新聞主題	康明斯柴油發電機電子調速器原理與故障分析

摘要：本文主要描述發動機的電子調速器是自動調速系統，正因為它的優越性，得到行業的認可。電子調速器的重要性關系到的發動機性能和經濟效益。描述電子調速器的流程為輸入轉速與原設定值進行比較，產生偏差值，以此為信號傳遞給控制器，控制器再進行處理，指令執行器，執行器進行調節轉速，如仍不滿足，反饋給發電機組控制器，直到滿足要求，使得發動機合理的轉速。電子調速器主要故障有不能啟動、轉速不穩、運行中自動停機、超速、電子調速器本身，外界環境因素的影響和操作人員的維護保養。因此，減少調速系統的故障，對保證柴油發電機正常工作極為重要。此外，操作人員應加強對電子調速器的保養維護的能力，保證電子調速器能正常穩定工作，最終獲得發動機的穩定運行，具有良好的性能。

 

一、工作原理

 

       電子調速器與機械調速器主要差別是用電流和電壓取代了離心飛塊和調速彈簧的作用力。現有的電子調速系統都采用永磁單柱電磁感應式轉速傳感器（MPS）該傳感器安裝在發動機的曲軸齒輪旁，傳感器觸頭與齒輪齒頂之間只有非常小的氣隙。

1、機械調速器

2、電子調速器

      電子調速器是柴油發電機組上廣泛使用的自動調速部件。簡單來講就是一個控制發電機轉速的控制裝置它的任務就是使發動機的轉速保持在恒定的速度，讓發動機的速度保持在預設的轉速而不受負載變化的影響，其核心部件是一個可控硅調壓電路，通過改變可控硅導通角大小，控制輸出電壓高低。

      具體來說就是用轉速調整電位器設定需要的轉速，測速傳感器通過飛輪上的齒圈測量出發動機轉速實際值，并送至控制器，在控制器中實際值與設定值相比較，其比較的差值經控制線路的整理、放大，驅動執行器輸出軸，通過調節連桿拉動噴油泵齒桿，進行供油量的調節，從而達到保持此設定轉速的目的。

      這種電子調速器還可根據發動機使用場合的需要選擇不均勻度的大小。當進行無差調速時，電子控制系統會將負荷變化而引起的設定轉速與實際轉速之間的差值消除，使發動機保持原設定的轉速。根據機組需要，也可調節不均勻度電位器，以使調速系統獲得滿意的靜態調速率。

      該電子調速器還配有多種附件裝置，根據機組需要，裝上相應附件，可以實現自動同步、負荷分配及負荷預置等功能要求。電子調速器的特點是可分別獨立的決定調速特性，在裝有全部附件的情況下能夠確定好的扭矩特性、怠速特性和過渡特性等。用電子調運器能適應各種不同機型的要求。

 

二、機械式調速器的主要故障

1、運轉不穩或“游車”

      診斷流程見圖1所示，柴油發電機轉速不穩的主要原因如下：

（1）供油齒桿移動阻滯；

（2）調速器內部杠桿系統的連接銷及銷孔、飛錘組件等因磨損松曠而使自由行程增大、調節靈敏度下降；

（3）調速器內部各種調速彈簧卡滯、折斷、調整不當或因長期使用疲勞而變軟；

（4）潤滑油不足、變質或過臟，使調速器部件運動阻力增大而降低動作靈敏度。

2、 柴油機飛車

      凡是引起調速不靈敏的原因嚴重時都會造成飛車。包括調速器起作用轉速過高、調速部件生銹卡滯、調速器內各杠桿銷子裝配過緊，各杠桿雖可以移動，但不靈活；調速器殼體內的機油面過高或粘度過大使飛錘旋轉甩開困難等。

3、起動困難

      有關調速器部分造成起動困難的主要原因包括起動彈簧脫鉤或損壞、供油齒桿前移阻滯、供油齒桿裝配位置不當等導致柴油發電機起動時供油量不足而難以起動；供油齒桿導動銷脫落，供油齒桿將不受控制等。

4、發動機不能啟動

      正常情況下，環境溫度高于5°C，柴油發動機通常按三次啟動按鈕均能順利啟動。若經多次按啟動按鈕，發動機仍不能啟動，則應視為啟動困難或不能啟動。

      發動機不能啟動的原因是多方面的，但概括起來主要有三個方面：一是蓄電池電量不足，引線接觸不良，啟動電機的電磁開關短路片接觸不良；二是電子調速器的執行器不工作，轉速傳感器無信號輸出等；三是啟動油量過小，油路有空氣，供油時間過早過晚，氣門間隙過小等。

      判斷排除發動機不能啟動的故障，診斷流程見圖2所示。

（1）在按啟動按鈕時，即可判斷蓄電池和啟動電機是否正常。風扇轉得很快，即為正常，反之亦然。

（2）檢查電子調速器執行器是否工作依按啟動按鈕的同時，注意觀察執行器是否動作，有動作說明正常，反之有故障)；轉速傳感器是否正常，可通過測量電阻來判斷。

（3）啟動供油量是否正常可通過油泵實驗臺進行校驗，油路中有空氣，可以通過排空空氣來排除氣門間隙可通過調整達到正常值，氣門間隙可通過調整達到正常值。

 

圖1  柴油機轉速不穩故障判斷與處理流程圖

圖2  柴油機不能啟動故障判斷與處理流程圖

 

三、電子調速器主要故障

 

1、速度控制板檢測

      ESD5500E系列在康明斯B、C系列柴油發電機電子調速系統中被采用，其功能按鈕指示如圖3所示，配套零件實物如圖4所示。該型調速板建立在ESD5111的基礎上，新增加了啟動燃油量控制和平滑緩慢啟動過程控制，這些新的特點可以解決發動機在啟動過程中由急速加油而造成的冒黑煙現象，極大的提高了發動機壽命。是目前功能非常豐富、完善的型號，在新款發電機中被廣泛的使用。如果控制系統不工作，可按下述步驟進行電壓檢測：

① E（-）、F（+）電源輸入端子，正常時電壓DC12V或DC24V(視所接蓄電池而定)。若不正常，可能的故障原因是電池沒連接、保險絲端，電池電壓低或接線錯誤。

② C、D速度傳感器輸入端子、起動時至少AC1.0V。若不正常，可能的故障原因是速度傳感器和齒輪齒間的間隙過大、速度傳感器接線錯誤(在C、D接線端子間的電阻應為250Ω至1500Ω)或速度傳感器損壞。

③ P、G電壓輸出端子。正常DC10V內部電壓、若不正常，可能的故障原因是接線端子P短接(短接該接線端子可能導致速度控制板損壞)、速度傳感器損壞。

④ B（-）、A（+）端子起動時測量電壓應在DC 6.0V～DC 8.0v之間。若不正常，可能的故障原因是速度調節設定太低、電磁執行器接線短路或開路、速度控制板損壞或電磁執行器損壞。

 

圖3  esd5500e電子調速器功能圖

圖4  調速系統零件組合圖

 

2、調速板引起的故障

      采用ESD5500E系列速度控制板的電子調速系統，實際使用過程中常見的故障原因包括柴油發電機不能起動，除起動系統、燃油系統故障外，電子調速器的執行器不工作，轉速傳感器無信號輸出也會造成這種現象。

（1）無信號輸出或信號弱

      轉速傳感器失效和安裝不當均會導致無信號輸出或信號弱，信號路徑如圖5所示。轉速傳感器是否失效，可通過測量電阻來判斷。雖然速度控制板可以處理0.5V的速度傳感器信號，但較強的電磁速度傳感信號可以避免干擾，轉速信號最好能大于3V。

解決方法：

      可以通過調小速度傳感器頂端和柴油發電機飛輪輪齒間的間隙，提高速度傳感信號的幅值。當起動柴油發電機時速度傳感器信號電壓若小于交流1.5 V,應檢查傳感器頂端是否清潔或可通過擰進傳感器1/8～1/4圈進行調整，直到符合規定為止。其次，檢查電子調速器執行器是否工作(在按起動按鈕的同時，注意觀察執行器是否動作，有動作說明正常，反之有故障)。

（2）轉速不穩

       發動機在運行中，轉速表、頻率表指針左右擺動，而擺動幅度超過允許值范圍。引發發動機轉速不穩的原因很多。但主要的有三個方面：一是電子調速器調整微分，增益調諧失靈；二是電子調速器執行器與噴油泵齒條接合處有松動現象或不靈敏；三是噴油泵各缸供油量不均勻和供油時間過早等。

解決方法：

①  檢查電子調速器執行器與噴油泵齒條接合處的間隙是否正常以及運動是否靈敏；

② 拆下噴油泵上油泵實驗臺進行校驗；檢查調整供油時間等。

③ 電子調速器微分（超前電路）調整，增益調整不當或失靈。

      開關C1在ESD5500E中控制著“超前電路”正常位置是“ON”。如果是系統轉速波動過快且不穩定，則應轉換至“OFF”位置。重新調節增益(GAIN)和穩定度(STABILITY)，也可以改善穩定狀況。如果轉速不穩定通過以上辦法無效，則應檢查燃油系統和柴油發電機狀態。另外稍微加大降速(DROOP)，也可以穩定系統。

（3）轉速低

      轉速低主要原因是供油量不足。應檢查執行器是否能達到滿負荷。首先測量起動時的電池電壓。對于電壓12V系統低于9V或24V系統低于18V，應更換蓄電池。蓄電池電壓正常，則可短接接線端子A和F，此時，執行器將達到滿油位置。如不能達成該狀態，則可能是執行器或電池接線問題、執行器損壞或保險斷。測量執行器輸出(接線端子A和B)，如果電壓測量值約6～8V,則執行器基本正常。達不到滿油狀態的原因可能是機械原因（執行器控制桿存在卡滯現象、控制桿安裝問題）或速度設定過低。

（4）轉速高

      轉速高(超速)可能的故障原因是速度控制板損壞、轉速信號問題或速度(SPEED)設定問題。

① 不起動，給系統加直流電。若執行器達到滿供油位置，但斷開速度傳感器接線端子C和D后執行器仍在滿供油狀態，則可能是速度控制板損壞；斷開速度傳感器接線端子C和D后執行器在最小供油位置，則速度信號有問題，應檢查速度傳感器。

② 起動柴油發電機，測量速度控制板上的接線端子A(+)和B(-)間的直流電壓。如果電壓在DC6.0～DC8.0V,則執行器基本正常，可能的故障原因是速度(SPEED)設定值偏高、速度控制板損壞。如果電壓過高，可能的故障原因是執行器或其連接機構有問題。如果電壓過低，可能的故障原因是速度控制板損壞或增益過低。

（5）柴油發電機運行中自動停機

      通常有突然停機和緩慢停機兩種情況，其現象都是從額定轉速迅速或緩慢降至為0。診斷流程如圖6所示。

① 突然停機的主要原因

● 保護繼電器是否有誤報警動作；

● 電子調速器電源斷電，供電回路是否有接觸不良等；

● 轉速傳感器無信號輸出或信號弱；

● 柴油機受到的阻力矩超過了其輸出轉矩(如抱軸、拉缸等)。

解決方法：檢查執行器電纜、轉速傳感器電纜，微調電位器電纜是否有接觸不良部位；

② 緩慢停機的原因

      通常是燃油供不上或油路中有空氣所致。

解決方法：檢查柴油箱是否有柴油及油路是否暢通和油路中是否有空氣，應逐項排查。

 

圖5  柴油發電機電子調速器信號路徑

圖6  柴油機運行中自動停車故障判斷與處理框圖

 

總結：

      除了以上故障，其他故障還包括電子調速器的執行器故障，導致系統發動機調節轉速不靈[；電子調速器的控制器故障導致整個發動機轉速系統的崩潰；電子調速器的傳感器的故障導致了信號無法傳遞，使得發動機轉速調節不了；電子調速器的PID器件損壞，導致發動機的轉速反復上下擺動；電子調速器的調節不準，靈敏度不靈敏，放應速度緩慢等等故障。柴油機調速器作為控制柴油機轉速的重要裝置，其基本原理是通過負荷感應器、調速器控制裝置和執行機構的協同工作，實現對柴油機轉速的調節。柴油機調速器在工業生產中具有廣泛應用，能夠保持機械設備的轉速穩定，并提高工作效率和產品質量。了解和掌握柴油機調速器的工作原理及故障排除方法，有助于更好地使用和維護柴油機設備。

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