20、脚21和脚28经由电阻R105、R117、R113送往集成电路2IC。集成电路1IC的脚13能检测到发电机的实际输出电压E。静态控制电路，与执行机构联动的电位器WR1和电阻R1、R2送出水轮机开度信号，经电阻R202进入集成电路2IC的脚2，由其作适当的幅度和相位处理后，在电位器WR4上得到所需的静态转差率，经电阻R205进入集成电路2IC的脚13，参与机组的自动调节。功率设定信号从电位器WR3和电阻R4、R5上取出，通过电阻R201进入集成电路2IC的脚2与开度信号进行比较后进入集成电路2IC，参与对机组静特性的调控。动态控制电路，水轮机开度的变化率由二极管V8、电位器WR1和WR5、组合拨动开关6-9K、电容C20-23、电阻R206和R208转换成电信号，经电阻R209接集成电路2IC的脚6，即输入一种动态信号。发电机输出功率信号进入电流变换器2T，由二极管V11、电阻R214、电容C24和C25变换成电信号，经二极管V10、电阻R209和R207分别接集成电路2IC的脚6和脚10，即输入另一种动态信号。所说的两种动态信号经集成电路2IC处理后，在电位器WR6上产生的动态衰减电压，经电阻R212送入集成电路2IC的脚13，参与对机组动特性的调控。功率、开度信号在电阻R206上叠加。功率输出电路，向负截提供有数字量控制的功率的逆变器INV，其启动或停止由按钮Q/T控制。逆变器INV的输入端Ra接集成电路2IC的脚14送来的综合信号，由模数转换器A/D将模拟信号转换成数字信号后进入中央处理器CPU，在控制环节operate控制下，中央处理器CPU指令脉冲宽度调制PWM产生正弦波调制的脉冲，对功率组件IGBT进行触发，且将从交流电源L1、N1或直流电源D1a、D2a取得的功率，变换成已被调控的频率和功率，从端子U、V、W输出给执行机构。
本实用新型还可以增设保护环节protect，即从逆变器的检测环节detect取得通知后动作，一则打开或关断脉冲宽度调制，二则从端子W3、10通过保护继电器指令机组开启或停机，同时显示器LED进行相应显示。
本实用新型的优点由微机控制严格按设定的参数工作，故性能稳定，动、静态特性良好，且可以无人值守；结构简单，省略电液转换器、永磁发电机、机械缓冲器诸装置，降低制造成本；适用范围广泛，用于新建或改造旧有设备快捷方便，节省投资。
实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图1是本实用新型的电气原理图；图2是本实用新型的立体结构示意图；图3是本实用新型的工作原理方框图。
下面结合图1-3详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。
该装置包括有测频和运算电路、动态控制电路、静态控制电路、功率输出电路、以及相关电路和电气元件，进行有机连接后安装在主机板5上，该主机板又安装于机壳7内，但是相关电气元件的操作、视察部分应装在面板8之上。
所说的测频和运算电路，它是以集成电路1IC、型号为HXMC924P即1为核心，将发电机的电压、频率信号输入到电压变换器1T即3，经适当衰减后，由二极管V1、电阻R106分别送到集成电路1IC的脚14和脚2，由集成电路1IC测出发电机的频率及电压的实际数值。从频率给定电位器Wg以及电阻R3、可调电阻TR16和TR17取出的频率设定信号，经电阻R102、R111分别进入集成电路1IC的脚18和脚27，变换成基准频率信号，并与实际频率进行比较，取得频率差值。集成电路1IC自身并通过可调电阻TR2和TR4、电容C16和C17-19、组合开关3-5K、电位器WR2、电阻R114、R115和R116对所说的频率差值作比例、积分、微分运算、并将运算的结果分别从其脚20、脚21和脚28，经电阻R105、R117和R113送往集成电路2IC、型号为MC4085即6。从集成电路1IC的脚13能检测到发电机的实际输出电压E。集成电路1IC的脚25、脚32、脚34、脚37分别接通工作电源。静态(又称永态)控制电路，是与执行机构联动的电位器WR1和电阻R1、R2送出水轮机开度信号，经电阻R202进入集成电路2IC的脚2，由集成电路2IC作适当的幅度和相应处理后，可在电位器WR4上得到所需的静态转差率，经电阻R205进入集成电路2IC的脚13去参与机组的自动调节。功率设定信号是在电位器WR3和电阻R4、R5上取出，通过电阻R201进入集成电路2IC的脚2与开度信号进行比较后进入集成电路2IC，参与对机组静特性的调控，从而控制了发电机的输出功率。动态(又称暂态)控制电路，水轮机开度的变化率由二极管V8、电位器WR1和WR5、组合拨动开关6-9K、电容C20-23、电阻R206和R208转换相应的电信号后，经电阻R209进入集成电路2IC的脚6，即输入一种动态信号。发电机输出功率信号进入电流变换器2T即4，由二极管V11、电阻R214、电容C24和C25变换成电信号，经二极管V10、电阻R209和R217分别连接集成电路2IC的脚6和脚10，即输入另一种动态信号。所说的两种动态信号，经集成电路2IC处理后，将会在电位器WR6上出现按照指数规律衰减的电压，并经电阻R212送入集成电路2IC的脚13去参与对机组动特性的调控。功率信号和开度信号在电阻R206上叠加，将会使设定的暂态转差率自动随负荷的大小而改变，因而调速的稳定性和速动性能较好地予以兼顾。从集成电路的脚8可以检测到暂态转差系数随负荷增大而自动减小的功率P(％)。功率输出电路，它(图1中以虚线框表示)是一个具有脉中宽度调制(PWM)的逆变器INV，由它向负截(即执行机构)提供有数字量控制的功率。逆变器INV的启动或停止由按钮Q/T进行控制。逆变器INV的输入端Ra接受来自集成电路2IC的脚14送来的综合控制信号，由模数转换器A/D环节将模拟信号转换成数字信号后进入中央处理器CPU，在控制环节operate的控制下，中央处理器CPU将令脉冲宽度调制PWM环节产生有正弦波调制的脉冲，对功率组件IGBT进行触发，并由其将从交流电源L1、N1或直流电源D1a、D2a取得的功率，变换成已被调控的频率和相应的功率，从端子U、V、W输出供给执行机构。
所述装置可以直接利用；也可以是再增设有保护环节protect，即当逆变器INV即2的检测环节detect觉察到某种异常(如短路、过电流、过电压、欠电压、过热等)现象时，即通知保护环节protect立即动作，一方面并断脉中宽度调制PWM令逆变器INV停止输出，另一方面从端子W3、10去接通保护继电器使机组立即紧急停机。此时在电子显示器LED上将会有某种字符显示，指出故障产生的原因。
工作情况为叙述方便参见图3，由B2点取得的机组(环节4)转速(频率)信号进入环节5作频率检测，检测的结果与频率给定信号在A1处进行比较后传入环节1，由环节1作比例、积分、微分的运算。由B1点取得的执行机构(环节3)静态位移信号和功率给定信号在A3处作比较后，进入环节6作永态转差调节。由B1点取得执行机构(环节3)动态位移信号；由B2点取得机组输出功率信号进入环节8作功率检测；动态位移信号和输出功率信号经A4转化后，进入环节7作暂态转差调节。环节1、6、7的输出传入A2进行综合，由A2输出一个综合控制信号传给环节2。环节2将输入的综合控制信号作大功率模/数转换后，以数字量输出传给执行机构去调控机组的转速。
权利要求1．一种脉冲宽度数字转换水轮机电气调速器，是由在机壳内通过主机板安装测频和运算电路，动、静态控制电路，功率输出电路，以及相关电路和电气元件有机连接组成，其特征在于a．测频和运算电路，以集成电路11C(1)为核心，发电机的电压、频率信号输入到电压变换器1T(8)，经适当衰减后由二极管V1、电阻R106分别送到集成电路1IC的脚14和脚2，测出发电机的频率、电压的实际数值；从频率给定电位器Wg以及电阻R3、可调电阻TR16和TR17取出的频率设定信号，经电阻R102、R111分别进入集成电路1IC的脚18和脚27，变换成基准频率信号并与实际频率进行比较，取得频率差值；集成电路1IC自身并通过可调电阻TR2和TR4、电容C16和C17-19、组合开关3-5K、电位器WR2、电阻R114、R115和R116对频率差值作比例、积分、微分运算，运算结果分别从其脚20、脚21和脚28，经电阻R105、R117、R113送往集成电路2IC(6)；集成电路1IC的脚13能检测到发电机的实际输出电压E；b．静态控制电路，与执行机构联动的电位器WR1和电阻R1、R2送出水轮机开度信号，经电阻R202进入集成电路2IC(6)的脚2，由其作适当的幅度和相位处理后，在电位器WR4上得到所需的静态转差率，经电阻R205进入集成电路2IC的脚13，参与机组的自动调节；功率设定信号从电位器WR3和电阻R4、R5上取出，通过电阻R201进入集成电路2IC的脚2与开度信号进行比较后进入集成电路2IC，参与对机组静特性的调控；c．动态控制电路，水轮机开度的变化率由二极管V8、电位器WR1和WR5、组合拨动开关6-9K、电容C20-23、电阻R206和R208转换成电信号，经电阻R209接集成电路2IC的脚6，即输入一种动态信号；发电机输出功率信号进入电流变换器2T(4)，由二极管V11、电阻R214、电容C24和C25变换成电信号，经二极管V10、电阻R209和R217分别接集成电路2IC的脚6和脚1O，即输入另一种动态信号；所说的两种动态信号经集成电路2IC处理后，在电位器WR6上产生的动态衰减电压，经电阻R212送入集成电路2IC的脚13，参与对机组动特性的调控；功率、开度信号在电阻R206上叠加；d．功率输出电路，向负截提供有数字量控制的功率的逆变器INV(2)，其启动或停止由按钮Q/T控制；逆变器INV的输入端Ra接集成电路2IC的脚14送来的综合信号，由模数转换器A/D将模拟信号转换成数字信号后进入中央处理器CPU，在控制环节operate控制下，中央处理器CPU指令脉冲宽度调制PWM产生正弦波调制的脉冲，对功率组件IGBT进行触发，且将从交流电源L1、N1或直流电源D1a、D2a取得的功率，变换成已被调控的频率和功率，从端子U、V、W输出给执行机构。
2．如权利要求1所述的调速器，其特征在于还可以增设保护环节protect，即从逆变器的检测环节detect取得通知后动作，一则关断脉冲宽度调制PWM，二则从端子W3、10通过保护继电器指令机组停机，同时显示器LED进行相应显示。
专利摘要本实用新型涉及一种脉冲宽度数字转换水轮机电气调速器。它的测频和运算电路，是以集成电路1IC为核心；动、静态控制电路，是以集成电路2IC为核心；功率输出电路进行大功率模/数转换，向负载提供有数字量控制的功率。由微机控制严格按设定参数工作，故性能稳定，动、静态特性良好且可无人值守；结构简单，省略电液转换器、永磁发电机、机械缓冲器诸装置，降低了制造成本；适用范围广泛，用于新建或改造旧有设备快捷方便、节省投资。
文档编号H02P9/04GK2336517SQ9821360
公开日1999年9月1日 申请日期1998年5月8日 优先权日1998年5月8日
发明者吴伟祥 申请人:吴伟祥