永磁調(diào)速器主配電氣中位整定技術(shù)分析與應(yīng)用

摘 要：永磁調(diào)速器是一種新型的電力傳動(dòng)裝置，在石油化工中得到了廣泛應(yīng)用。本文以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡理論為基礎(chǔ)，探索出了主配電氣中位自動(dòng)診斷方法、自動(dòng)整定方法、直接整定方法以及改進(jìn)型直接整定方法等一系列明確主配頻繁調(diào)節(jié)原因的技術(shù)方法。通過(guò)試驗(yàn)分析，得出了一系列關(guān)于主配電氣中位整定技術(shù)的結(jié)論，可為石油化工中永磁調(diào)速器的應(yīng)用提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器；電氣中位；主配頻繁調(diào)節(jié)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 15" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

石油化工不斷發(fā)展對(duì)電力傳動(dòng)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高[1]。永磁調(diào)速器是一種先進(jìn)的電力傳動(dòng)裝置，具有體積小、效率高和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工中受到廣泛關(guān)注[2]。而永磁調(diào)速器主配電氣中位整定技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度具有重要意義。

1 永磁調(diào)速器主配電氣中位整定技術(shù)分析

1.1 中位整定原理

中位整定原理是指在永磁調(diào)速器主配電氣系統(tǒng)中調(diào)整電力設(shè)備參數(shù)，使系統(tǒng)的運(yùn)行能夠達(dá)到最佳狀態(tài)[3]。在永磁調(diào)速器中，中位整定原理通常是指根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況和運(yùn)行需求，調(diào)整電力設(shè)備的參數(shù)，以達(dá)到最佳工作效果。

主配動(dòng)作死區(qū)是指在主配動(dòng)作前、后導(dǎo)葉位置的變化范圍，它對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和動(dòng)態(tài)特性具有重要影響。當(dāng)未進(jìn)行主配動(dòng)作死區(qū)測(cè)量時(shí)，M試驗(yàn)被設(shè)定為0。系統(tǒng)處于未進(jìn)行試驗(yàn)的狀態(tài)，主配動(dòng)作死區(qū)測(cè)量也將被暫停。因此，M試驗(yàn)=0表示系統(tǒng)當(dāng)前不進(jìn)行主配動(dòng)作死區(qū)測(cè)量。主配位置給定：M=M中+ΔY；開(kāi)度死區(qū)：Y死區(qū)=Y開(kāi)-Y關(guān)；主配死區(qū)范圍：M關(guān)lt;0、M開(kāi)gt;0；靜態(tài)平衡條件下的比例閥閥芯位置：B0實(shí)際=B0平衡。

當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，如果比例閥中位已經(jīng)準(zhǔn)確設(shè)定，就會(huì)進(jìn)行主配動(dòng)作死區(qū)測(cè)量，此時(shí)M會(huì)跟隨M試驗(yàn)。如果比例閥中位沒(méi)有準(zhǔn)確設(shè)定，那么M=0。應(yīng)確保系統(tǒng)在靜態(tài)平衡狀態(tài)下進(jìn)行主配動(dòng)作死區(qū)測(cè)量，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)M＜M關(guān)時(shí)，Y開(kāi)始減少；當(dāng)M＞M開(kāi)時(shí)，Y開(kāi)始增大。在M未準(zhǔn)確整定的情況下，主配位置會(huì)偏離期望值，進(jìn)而導(dǎo)致Y的數(shù)值發(fā)生變化。當(dāng)M不在[M關(guān)，M開(kāi)]時(shí)，系統(tǒng)的將不再按預(yù)期進(jìn)行響應(yīng)。因此，準(zhǔn)確整定M是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要一步。當(dāng)系統(tǒng)的輸出值Y偏離設(shè)定值Y給定，并且偏離程度超過(guò)Y死區(qū)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整以使Y重新接近給定值。一旦Y重新回到給定值附近且偏離程度≤Y死區(qū)時(shí)，系統(tǒng)將再次處于靜態(tài)平衡狀態(tài)。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)能力有助于使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，并使系統(tǒng)在受到干擾或變化的情況下快速回到穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 中位自動(dòng)診斷方法

通過(guò)傳感器或監(jiān)測(cè)設(shè)備需要采集主配位置給定值M給定和閥門(mén)開(kāi)度給定值Y等變量參數(shù)，以獲取系統(tǒng)當(dāng)前的給定值。根據(jù)液壓隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡理論，可通過(guò)比較主配位置給定值M給定和實(shí)際主配位置的偏移來(lái)判斷系統(tǒng)是否處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。如果主配電氣中位偏移在設(shè)定的條件范圍內(nèi)，即符合判據(jù)條件，可認(rèn)為系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。如果主配電氣中位偏移符合判據(jù)條件，說(shuō)明系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，診斷環(huán)節(jié)完成，進(jìn)而進(jìn)入自動(dòng)整定環(huán)節(jié)，即根據(jù)動(dòng)態(tài)平衡理論和自動(dòng)控制算法調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)和控制策略，以實(shí)現(xiàn)最佳的動(dòng)態(tài)平衡效果[4]。如果主配電氣中位偏移不符合判據(jù)條件，即系統(tǒng)未達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，需要重新采集主配位置給定值M和閥門(mén)開(kāi)度給定值Y等變量參數(shù)，并重新進(jìn)行參數(shù)采集。

綜上所述，基于液壓隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡理論的中位自動(dòng)診斷方法可自動(dòng)判定系統(tǒng)是否處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，并在滿(mǎn)足條件時(shí)進(jìn)入自動(dòng)整定環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化。

1.3 主配電氣中位自動(dòng)整定

需要實(shí)時(shí)采集主配位置M和閥門(mén)開(kāi)度Y等數(shù)據(jù)。通過(guò)傳感器或監(jiān)測(cè)設(shè)備，獲取系統(tǒng)當(dāng)前主配位置和閥門(mén)開(kāi)度信息。根據(jù)液壓隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡理論，當(dāng)主配位置M的絕對(duì)值小于等于設(shè)定的穩(wěn)定閾值ε時(shí)，判斷主配位置M趨于穩(wěn)定不變。此時(shí)，需要觀察閥門(mén)開(kāi)度Y的變化趨勢(shì)[5]。如果閥門(mén)開(kāi)度Y逐漸減少，說(shuō)明系統(tǒng)沒(méi)有達(dá)到最佳動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在此情況下，需要自動(dòng)判斷閥門(mén)開(kāi)度Y開(kāi)始不變和開(kāi)始增大的臨界點(diǎn)。如果閥門(mén)開(kāi)度Y逐漸增大，同樣說(shuō)明系統(tǒng)還未達(dá)到最佳動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在這種情況下，需要自動(dòng)判斷閥門(mén)開(kāi)度Y開(kāi)始不變和開(kāi)始減少的臨界點(diǎn)。根據(jù)判斷所得臨界點(diǎn)信息，將主配位置（M關(guān)+M開(kāi)）的平均值設(shè)為M中，即（M關(guān)+M開(kāi)）/2。

1.4 主配電氣中位改進(jìn)型自動(dòng)整定

需要采集閥門(mén)開(kāi)度給定值Y和主配位置給定值M給定等變量參數(shù)。通過(guò)傳感器或監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取系統(tǒng)當(dāng)前閥門(mén)開(kāi)度和主配位置的給定值。應(yīng)用液壓隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡理論，通過(guò)計(jì)算Y給定的變化率得出調(diào)節(jié)周期。如果設(shè)定的閾值T大于主配調(diào)節(jié)周期，并且主配位置給定值M給定是朝關(guān)的方向調(diào)節(jié)時(shí)，就需要比較主配位置給定值M給定的調(diào)節(jié)周期與閾值T'的大小。

綜上所述，主配電氣中位改進(jìn)型自動(dòng)整定方法可根據(jù)調(diào)速器電控程序中的調(diào)節(jié)周期和閥門(mén)開(kāi)度的變化趨勢(shì)自動(dòng)調(diào)整主配位置的中位值，并進(jìn)行比例閥電氣中位漂移的自動(dòng)診斷，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)整定和優(yōu)化。

1.5 主配電氣中位直接整定

需要根據(jù)主配機(jī)械中位的初設(shè)值設(shè)定調(diào)速器主配電氣中位。采集主配位置給定值M給定和閥門(mén)開(kāi)度給定值Y等變量參數(shù)。通過(guò)傳感器或監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取系統(tǒng)當(dāng)前主配位置和閥門(mén)開(kāi)度的給定值。通過(guò)計(jì)算M給定的變化率得出調(diào)節(jié)周期。比較主配位置給定值M給定的調(diào)節(jié)周期與閾值T'的大小。首次發(fā)現(xiàn)M給定的周期小于設(shè)定的閾值T'時(shí)，將此時(shí)M中的值記為M1。

綜上所述，主配電氣中位直接整定方法直接根據(jù)主配機(jī)械中位的初設(shè)值和調(diào)速器電控程序中的調(diào)節(jié)周期，通過(guò)逐步調(diào)整主配位置的值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，并完成整定過(guò)程，無(wú)須進(jìn)行主配中位診斷，簡(jiǎn)化了整定流程。

1.6 主配電氣中位改進(jìn)型直接整定方法

需要根據(jù)主配機(jī)械中位的初設(shè)值設(shè)定調(diào)速器主配電氣中位。采集主配位置給定值M和閥門(mén)開(kāi)度給定值Y等變量參數(shù)。通過(guò)傳感器或監(jiān)測(cè)設(shè)備，獲取系統(tǒng)當(dāng)前主配位置和閥門(mén)開(kāi)度的給定值。通過(guò)計(jì)算M給定的變化率得出調(diào)節(jié)周期。需要比較主配位置給定值M給定的調(diào)節(jié)周期與閾值T'的大小。首次發(fā)現(xiàn)M給定的周期大于設(shè)定的閾值T'時(shí)，將此時(shí)M中的值記為M2。根據(jù)記錄得到的M1和M2的值，將主配位置M中記為（M1+M2）/2。

綜上所述，主配電氣中位改進(jìn)型直接整定方法根據(jù)主配機(jī)械中位的初設(shè)值和調(diào)速器電控程序中的調(diào)節(jié)周期，快速增加和減少主配位置的值，并記錄首次滿(mǎn)足條件的值，最終取2次記錄值的平均值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位和整定過(guò)程。這種改進(jìn)型方法能夠更快速地找到合適的主配中位值，提高整定效率。

2 應(yīng)用測(cè)試

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

優(yōu)化后的主配電氣中位直接整定流程如圖1所示。首先，確定M給定的調(diào)節(jié)周期為T(mén)'，M的變化是周期性的。其次，通過(guò)主配位置反饋的方式來(lái)確定M1和M2。主配位置反饋是一種控制策略，根據(jù)系統(tǒng)的輸出和期望輸出間的差異來(lái)調(diào)整控制參數(shù)。在這種情況下，使用主配位置反饋來(lái)調(diào)整M1和M2的取值。為了保持對(duì)稱(chēng)性，要求M1和M2互為反向。當(dāng)M1增加時(shí)，M2減少，反之亦然。通過(guò)這種對(duì)稱(chēng)性的要求，更好地適應(yīng)Y變化的趨勢(shì)。最后，將M1和M2的中間值作為M的取值，平衡M的變化，使其更穩(wěn)定、可靠。通過(guò)取中間值，縮小M的波動(dòng)范圍，提高系統(tǒng)的控制性能。

將導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)至40%，模擬機(jī)組在并網(wǎng)負(fù)載態(tài)下的工況。再?gòu)?qiáng)制輸入機(jī)組轉(zhuǎn)速為50Hz的信號(hào)，進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)旨在模擬機(jī)組在特定負(fù)載條件下的運(yùn)行情況，并對(duì)液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

2.2 試驗(yàn)分析

將導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)至40%，以模擬機(jī)組并網(wǎng)負(fù)載態(tài)。強(qiáng)制輸入機(jī)組轉(zhuǎn)速為50Hz的信號(hào)，并保持開(kāi)度給定值穩(wěn)定不變。然后根據(jù)主配機(jī)械中位的設(shè)定值，將主配電氣中位設(shè)定為16595。在試驗(yàn)過(guò)程中，將M中的調(diào)整周期初始階段設(shè)為1s。在整定過(guò)程中，M的給定調(diào)節(jié)周期小于T'。試驗(yàn)開(kāi)始后，觀察到M中曲線(xiàn)以紅色顯示?？刂票壤y中位，以調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。切換為電手動(dòng)運(yùn)行方式，并將比例閥、主配和接力器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)確設(shè)定比例閥的中位位置。通過(guò)調(diào)整M中的調(diào)整周期，觀察到M中曲線(xiàn)的變化。

主配電氣中位整定曲線(xiàn)如圖2所示，從第19.1s開(kāi)始，主配位置M逐漸增加。在第154.7s，將主配位置M以主配調(diào)節(jié)周期為周期，以1個(gè)碼值為步長(zhǎng)逐漸減少，這樣做的目的是逐漸接近理想狀態(tài)。在第949.9s，再次檢測(cè)到閾值T'大于主配調(diào)節(jié)周期。根據(jù)設(shè)定，將主配位置M以主配調(diào)節(jié)周期為周期，以1個(gè)碼值為步長(zhǎng)逐漸增加，這樣做是為了進(jìn)一步優(yōu)化主配位置M的值。同時(shí)，在整個(gè)過(guò)程中，還實(shí)時(shí)計(jì)算了主配調(diào)節(jié)周期，確定調(diào)整的速度和步長(zhǎng)，以便更好地控制主配位置M的變化。最終，在第1527.7s，閾值T’開(kāi)始小于主配調(diào)節(jié)周期。此時(shí)，將M的值記為M2，值為16324。分析試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，主配位置M的調(diào)整周期越長(zhǎng)，得到的整定結(jié)果越精準(zhǔn)。原因是較長(zhǎng)的調(diào)整周期允許系統(tǒng)更充分地適應(yīng)變化，從而得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。整個(gè)整定過(guò)程在1527.7s結(jié)束，最終得到的主配電氣中位的整定計(jì)算結(jié)果為16506。根據(jù)這個(gè)結(jié)果可以認(rèn)為主配位置M已經(jīng)調(diào)整到一個(gè)較理想的狀態(tài)，整定過(guò)程完成。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)永磁調(diào)速器主配電氣中位整定技術(shù)進(jìn)行了深入研究和實(shí)際應(yīng)用，得出了一系列關(guān)于該技術(shù)的重要結(jié)論，為石油化工中永磁調(diào)速器的應(yīng)用提供了理論和實(shí)踐指導(dǎo)。未來(lái)將進(jìn)一步對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深化研究，不斷提高其在石油化工中的應(yīng)用效果，推動(dòng)石油化工電力傳動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，為石油化工的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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