【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种汽轮机调速系统，尤其是一种适用于汽轮机全电调速系统。
技术介绍
1、汽轮机调速系统是根据控制目标指令与汽轮机转速反馈值的偏差产生控制信号，通过执行机构作用在调节阀上，实现调节阀位置的开关变化，从而控制汽轮机进汽流量实现汽轮机转速或者负荷的调节。
2、针对汽轮机调速系统的性能仿真一般汽轮机调速系统经历了从早期的机械调速器、机械液压调速器、模拟式电液调速器到目前广泛使用的数字式电液调速器。
3、机械调速器利用离心式重锤等形式的机械式部件作为转速的感应机构，如图1所示，通过转速变化产生的作用力变化直接驱动调节阀的负载力实现调节阀位置控制。由于这种调速器的能量有限，只能驱动比较小的调节阀，应用范围有限。
4、机械液压调速器是在机械调速器的基础上的改进，如图2所示，其利用错油门的放大作用，通过机械式转速感应机构产生的力驱动中间错油门机构，再由中间错油门改变进入油缸的液压油，利用液压力最终驱动调节阀实现位置控制。由于机械液压调速器利用机械部件作为转速的反馈和设定，控制精度较差，控制方式的灵活度不高。
5、模拟式和数字式电液调速系统是在机械液压调速器的基础上，如图3所示，将机械式的转速反馈和设定机构使用电子式的传感器和电路进行替代。由电子部件实现转速设定值与反馈的偏差运算，产生控制作用的电信号，并由具备电液转换作用的电液伺服阀将控制的电信号转换为液压驱动信号，控制油缸等液压部件最终实现调节阀的位置控制。这种方式很好的利用了电子控制技术灵活、方便的特点，但是其还需要将电子驱动器的控制
6、现有模拟式和数字式电液调速系统很好的利用了电子控制技术灵活、方便的特点，但是其还需要将电子驱动器的控制信号转换为液压控制信号，增加了中间转换环节，系统地控制精度和响应受制于电液转换。另外电液调速系统需要配备液压设备，系统配置复杂、维护困难
技术实现思路
1、为实现汽轮机调速性能的高精度仿真，验证汽轮机调节控制系统的功能和性能，降低调节控制系统试验资源需求，本技术提出了一种新型全电调速系统。
2、为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种全电调速系统，包括调速控制器、伺服驱动器、直线电机、转速传感器，转速传感器置于汽轮机处，用于检测汽轮机的转速；调速控制器连接转速传感器和伺服驱动器，用于实现汽轮机转速的闭环控制，并输出控制指令至伺服驱动器；直线电机的线性位移传感器连接伺服驱动器，用于实现直线电机动子部件的位置和速度反馈；直线电机的动子与调节阀通过杠杆或者直连的方式进行连接，从而实现调节阀位置的控制；伺服驱动器用于实现直线电机动子位置和速度的闭环控制。
3、进一步，转速传感器采用霍尔式传感器，输出方波脉冲信号输入调速控制器，由调速控制器通过记录脉冲的频次和数量计算转速。
4、进一步，调速控制器采用嵌入式可编程逻辑控制器，能实现最短5ms的执行周期，调速控制器集成脉冲信号输入、电流信号、开关量信号的输入、输出接口，实时采集汽轮机转速、功率信号，并调节输出汽轮机阀位控制指令，同时，调速控制器增加推力控制输出，用于通过判断汽轮机瞬态工况，输出瞬态工况的推力偏差调节指令，实现动态下对直线电机推力的控制增强对瞬态工况的响应。
5、进一步，调速控制器具备网络通讯接口，与上位机进行通讯连接，并具有实现监控、数据存储功能。
6、进一步，伺服驱动器包括控制部件和功率器件，控制部件采用基于高性能的dsp控制器硬件，采用外环和内环控制环，外环控制环包括位置环和速度环，外环控制环根据位置、速度的反馈和设定产生内环推力控制的目标值，内环控制环根据外环控制环产生的指令和从调速控制器输入的瞬态工况推力偏差调节指令，产生频率开关的控制信号；功率器件根据控制部件产生的频率开关信号，实现交-直-交的变换过程，用于实现直线电机电源的变频变压控制。
7、进一步，伺服驱动器输出三相对称的正弦电流，用于在电流的作用下直线电机定子产生行波磁场，该磁场与直线电机动子上的永磁体磁场相互作用，产生电磁推力，当直线电机的定子部件被固定，直线电机的动子在电磁力作用下产生位移。
8、进一步，直线电机采用水冷散热方式，外部提供冷却水经过水冷管实现直线电机定子冷却。
9、进一步，直线电机的定子采用双边型结构，用于抵消磁拉力，降低对动子支撑平台的强度要求，减轻动子部件的结构重量，提高动子的响应特性；以及提高功率密度，满足输出推力指标的同时减小直线电机的体积尺寸。
10、进一步，直线电机的定子绕组采用上下叠层形式，能增强磁通密度，提高功率密度，并采取定子铁芯轭部水冷的冷却方式，水冷管采用u型结构嵌于铁芯内部，用于提高散热效率，满足高功率密度直线电机的散热要求。
11、进一步，直线电机的动子部件采用环氧树脂进行封装的永磁磁极，外加“t”字型铝合金框架进行固定，并与导轨进行连接，导轨用于导向动子进行直线位移，非接触型线性位移传感器集成于导轨内，实现对动子位置的传感检测。
12、本技术的有益效果是：
13、本技术的全电调速系统使用电动执行器替代传统的液压执行器，省去了原有的液压系统，减小了调速系统占用体积，降低由于液压油泵、管路等液压系统引起的振动、噪声，降低制造难度和维护要求。同时全电调速系统不存在电液信号转换，控制方式更为灵活。
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1.一种全电调速系统，其特征在于：包括调速控制器、伺服驱动器、直线电机、转速传感器，转速传感器置于汽轮机处，用于检测汽轮机的转速；调速控制器连接转速传感器和伺服驱动器，用于实现汽轮机转速的闭环控制，并输出控制指令至伺服驱动器；直线电机的线性位移传感器连接伺服驱动器，用于实现直线电机动子部件的位置和速度反馈；直线电机的动子与调节阀通过杠杆或者直连的方式进行连接，从而实现调节阀位置的控制；伺服驱动器用于实现直线电机动子位置和速度的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：转速传感器采用霍尔式传感器，输出方波脉冲信号输入调速控制器，由调速控制器通过记录脉冲的频次和数量计算转速。
3.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：调速控制器采用嵌入式可编程逻辑控制器，能实现最短5ms的执行周期，调速控制器集成脉冲信号输入、电流信号、开关量信号的输入、输出接口，实时采集汽轮机转速、功率信号，并调节输出汽轮机阀位控制指令，同时，调速控制器增加推力控制输出，用于通过判断汽轮机瞬态工况，输出瞬态工况的推力偏差调节指令，实现动态下对直线电机推力的控制增强
4.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：调速控制器具备网络通讯接口，与上位机进行通讯连接，并具有实现监控、数据存储功能。
5.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：伺服驱动器包括控制部件和功率器件，控制部件采用基于高性能的DSP控制器硬件，采用外环和内环控制环，外环控制环包括位置环和速度环，外环控制环根据位置、速度的反馈和设定产生内环推力控制的目标值，内环控制环根据外环控制环产生的指令和从调速控制器输入的瞬态工况推力偏差调节指令，产生频率开关的控制信号；功率器件根据控制部件产生的频率开关信号，实现交-直-交的变换过程，用于实现直线电机电源的变频变压控制。
6.根据权利要求5所述的全电调速系统，其特征在于：伺服驱动器输出三相对称的正弦电流，用于在电流的作用下直线电机定子产生行波磁场，该磁场与直线电机动子上的永磁体磁场相互作用，产生电磁推力，当直线电机的定子部件被固定，直线电机的动子在电磁力作用下产生位移。
7.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：直线电机采用水冷散热方式，外部提供冷却水经过水冷管实现直线电机定子冷却。
8.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：直线电机的定子采用双边型结构，用于抵消磁拉力，降低对动子支撑平台的强度要求，减轻动子部件的结构重量，提高动子的响应特性；以及提高功率密度，满足输出推力指标的同时减小直线电机的体积尺寸。
9.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：直线电机的定子绕组采用上下叠层形式，能增强磁通密度，提高功率密度，并采取定子铁芯轭部水冷的冷却方式，水冷管采用U型结构嵌于铁芯内部，用于提高散热效率，满足高功率密度直线电机的散热要求。
10.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：直线电机的动子部件采用环氧树脂进行封装的永磁磁极，外加“T”字型铝合金框架进行固定，并与导轨进行连接，导轨用于导向动子进行直线位移，非接触型线性位移传感器集成于导轨内，实现对动子位置的传感检测。
...【技术特征摘要】
1.一种全电调速系统，其特征在于：包括调速控制器、伺服驱动器、直线电机、转速传感器，转速传感器置于汽轮机处，用于检测汽轮机的转速；调速控制器连接转速传感器和伺服驱动器，用于实现汽轮机转速的闭环控制，并输出控制指令至伺服驱动器；直线电机的线性位移传感器连接伺服驱动器，用于实现直线电机动子部件的位置和速度反馈；直线电机的动子与调节阀通过杠杆或者直连的方式进行连接，从而实现调节阀位置的控制；伺服驱动器用于实现直线电机动子位置和速度的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：转速传感器采用霍尔式传感器，输出方波脉冲信号输入调速控制器，由调速控制器通过记录脉冲的频次和数量计算转速。
3.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：调速控制器采用嵌入式可编程逻辑控制器，能实现最短5ms的执行周期，调速控制器集成脉冲信号输入、电流信号、开关量信号的输入、输出接口，实时采集汽轮机转速、功率信号，并调节输出汽轮机阀位控制指令，同时，调速控制器增加推力控制输出，用于通过判断汽轮机瞬态工况，输出瞬态工况的推力偏差调节指令，实现动态下对直线电机推力的控制增强对瞬态工况的响应。
4.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：调速控制器具备网络通讯接口，与上位机进行通讯连接，并具有实现监控、数据存储功能。
5.根据权利要求1所述的全电调速系统，其特征在于：伺服驱动器包括控制部件和功率器件，控制部件采用基于高性能的dsp控制器硬件，采用外环和内环控制环，外环控制环包括位置环和速度环，外环控制环根据位置、速度的反馈和设定产生...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠诚，李一兴，张鲲羽，王蕴嘉，许涛，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所，
类型：新型
国别省市：
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