JPS6036784A - 水力機械 - Google Patents

水力機械

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JPS6036784A
JPS6036784A JP58145856A JP14585683A JPS6036784A JP S6036784 A JPS6036784 A JP S6036784A JP 58145856 A JP58145856 A JP 58145856A JP 14585683 A JP14585683 A JP 14585683A JP S6036784 A JPS6036784 A JP S6036784A
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servo motor
guide vane
electric servo
motor
electric
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JP58145856A
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JPH0137592B2 (ja
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Keitaro Takiguchi
滝口 啓太郎
Hisao Kuwabara
尚夫 桑原
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、水力機械、特に、ガイドベーン等の流量調節
手段を電気的動力によって操作するように構成した電動
サーボモータを用いた水力機械に関するものである。
〔発明の背景〕
第1図は電動サーボモータを用いたガイドベーン操作機
構の説明図で、ガイドベーン1はガイドイー/レバー2
及びガイドベーンリンク3を介してガイドリンク4に連
結されており、ガイドリング4は連結ピン5にて電動サ
ーボモータ6に連結されている。電動サーボモータ6は
電動機7、駆動ギヤ8、トルクリミッタ9、ポールネジ
10等を有し、電動機7の正転、逆転によりガイドベー
ン1の開閉操作を行ない、水力機械に供給する水量を調
整し、水力機械の回転数を規定回転数に維持するように
なっている。
このような電動サーボモータを用いた水力機械において
は、速度検出器のパルスピックアップによって水力機械
の回転数を検出し、調速機制御装置により、回転数の偏
差値(ΔN)の絶対量に比例した信号を電動機制御装置
に送り、この信号量に応じた速さによりガイドベーン操
作機構駆動用の電動サーボモータを正転又は逆転させ、
水力機械の回転数を規定値に保持するようにしている。
第2図は従来の電動サーボモータ式電気調速機の制御ブ
ロック図で、この図で、11は発電機、12は水車、1
3はガイドベーン、14は発電機11のil+度検出器
、15は水力機械の回転速度を制御する調速制御装置、
16は電動サーボモータ、17は電動サーボモータ16
駆動のための電動機制御装置、18は電源装置を示して
いる。調速制御装置15は発電機11の速度検出器14
の検出結果が入力するF/V変換器19と速度、負荷制
御装置20とを有し、速度・負荷制御装置20は調定率
の設定21及び各種設定22人力により開度制限23が
行われるようになっている。電動機制御装置17は開閉
時間制御24出力が入力する電流制御装置25とパワー
ユニット26とを有し、開閉時間制御24は電動サーボ
モータ16の開閉速度検出27結果と開閉時間設定28
によって行われる。電動サーボモータ16は直流又は交
流の電動機29とサーボモータ30と電磁ブレーキ31
とを有し、サーボモータ30の開度検出(復原)32結
果によって調速機制御装置15の調定率設定21と電動
機制御装置17の開閉速度検出27が行われる。33及
び34は電源装置18と調速機制御装置15及び電動様
制御装置17とのコンタクタ−を示している。
この電動サーボモータ式電気調速機では、速度検出器1
4のパルスピックアップにより発電機11の回転速度を
検出し、その結果は調速機制御装置15のF’/V変換
器19を経て速度・負荷制御装置20に入力し、ここで
所定の回転速度との回転偏差(ΔN)をめ、開度制限2
3の開又は閉信号が電動機制御装置17へ送られる。第
3図は速度偏差信号量に対する電動機回転速度の関係を
示すもので、横軸、縦軸にはそれぞれ速度偏差の入力信
号、電動機回転速度がとってあり、A。
Bはそれぞれ閉側、開側を示しており、例えば電動機制
御装置への入力信号がa(又は−a)の場合には電動機
回転速度(V)でそれぞれ閉(又は開)操作することを
示している。
第4図は水力機械の負荷しゃ断時における回転数とガイ
ドベーン開度との関係を示すもので、横軸には時間、縦
軸には回転数(N)とガイドベーン開度(S)がとっで
ある。ガイドベーン開度が第4図のSoの状態で負荷が
しゃ断されるとガイドベーンの開度ば71秒の間に全閉
する。従って一旦上昇した回転数は降下するが、水路や
発電機の慣性モーメントの特性によυ規定回転数に降下
する迄にはT1→−72秒間を要し、72秒間はガイド
ベーンは全閉位置に保持される。
一方、ガイドベーン全閉時(11秒後)においても回転
数はΔN′だけ高いため、調速機制御装置15より電動
機制御装置17へはガイドベーン急閉操作信号が継続し
出力され、電動機は閉回転を継続する。T2秒後に水力
機械の回転数が規定回転数以下に降下すると、調速機制
御装置15から電動機制御装置17へはガイドベーンサ
ーボモータ開操作信号が入力され電動サーボモータ16
は、水力機械の回転数が規定回転数へ戻るまでのT3秒
間は開操作する。そして順次ΔNの偏差は微少となり無
負荷開放位置で安定となる。従ってT2秒間電動機は閉
回転され、ガイドベーン操作機構はメカニカルにストッ
パーとなるので、第1図のトルクリミッタ−9でスリッ
プ現象を発生する。その為、摩擦板の加熱、又はT2が
長い場合には焼損による焼付現象を呈し、やがて電動サ
ーボモータ操作機構の損傷、ひいては水力機械の停止と
いう重大事故へ発展する可能性がある。
すなわち、従来の電動サーボモータを用いた水力機械に
おいては、速度検出器のパルスピックアップにより水力
機械の回転数を検出し、調速機制御装置により回転数の
偏差値(ΔN)の絶対量に比例して電動機側倒装置に信
号を送り、この信号量に応じた速さでガイドベーン操作
機構駆動用電動機を正転又は逆転させ水力機械の回転数
を規定値に保持するようにしている。そして、この装置
では負荷しゃ断時には回転数の急上昇を検出し、電動サ
ーボモータは急閉操作されるが、ガイドベーンが全閉後
においてもΔNは規定値以上であるのが普通で、回転数
が規定値に降下するまで、調速機制御装置から電動機制
御装置への信号にはさらに閉方向への信号があり、ガイ
ドベーン操作機構が、機械的にストッパになっているに
もかかわらず電動サーボモータ駆動用電動機は閉回転す
る。
通常、機械的なロックに対処するために、電動機と駆動
用機械との間には、摩擦板(クラッチ)が取り付けられ
ており、前述の状態ではこれがスリップするため、機械
的な保護及び電動機の焼損に対する保護を行っている。
ところが、水力機械の導水路(水圧鉄管)の条件や水車
及び発電機の大きさによりN〉規定回転数の条件が長い
間継続したり、ΔN>Oの状態が幾度か繰返されると、
クラッチ板は過熱を繰す返し、機械的な寿命を減するの
みならず、焼損事故をも起すことにもなり、ひいては水
力機械全体に対する重大事故の原因となり得ることにな
る。
〔発明の目的〕
本発明は、電動サーボモータを用いる水力機械において
、負荷しゃ断時の閉信号継続による電動機の摩擦板スリ
ップを解消し、機械の保護及び水力機械の安全運転を可
能とすることを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、水力機械の回転数を検出し、該回転数の偏差
値に基づいて弁の開閉により流量の調整を行う流量調節
手段の開度制限を行う調速機制御装置と、前記流量調節
手段の開閉時間の制御手段及び該流量調節手段駆動用の
電動サーボモータに供給する電力の電流制御手段を有す
る電動機制御装置とを有する水力機械において、前記流
量調節手段の全閉時点を検出する全閉時点検出手段と、
該全閉時点検出手段が全閉を検出している間は前記電動
サーボモータの回転速度を該前記電動サーボモータが前
記流量調節手段を閉位置に保持するのに必要な最小出力
まで低減させる手段とを有することを特徴とするもので
ある。
すなわち、電動サーボモータを用いる水力機械において
は、負荷しゃ断時には、回転数の上昇を抑えるために、
ガイドベーンを急閉鎖せしめるが、水圧管路や発電機の
仕様の如何によっては、ガイドベーン全閉時においても
回転数は規定値以上を継続することがあり、これに対し
て速度検出器のパルスピックアップからの信号は調速機
制御装置、電動機制御装置を経て電動機へ送られ、閉操
作駆動を継続する電動機の回転速度は調速機制御装置(
9) からの入力信号に比例することに着目してなされたもの
で、ガイドベーン全閉位置検出器の動作により、調速機
制御装置からの閉方向信号を電動サーボモータがガイド
ベーンを閉位置に保持するのに必要な最小出力まで低減
させる。例えば1(ここでn≧2)、又は微小な一定信
号に低減させることにより、調速機制御装置からの閉信
号に対しては、ガイドベーンが機械的ストッパー1で全
閉操作後は電動機を微少速度で回転させ、摩擦板のスリ
ップを軽減させ、過熱、摩耗を防止せしむるものである
。一方、調速機制御装置開信号に対しては何等制限を加
えず、ガイドベーンサーボモータを指令信号に追従させ
負荷しゃ断後の規定回転数へ収斂制御せしめ、調速性能
のそこなわれるのを防止するものである。
〔発明の実施例〕
第5図は一実施例の電動サーボモータ式電気調速機の制
御ブロック図で、第2図と同一部分には同一符号が付し
である。この実施例ではガイドベーン全閉位置検出器3
5の検出スイッチ動作条件(10) が電動機制御装置17の電流制御装置25に与えられる
ようになっている。第6図は電動サーボモータ駆動用電
動機への出力信号系の動作説明図で、第5図と同一部分
には同一符号が付してあり、36.37はAND論理、
OR,論理を示している。
この図の示すように、開閉時間制御24が開(入力信号
−a)の場合、電流制御装置25からはガイドベーン開
度S〉0で開信号(入力信号−a)がパワーユニット2
6に送られパワーユニット26の出力が電動サーボモー
タ電動機29へ供給される。次に開閉時間制御24が閉
(入力信号a)の場合、ガイドベーン全閉位置検出器3
5からの信号がない場合、すなわちガイドベーンが全閉
になっていない場合には電流制御装置25のガイドベー
ン開度S〉0で閉信号(入力信号a)がパワーユニット
26に送られる。そして、開閉時間制御24が閉(入力
信号a)の場合に、ガイドベーン全閉位置検出器35か
らの信号がある場合には、AND論理36によって、電
流制御装置25はガイドベーン開度S≦0で閉信号(入
力信(11) すなわち、ガイドベーン閉鎖モードにおいて、ガイドベ
ーンが全閉となった場合には、電動機制御装置17の電
流制御装置25への入力信号に対して、パワーユニット
26への出力信号を1倍にすることにより、電動機29
の回転を急減させ、摩擦板のスリップ現象を極少にする
ことができる。
なおnは5〜10が効果的である。
第7図は、他の実施例の電動サーボモータ駆動用電動機
への出力信号系の動作説明図で、第6図と同一部分は同
一符号が付しである。この出力信号系は第6図の出力信
号系がパワーユニットへの出力信号を1賠している代り
に電動サーボモータがガイドベーンを全閉位置に保持す
るのに必要な最適出力Δaをガイドベーン全閉位置検出
により出力するもので、この場合には電動サーボモータ
ー6にはガイドベーンを閉位置に保持するのに必要な一
定の最小出力が与えられるので、電動サーボモータのガ
イドベーン締付は力を常に一定にすることができる。す
なわち・、この出力信号系にお(12) いても、開閉時間制御24が開(入力信号−a)の場合
、開閉時間制御24が閉(入力信号a)で、ガイドベー
ン全閉位置検出器35からの信号がない場合1l−j:
第6図の出力信号系と同じであるが、開閉時間制御24
が閉(入力信号a)で、ガイドベーン全閉位置検出器3
5からの信号がある場合には、電流制御装置25からパ
ワーユニット26への出力信号はカットされ、電動サー
ボモータ16がガイドベーンを閉位置に保持するのに必
要な一定の最小出力をバイパスしてパワーユニット26
に与えるようになっている。
これらの実施例の電動サーボモータを用いて水力機械を
制御する方式は、あらゆる水圧管路特性や発電機仕様に
対しても、機器を安全でしかも調速性能を失うことなく
、運転継続可能とすることができる。また、摩擦板の摩
耗防止により保守が容易となり、部品交換周期も延び、
経済的メリットも犬となる。部品交換の際には水力機械
を長期に亘り全停することになるので、この間の発電量
の損失も防止することができる。
(13) 〔発明の効果〕 本発明は、電動サーボモータを用いる水力機械において
、負荷しゃ断時の閉信号継続による電動機の摩擦板スリ
ップを解消し、機械の保護及び水力機械の安全運転を可
能とするもので、産業上の効果の犬なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は電動サーボモータを用いた水力機械のガイドベ
ーン操作機構の説明図、第2図は従来の電動サーボモー
タ式電気調速機の制御ブロック図、第3図は同じく入力
信号と電動機回転速度との関係を示す線図、第4図は水
力機械の負荷しゃ断時における回転数とガイドベーン開
度との関係を示す特性線図、第5図は本発明の水力機械
の一実施例の電動サーボモータ式電気調速機の制御ブロ
ック図、第6図は同じく電動サーボモータ駆動用電動機
への出力信号系の動作説明図、第7図は同じく他の一実
施例の電動サーボモータ駆動用電動機への出力信号系の
動作説明図である。 ■・・・ガイドベーン、6・・・電動サーボモータ、9
・・・(14) トルクリミッタ、10・・・ボールネジ、11・・・発
電器、12・・・水車、13・・・ガイドベーン、14
・・・速度検出器、15・・・調速機制御装置、16・
・・電動サーボモータ、17・・・電動機制御装置、2
0・・・速度・負荷制御装置、23・・・開度制限、2
4・・・開閉時間制御、25・・・電流制御装置、26
・・・パワーユニット、29・・・電動機、30・・・
サーボモータ(ボールネジ)、35・・・ガイドベーン
全閉位置検出器、36・・・AND論理、37・・・O
R論理。 (15) 茅 ! 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水力機械の回転数を検出し、該回転数の偏差値に基
    づいて弁の開閉により流量の調整を行う流量調節手段の
    開度制限を行う調速機制御装置と、前記流量調節手段の
    開閉時間の制御手段及び該流量調節手段駆動用の電動サ
    ーボモータに供給する電力の電流制御手段を有する電動
    機制御装置とを有する水力機械において、前記流′i!
    ′調節手段の全閉時点を検出する全閉時点検出手段と、
    該全閉時点検出手段が全閉を検出している間は前記電動
    サーボモータの回転速度を該電動サーボモータが前記流
    量調節手段を閉位置に保持するのに必要な最小出力まで
    低減させる手段とを有することを特徴とする水力機械。 2、前記電動サーボモータの回転速度を該電動サーボモ
    ータが前記流量調節手段を閉位置に保持するのに必要な
    最小出力捷で低減させる手段が、前記電動機制御装置か
    ら前記電動サーボモータへの請求の範囲第1項記載の水
    力機械。 3、前記電動サーボモータの回転速度を該電動サーボモ
    ータが前記流計調節手段を閉位置に保持するのに必要な
    最小出力まで低減させる手段が、前記全閉時点検出手段
    が全閉を検出している間は、前記電動機制御装置から前
    記電動サーボモータへの出力信号をカットし、前記電動
    サーボモータが前記流量調節手段を閉位置に保持するの
    に必要な一定の最小出力をバイパスする手段である特許
    請求の範囲第1項記載の水力機械。
JP58145856A 1983-08-09 1983-08-09 水力機械 Granted JPS6036784A (ja)

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JP58145856A JPS6036784A (ja) 1983-08-09 1983-08-09 水力機械

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JPS6036784A true JPS6036784A (ja) 1985-02-25
JPH0137592B2 JPH0137592B2 (ja) 1989-08-08

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