新聞主題	康明斯電子調速器工作原理與故障案例

 

摘要：康明斯柴油發電機組主要由康明斯柴油機，斯坦福無刷同步發電機和PCC3.3控制器等部分組成。本文以采用了以ESD5500E型電子調速控制器（以下簡稱電子調速器）為核心的電子調速系統為例，該電子調速器具有瞬時轉速變化小、調速精度高等優點。在介紹其工作原理的基礎上，對一例非常見故障進行了分析，供同行參考。

 

一、電子調速系統工作原理

 

      電子調速系統主要由電子調速器、直流比例電磁鐵、控制繼電器和轉速傳感器等部分組成，接線圖如圖1所示。轉速傳感器安裝在飛輪殼上，主要由永久磁鐵和線圈等組成，如圖2所示。由于齒頂和齒谷與傳感器下端的間隙不同，飛輪旋轉時，通過線圈的磁通量發生變化，線圈上就會產生一個頻率與飛輪轉速成正比的正弦信號，電子調速系統就是根據該信號來調整柴油機的轉速。

      飛輪旋轉時，轉速傳感器感應產生的正弦信號經頻率電壓變換后轉換成與柴油機轉速相對應的電壓信號U_∫，該信號與設定的轉速信號U_re∫，進行比較，得到的誤差信號△U經判斷和前向調節放大后，電子調速器就會輸出相應驅動電流I_c，至直流比例電磁鐵的線圈，銜鐵在電磁力的作用下動作，再通過轉軸轉換成杠桿機構的拉力，最終將噴油泵中的油量控制齒桿穩定在與設定轉速對應的位置（此時驅動電流I.產生的電磁力與直流比例電磁鐵內部復位彈簧的張力保持平衡）。

      當柴油發電機組所帶負載加重時，轉速隨之下降，U_∫減小，△U升高，I_c就會增大，直流比例電磁鐵中的銜鐵通過杠桿機構將油量控制齒桿向增加油量的方向拉動，轉速就會升高至設定值（電磁力與復位彈簧的張力達到新的平衡）；而負載減輕，轉速升高時（△U為負值），I_c就會減小，此時油量控制齒桿在復位彈簧的作用下向減油方向運動，最終使轉速穩定在設定值。如果電子調速器沒有檢測到轉速傳感器的反饋信號，驅動電流I_c為零，油量控制齒桿在復位彈簧的作用下被拉至停機位置。

      電子調速控制器可以進行柴油機啟動時的供油量、轉速控制的穩定度和響應速度、怠速的整定等方面的調整，提高了柴油機的經濟性和動力性。

 

圖1  柴油發電機電子調速系統接線圖

圖2  柴油發電機轉速傳感器結構圖

 

二、電子調速系統故障案例

 

1、故障現象

      某部一臺發電機組空載全速運行時工作正常，帶載運行時也正常，但卸掉負載后，出現轉速不穩的故障現象，此時調整電子調速器不起作用，通過緊固各接線端子后重新開機和更換電子調速器也沒有解決問題。

2、故障原因及分析

      引起轉速不穩的故障部位主要有燃油系統和電子調速系統等方面，由于該發電機組空載和帶載運行時工作正常，而且轉速傳感器工作正常，因此基本排除了燃油系統的故障。另外，更換新的電子調速器后故障依舊，所以電子調速器也沒有故障。

      仔細檢查發現，直流比例電磁鐵中的復位彈簧的上端斷了一截（約為其長度的1/10）。由電子調速器的工作原理可知，銜鐵的運動行程直接決定供油量。由于復位彈簧始終處于壓縮狀態，斷了一截后，張力減小，對于相同電磁力而言，銜鐵的實際運動行程變長了。發電機組空載全速以及帶載運行時，電磁鐵的吸力較大，銜鐵的運動行程較長，彈簧減小的張力對其影響很小，因此轉速基本穩定；而卸掉負載后，銜鐵受到的電磁吸力迅速減小，而銜鐵復位的響應時間延長，從而使電磁吸力與彈簧張力的平衡關系被破壞，導致銜鐵上下波動較大，所以出現本例中的故障現象。對于不同發電機組，由于電子調速器、直流比例電磁鐵等部件的性能差異，彈簧斷了后，出現的故障現象可能不盡相同，而彈簧折斷的程度也會導致不同的故障。

      檢查另外三臺同型號發電機組的直流比例電磁鐵時，未發現有裂紋或異常情況。由于四臺發電機組是同時配發的，而且工作時間基本相同，所以基本排除了彈簧的材料和加工工藝等問題。進一步檢查損壞的彈簧時發現，斷裂處周圍有鉗子夾過的痕跡。從斷口處的顏色也可以看出彈簧不是突然斷裂的。因此，初步判斷是由于安裝時用鉗子夾過彈簧，造成彈簧外表有剪切傷，損傷后的彈簧的疲勞壽命大幅度降低。在彈簧的工作過程中，導致其外表損壞處應力集中，當集中的應力大于材料所承受的極限應力時，彈簧產生疲勞裂紋，最終發生早期疲勞斷裂。

3、故障解決

      通過以上分析，更換彈簧后問題得到解決。

 

三、電子調速系統安裝與使用的注意事項

 

（1）一般情況下，直流比例電磁鐵的復位彈簧是不允許拆卸的。如果確需更換，在安裝時應注意方法，防止其受到“硬傷”。

（2）啟動發電機組前應檢查直流比例電磁鐵和油量控制齒桿之間的拉桿活動是否靈活，而且向加油方向扳動后放松時應能迅速復位，否則復位彈簧可能損壞；另外，拉桿兩端的可調部分在出廠時已經調整好，并用鎖緊螺母鎖緊，無特殊情況不要調整，同時應做好標記，防止由于振動、松脫而影響發電機組的正常運行。

（3）直流比例電磁鐵端蓋背面，即銜鐵與端蓋接觸部位裝有厚度為6mm的墊子，其作用是限制銜鐵的初始位置，如果該墊子損壞或厚度發生變化，卸掉負載時也會出現銜鐵向上運動過多而導致轉速不穩的故障。另外，停機時會敲擊蓋板而導致其損壞；

（4）轉速傳感器的安裝不當會導致傳感器損壞或者發電機組不能啟動。其安裝步驟如下：首先用盤車工具將飛輪轉至齒頂正對傳感器安裝孔的中間位置，然后用手將傳感器擰入安裝孔（禁止用扳手），直到傳感器底部碰到齒頂；再反轉1/2～3/4圈后用扳手將其固定，再用鎖緊螺母鎖緊。另外，為了防止干擾，應避免強磁場靠近轉速傳感器。

 

總結：

     當電子調速系統出現故障時，發電機組可能出現不能啟動，轉速不穩，自動停機，甚至超速等故障，從而嚴重影響用電設備以及發電機組的正常工作和安全。因此，在日常工作中應加強對該系統的檢查和維護。

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