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新聞主題 |
發動機電子調速器作用、控制原理和組成及維護 |
摘要：電子調速器在結構和控制原理上與機械式調速器有很大不同，它是將轉速和（或）負荷的變化以電子信號的形式傳到控制單元，與設定的電壓（電流）信號進行比較后再輸出一個電子信號給執行機構，執行機構動作拉動供油齒條加油或減油，以達到快速調整發動機轉速的目的。電子調速器以電信號控制代替了機械調速器中的旋轉飛錘等結構，沒有使用機械機構，動作靈敏、響應速度快、動態與靜態參數精度高；電子調速器無調速器驅動機構，體積小、安裝方便、便于實現自動控制。
一、調速系統基本組成
柴發機組電子調速器可分別應用在150 -5000kW的內燃機調速系統。本調速器屬全電式調速器，不需要機械液壓傳動。它由轉速調整電位器、轉速傳感器、控制器、執行器和保險電路等組成。
1、計算公式
它應采集盡可能高的信號頻率。設計采用高的信號頻率為12000Hz發動機轉速與頻率關系的計算公式如下：
f=nz/60
式中，f——頻率Hz
n——發動機的轉速r/min;
Z——傳感齒輪齒致(或飛輪外圈齒數)。
傳感器是從飛輪處測轉速，安裝時傳感器與飛輪齒圈齒頂的間隙為0.4-0.8mm。電子調速器工作電路示例如圖1所示，調速系統試驗接線如圖2所示。
2、柴發控制器
它的作用是根據傳感器測出的轉速實際值與其中設定值，進行比較、并驅動執行器執行。
3、轉速調招電位器
它用來根據發動機使用的允許轉速來調定頻率，工廠根據要求調定好頻率，出廠時頻率調定為2000Hz，如果此調定的頻率在發動機的空轉和高轉之間，則可起動發動機并調節"speedmax"(高轉速)電位器使發動機獲得運轉頻率。
4、柴發機組執行器
執行器主要由直流電機，傳動齒輪，輸出軸及反饋部件組成。執行器由直流電機驅動，其扭矩通過一個中間齒輪傳至輸出軸。反饋部件將執行器的工作狀態傳入控制器以形成閉環控制系統。執行器的輸出軸搖臂通過調節連桿與噴油泵齒桿相連。
5、調速器保險電路
在電子調速系統中設有保險電路，當傳感信號中斷，如因電纜斷裂發動機停止遠行時，它可以使執行器停止工作，并使輸出軸搖臂恢復至“0”位置。
6、轉速傳感器
轉速傳感器是由一個裝在線圈內的磁棒構成，安裝在與柴油機曲軸同步運轉的飛輪齒圈緣處。當磁棒頂端與飛輪齒圈輪齒間產生相對運動時，使線圈感應出交變脈沖頻率信號，此脈沖作為負反饋被送入控制器。
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圖1 電子調速器工作電路圖 |
圖2 柴油機調速系統控制試驗原理圖 |
二、調速器的工作原理和分類
常見的電子調速器有單脈沖電子調速器和雙脈沖電子調速器兩種。
1、調速器區別
（1）單脈沖電子調速器
單脈沖電子調速器是以轉速脈沖信號來調節供油量；單脈沖調速器只進行轉速調節，而轉速變化滯后于負載變化，此調節使柴油機輸出波動較大。
（2）雙脈沖電子調速器
雙脈沖電子調速器是將轉速和負荷的兩個單脈沖信號疊加起來調節裝置。雙脈沖調速器可以在分析了由轉速傳感器和負載傳感器得來的兩種信號后，在轉速未發生明顯變化前改變供油量。
雙脈沖電子調速器能在負荷一有變化而轉速尚未變化之前就開始調整供油量，其調整精度比單脈沖電子調速器高，更能保證供電頻率的穩定。
2、調速器原理
本文以雙脈沖電子調速器為例，其基本組成如圖3所示。其主要由執行機構、轉速傳感器、負載傳感器和速度控制單元等組成。磁電式轉速傳感器用于監測柴油機轉速的變化，并按比例產生交流電壓輸出；負荷傳感器用于檢測柴油機負荷的變化，并按比例轉換成直流電壓輸出；速度控制單元是電子調速器的核心，接收來自轉速傳感器和負荷傳感器的輸出電壓信號，并按比例轉換成直流電壓后與轉速設定電壓進行比較，把比較后的差值作為控制信號送往執行機構，執行機構根據輸入的控制信號以電子方式拉動柴油機的油量控制機構加油或減油。
工作流程（如圖4所示）：
● 脈沖式轉速傳感器⇒脈沖信號(負反饋)；
● 頻率—電壓轉換⇒模擬電壓量⇒數字信號；
● 比較偏差⇒PID運算⇒控制量；
● 功率放大后的控制量⇒執行器驅動機構。
若柴油機負荷突然增加，負荷傳感器的輸出電壓首先發生變化，此后轉速傳感器的輸出電壓也發生相應變化（數值均下降）。上述兩種降低的脈沖信號在速度控制單元內與設定的轉速電壓比較（傳感器的負值信號數值小于轉速設定電壓的正值信號數值），輸出正值的電壓信號，在執行機構中使輸出軸向加油方向轉動，增加柴油機的循環供油量。
反之，若柴油機的負荷突然降低，也是負荷傳感器的輸出電壓首先發生變化，此后轉速傳感器的輸出電壓也發生相應變化（數值均升高）。上述兩種升高的脈沖信號在速度控制單元內與設定的轉速電壓比較，此時，傳感器的負值信號數值大于轉速設定電壓的正值信號數值，速度控制單元輸出負值的電壓信號，在執行機構中使輸出軸向減油方向轉動，降低柴油發動機的循環供油量。
3、 PID控制
主要運用于大慣性、大時延的控制對象。
（1）功能
P：(比例控制)快速控制減少動態偏差，偏差越大，控制作用就越大。
I：(積分控制)逐漸消除靜態偏差，控制作用與被控量之間無硬性關系。
D：(微分控制)阻止偏差進一步變大，是根據被控量變化趨勢來進行提前控制。
（2）PID調節器特點
● 具有可調節的動態參數，所以相同的調速器可以與一些具有不同動態參數的裝置相匹配。
● 輸出信號同時傳達給執行機構和燃料板，并接收燃料板位置給出的內反饋或外反饋，達到限制燃料的目的
隨著科技的發展，控制器除采用PID控制外，模糊控制、最優控制、自適應控制等也逐漸被采用并不斷趨向成熟。
圖3 雙脈沖電子調速器的基本組成 |
圖4 柴油發電機調速系統工作流程圖 |
三、電子調速器的維護管理
電子調速器是極其重要的機件，各種調速器的具體結構不相同，故調速器的維護管理應按說明規定和要求執行。
1、電子調速器的維護
（1）日常維護，檢查電纜是否有破損現象，并及時處理。電纜沿布置路線應捆扎緊固，避免電纜晃動與機體發生摩損；布置電纜時應避免電纜靠近高溫部件（如增壓器、排氣管等）。
（2）檢查執行器安裝緊固件是否松動，有松動現象應及時處理。
（3）檢查執行器接插件、傳感器接插件以及電纜緊固螺絲是否有油污或松動，并作相應處理。
（4）檢查電瓶電量是否充足，充電裝置工作是否正常。對非強制潤滑油泵，應檢查高壓油泵潤滑油油位，并按時更換油泵潤滑油。在低溫環境起動發動機，應先用手推動執行器搖臂數次，感覺運行平滑，無卡滯現象，再起動發動機。
（5）觀察執行器是否有滲油現象，如有滲油現象，應及時更換高壓油泵凸輪軸油封。
（6）運行2000小時維護，轉速傳感器探頭部位可能形成積垢，應拆下清理。打開中間體上的觀察孔蓋板，檢查執行器聯接器與油泵齒條的連接緊固件、銷是否松動或松脫，有松動現象應及時處理。
（7）運行6000小時維護，從高壓油泵上拆下執行器，檢查油泵齒條是否靈活。在油泵校驗臺上檢查高壓油泵各缸供油均勻性以及噴油器噴油霧化情況是否正常。更換轉速傳感器。對強制潤滑油泵，應更換高壓油泵凸輪軸油封，以確保潤滑油不向執行器側泄漏。
2、報警系統的維護
（1）對于電子調速器的指示報警系統，當出現LOW VOLTAGE燈亮時，說明了指示+5V、+15V、-15V、+24V等四組電源中任意一組電壓偏低，詳情信息可以由適配卡上LED予以指示。
（2）RPM DETECT FAIL表示轉速傳感器測速系統硬件故障，詳情信息可以由適配卡上的LED予以指示或查找。
（3）IN-DATA ERROR表示調節部分和執行部分之間的通信有故障。
（4）FEED-BACK FAIL表示執行器位置測量裝置故障導致的反饋故障。
（5）IN-DATA ERROR是通過輸入數據的定時自檢發現的故障。
還有其他如伺服放大器有故障，系統測試時的故障。并對報警系統進行測試，檢測系統是否故障，指示燈報警是否準確。并對電子調速系統的控制面板的定期的保養維護。
3、電子調速器的滑油
保證滑油系統的清潔。由于滑油來自系統油，在此用于控制系統，對其清潔度有很高求。應該特別注意各個濾器的狀態，并按要求清洗，確保油壓管路的密封性。
在運行過程中一定要觀察它的密封是否良好，特別是進入噴油器的那段管路，既要保證它的密封性，同時又要保證它膨脹不是很大，避免對噴射霧化產生不良影響。電子調速器的滑油應區別于其它發動機的滑。
電子調速器選擇的滑油要求較高，電子調速器需定期換滑油。電子調速器因外界原因，其滑油不知道是否干凈，因及時檢測其粘度指數，在測時，避免空氣進入滑油液面內。選擇電子調速器的滑油應在其工作溫度下，滑油不影響。應合理檢查和處理，滑油中的空氣漏入，盡快找出液面高低的原因盡可能避免此事件。
電子調速器平穩性不好與工作環境溫度過高有關，當滑油氧化變質，是工作溫度太高了。滑油變質是極大影響電子調速器的運行性能。發動機的工作環境需要電子調速器的滑油溫度滿足。
電磁閥是一個很重要也是很容易損壞的元件。必須保證滑油的清潔度；否則會造成電磁閥的動作延遲或卡死，或電磁閥磨損加劇，從而產生一系列的問題。另外，過電流還會造成電磁閥的燒毀。因此，在日常管理中，要注意對電磁閥的維護保養。傳感器是控制系統獲取發動機工作狀況的主要途徑。傳感器損壞將會造成控制系統誤動作，必須保證各個傳感器的清潔和保養，尤其是在惡劣狀況下工作的傳感器，應預以特別關注。系統部件的目視檢查，以防止出現故障，確保安全運行。
總結：
根據上述內容，我們可以基本了解電子調速系統及電子調速器組成、結構、工作原理及功能的相關知識。通過原理，便可得知電子電子調速器對發動機的重要性及其故障危害到電子調速器和發動機的性能。 電子調速器好壞直接影響發動機的運轉性能，當對電子調速 器運行整定查驗時， 為避免某些控制部分失控而使運行中的發動機轉速超速而停車（轉速落空控制而急劇上升，超過允許轉速并達到危險范圍），應準備好發動機的應急停車裝置。本文分享電子調速器知識的目的是在工作中減少和排除電子調速器的故障， 減少調速器系統部件的損壞， 延 長裝置使用壽命；提高電子調速器系統穩定性和可靠性，降低柴油發電機運行成本，提高企業效益。
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