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發(fā)動機(jī)電子調(diào)速器作用、控制原理和組成及維護(hù) |
摘要：電子調(diào)速器在結(jié)構(gòu)和控制原理上與機(jī)械式調(diào)速器有很大不同，它是將轉(zhuǎn)速和（或）負(fù)荷的變化以電子信號的形式傳到控制單元，與設(shè)定的電壓（電流）信號進(jìn)行比較后再輸出一個電子信號給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作拉動供油齒條加油或減油，以達(dá)到快速調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電子調(diào)速器以電信號控制代替了機(jī)械調(diào)速器中的旋轉(zhuǎn)飛錘等結(jié)構(gòu)，沒有使用機(jī)械機(jī)構(gòu)，動作靈敏、響應(yīng)速度快、動態(tài)與靜態(tài)參數(shù)精度高；電子調(diào)速器無調(diào)速器驅(qū)動機(jī)構(gòu)，體積小、安裝方便、便于實現(xiàn)自動控制。
一、調(diào)速系統(tǒng)基本組成
柴發(fā)機(jī)組電子調(diào)速器可分別應(yīng)用在150 -5000kW的內(nèi)燃機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。本調(diào)速器屬全電式調(diào)速器，不需要機(jī)械液壓傳動。它由轉(zhuǎn)速調(diào)整電位器、轉(zhuǎn)速傳感器、控制器、執(zhí)行器和保險電路等組成。
1、計算公式
它應(yīng)采集盡可能高的信號頻率。設(shè)計采用高的信號頻率為12000Hz發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系的計算公式如下：
f=nz/60
式中，f——頻率Hz
n——發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速r/min;
Z——傳感齒輪齒致(或飛輪外圈齒數(shù))。
傳感器是從飛輪處測轉(zhuǎn)速，安裝時傳感器與飛輪齒圈齒頂?shù)拈g隙為0.4-0.8mm。電子調(diào)速器工作電路示例如圖1所示，調(diào)速系統(tǒng)試驗接線如圖2所示。
2、柴發(fā)控制器
它的作用是根據(jù)傳感器測出的轉(zhuǎn)速實際值與其中設(shè)定值，進(jìn)行比較、并驅(qū)動執(zhí)行器執(zhí)行。
3、轉(zhuǎn)速調(diào)招電位器
它用來根據(jù)發(fā)動機(jī)使用的允許轉(zhuǎn)速來調(diào)定頻率，工廠根據(jù)要求調(diào)定好頻率，出廠時頻率調(diào)定為2000Hz，如果此調(diào)定的頻率在發(fā)動機(jī)的空轉(zhuǎn)和高轉(zhuǎn)之間，則可起動發(fā)動機(jī)并調(diào)節(jié)"speedmax"(高轉(zhuǎn)速)電位器使發(fā)動機(jī)獲得運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。
4、柴發(fā)機(jī)組執(zhí)行器
執(zhí)行器主要由直流電機(jī)，傳動齒輪，輸出軸及反饋部件組成。執(zhí)行器由直流電機(jī)驅(qū)動，其扭矩通過一個中間齒輪傳至輸出軸。反饋部件將執(zhí)行器的工作狀態(tài)傳入控制器以形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。執(zhí)行器的輸出軸搖臂通過調(diào)節(jié)連桿與噴油泵齒桿相連。
5、調(diào)速器保險電路
在電子調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)有保險電路，當(dāng)傳感信號中斷，如因電纜斷裂發(fā)動機(jī)停止遠(yuǎn)行時，它可以使執(zhí)行器停止工作，并使輸出軸搖臂恢復(fù)至“0”位置。
6、轉(zhuǎn)速傳感器
轉(zhuǎn)速傳感器是由一個裝在線圈內(nèi)的磁棒構(gòu)成，安裝在與柴油機(jī)曲軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)的飛輪齒圈緣處。當(dāng)磁棒頂端與飛輪齒圈輪齒間產(chǎn)生相對運(yùn)動時，使線圈感應(yīng)出交變脈沖頻率信號，此脈沖作為負(fù)反饋被送入控制器。
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圖1 電子調(diào)速器工作電路圖 |
圖2 柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制試驗原理圖 |
二、調(diào)速器的工作原理和分類
常見的電子調(diào)速器有單脈沖電子調(diào)速器和雙脈沖電子調(diào)速器兩種。
1、調(diào)速器區(qū)別
（1）單脈沖電子調(diào)速器
單脈沖電子調(diào)速器是以轉(zhuǎn)速脈沖信號來調(diào)節(jié)供油量；單脈沖調(diào)速器只進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，而轉(zhuǎn)速變化滯后于負(fù)載變化，此調(diào)節(jié)使柴油機(jī)輸出波動較大。
（2）雙脈沖電子調(diào)速器
雙脈沖電子調(diào)速器是將轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的兩個單脈沖信號疊加起來調(diào)節(jié)裝置。雙脈沖調(diào)速器可以在分析了由轉(zhuǎn)速傳感器和負(fù)載傳感器得來的兩種信號后，在轉(zhuǎn)速未發(fā)生明顯變化前改變供油量。
雙脈沖電子調(diào)速器能在負(fù)荷一有變化而轉(zhuǎn)速尚未變化之前就開始調(diào)整供油量，其調(diào)整精度比單脈沖電子調(diào)速器高，更能保證供電頻率的穩(wěn)定。
2、調(diào)速器原理
本文以雙脈沖電子調(diào)速器為例，其基本組成如圖3所示。其主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速傳感器、負(fù)載傳感器和速度控制單元等組成。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器用于監(jiān)測柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，并按比例產(chǎn)生交流電壓輸出；負(fù)荷傳感器用于檢測柴油機(jī)負(fù)荷的變化，并按比例轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出；速度控制單元是電子調(diào)速器的核心，接收來自轉(zhuǎn)速傳感器和負(fù)荷傳感器的輸出電壓信號，并按比例轉(zhuǎn)換成直流電壓后與轉(zhuǎn)速設(shè)定電壓進(jìn)行比較，把比較后的差值作為控制信號送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)輸入的控制信號以電子方式拉動柴油機(jī)的油量控制機(jī)構(gòu)加油或減油。
工作流程（如圖4所示）：
● 脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器⇒脈沖信號(負(fù)反饋)；
● 頻率—電壓轉(zhuǎn)換⇒模擬電壓量⇒數(shù)字信號；
● 比較偏差⇒PID運(yùn)算⇒控制量；
● 功率放大后的控制量⇒執(zhí)行器驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
若柴油機(jī)負(fù)荷突然增加，負(fù)荷傳感器的輸出電壓首先發(fā)生變化，此后轉(zhuǎn)速傳感器的輸出電壓也發(fā)生相應(yīng)變化（數(shù)值均下降）。上述兩種降低的脈沖信號在速度控制單元內(nèi)與設(shè)定的轉(zhuǎn)速電壓比較（傳感器的負(fù)值信號數(shù)值小于轉(zhuǎn)速設(shè)定電壓的正值信號數(shù)值），輸出正值的電壓信號，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使輸出軸向加油方向轉(zhuǎn)動，增加柴油機(jī)的循環(huán)供油量。
反之，若柴油機(jī)的負(fù)荷突然降低，也是負(fù)荷傳感器的輸出電壓首先發(fā)生變化，此后轉(zhuǎn)速傳感器的輸出電壓也發(fā)生相應(yīng)變化（數(shù)值均升高）。上述兩種升高的脈沖信號在速度控制單元內(nèi)與設(shè)定的轉(zhuǎn)速電壓比較，此時，傳感器的負(fù)值信號數(shù)值大于轉(zhuǎn)速設(shè)定電壓的正值信號數(shù)值，速度控制單元輸出負(fù)值的電壓信號，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使輸出軸向減油方向轉(zhuǎn)動，降低柴油發(fā)動機(jī)的循環(huán)供油量。
3、 PID控制
主要運(yùn)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(tài)偏差，偏差越大，控制作用就越大。
I：(積分控制)逐漸消除靜態(tài)偏差，控制作用與被控量之間無硬性關(guān)系。
D：(微分控制)阻止偏差進(jìn)一步變大，是根據(jù)被控量變化趨勢來進(jìn)行提前控制。
（2）PID調(diào)節(jié)器特點
● 具有可調(diào)節(jié)的動態(tài)參數(shù)，所以相同的調(diào)速器可以與一些具有不同動態(tài)參數(shù)的裝置相匹配。
● 輸出信號同時傳達(dá)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和燃料板，并接收燃料板位置給出的內(nèi)反饋或外反饋，達(dá)到限制燃料的目的
隨著科技的發(fā)展，控制器除采用PID控制外，模糊控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等也逐漸被采用并不斷趨向成熟。
圖3 雙脈沖電子調(diào)速器的基本組成 |
圖4 柴油發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)工作流程圖 |
三、電子調(diào)速器的維護(hù)管理
電子調(diào)速器是極其重要的機(jī)件，各種調(diào)速器的具體結(jié)構(gòu)不相同，故調(diào)速器的維護(hù)管理應(yīng)按說明規(guī)定和要求執(zhí)行。
1、電子調(diào)速器的維護(hù)
（1）日常維護(hù)，檢查電纜是否有破損現(xiàn)象，并及時處理。電纜沿布置路線應(yīng)捆扎緊固，避免電纜晃動與機(jī)體發(fā)生摩損；布置電纜時應(yīng)避免電纜靠近高溫部件（如增壓器、排氣管等）。
（2）檢查執(zhí)行器安裝緊固件是否松動，有松動現(xiàn)象應(yīng)及時處理。
（3）檢查執(zhí)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(yīng)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(qiáng)制潤滑油泵，應(yīng)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(huán)境起動發(fā)動機(jī)，應(yīng)先用手推動執(zhí)行器搖臂數(shù)次，感覺運(yùn)行平滑，無卡滯現(xiàn)象，再起動發(fā)動機(jī)。
（5）觀察執(zhí)行器是否有滲油現(xiàn)象，如有滲油現(xiàn)象，應(yīng)及時更換高壓油泵凸輪軸油封。
（6）運(yùn)行2000小時維護(hù)，轉(zhuǎn)速傳感器探頭部位可能形成積垢，應(yīng)拆下清理。打開中間體上的觀察孔蓋板，檢查執(zhí)行器聯(lián)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(xiàn)象應(yīng)及時處理。
（7）運(yùn)行6000小時維護(hù)，從高壓油泵上拆下執(zhí)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(zhuǎn)速傳感器。對強(qiáng)制潤滑油泵，應(yīng)更換高壓油泵凸輪軸油封，以確保潤滑油不向執(zhí)行器側(cè)泄漏。
2、報警系統(tǒng)的維護(hù)
（1）對于電子調(diào)速器的指示報警系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)LOW VOLTAGE燈亮?xí)r，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(zhuǎn)速傳感器測速系統(tǒng)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(diào)節(jié)部分和執(zhí)行部分之間的通信有故障。
（4）FEED-BACK FAIL表示執(zhí)行器位置測量裝置故障導(dǎo)致的反饋故障。
（5）IN-DATA ERROR是通過輸入數(shù)據(jù)的定時自檢發(fā)現(xiàn)的故障。
還有其他如伺服放大器有故障，系統(tǒng)測試時的故障。并對報警系統(tǒng)進(jìn)行測試，檢測系統(tǒng)是否故障，指示燈報警是否準(zhǔn)確。并對電子調(diào)速系統(tǒng)的控制面板的定期的保養(yǎng)維護(hù)。
3、電子調(diào)速器的滑油
保證滑油系統(tǒng)的清潔。由于滑油來自系統(tǒng)油，在此用于控制系統(tǒng)，對其清潔度有很高求。應(yīng)該特別注意各個濾器的狀態(tài)，并按要求清洗，確保油壓管路的密封性。
在運(yùn)行過程中一定要觀察它的密封是否良好，特別是進(jìn)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(chǎn)生不良影響。電子調(diào)速器的滑油應(yīng)區(qū)別于其它發(fā)動機(jī)的滑。
電子調(diào)速器選擇的滑油要求較高，電子調(diào)速器需定期換滑油。電子調(diào)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(shù)，在測時，避免空氣進(jìn)入滑油液面內(nèi)。選擇電子調(diào)速器的滑油應(yīng)在其工作溫度下，滑油不影響。應(yīng)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(diào)速器平穩(wěn)性不好與工作環(huán)境溫度過高有關(guān)，當(dāng)滑油氧化變質(zhì)，是工作溫度太高了。滑油變質(zhì)是極大影響電子調(diào)速器的運(yùn)行性能。發(fā)動機(jī)的工作環(huán)境需要電子調(diào)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(chǎn)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(hù)保養(yǎng)。傳感器是控制系統(tǒng)獲取發(fā)動機(jī)工作狀況的主要途徑。傳感器損壞將會造成控制系統(tǒng)誤動作，必須保證各個傳感器的清潔和保養(yǎng)，尤其是在惡劣狀況下工作的傳感器，應(yīng)預(yù)以特別關(guān)注。系統(tǒng)部件的目視檢查，以防止出現(xiàn)故障，確保安全運(yùn)行。
總結(jié)：
根據(jù)上述內(nèi)容，我們可以基本了解電子調(diào)速系統(tǒng)及電子調(diào)速器組成、結(jié)構(gòu)、工作原理及功能的相關(guān)知識。通過原理，便可得知電子電子調(diào)速器對發(fā)動機(jī)的重要性及其故障危害到電子調(diào)速器和發(fā)動機(jī)的性能。 電子調(diào)速器好壞直接影響發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，當(dāng)對電子調(diào)速 器運(yùn)行整定查驗時， 為避免某些控制部分失控而使運(yùn)行中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超速而停車（轉(zhuǎn)速落空控制而急劇上升，超過允許轉(zhuǎn)速并達(dá)到危險范圍），應(yīng)準(zhǔn)備好發(fā)動機(jī)的應(yīng)急停車裝置。本文分享電子調(diào)速器知識的目的是在工作中減少和排除電子調(diào)速器的故障， 減少調(diào)速器系統(tǒng)部件的損壞， 延 長裝置使用壽命；提高電子調(diào)速器系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，降低柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行成本，提高企業(yè)效益。
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