康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	康明斯电子调速器工作原理与故障案例

 

摘要：康明斯柴油发电机组主要由康明斯柴油机，斯坦福无刷同步发电机和PCC3.3控制器等部分组成。本文以采用了以ESD5500E型电子调速控制器（以下简称电子调速器）为核心的电子调速系统为例，该电子调速器具有瞬时转速变化小、调速精度高等优点。在介绍其工作原理的基础上，对一例非常见故障进行了分析，供同行参考。

 

一、电子调速系统工作原理

 

电子调速系统主要由电子调速器、ADB225G型直流比例电磁铁、控制继电器和转速传感器等部分组成。转速传感器安装在飞轮壳上，主要由永久磁铁和线圈等组成，如图1所示。由于齿顶和齿谷与传感器下端的间隙不同，飞轮旋转时，通过线圈的磁通量发生变化，线圈上就会产生一个频率与飞轮转速成正比的正弦信号，电子调速系统就是根据该信号来调整柴油机的转速。

 

图1 磁电式转速传感器原理示意图

 

图2即电子调速系统原理框图。飞轮旋转时，转速传感器感应产生的正弦信号经频率电压变换后转换成与柴油机转速相对应的电压信号U_∫，该信号与设定的转速信号U_re∫，进行比较，得到的误差信号△U经判断和前向调节放大后，电子调速器就会输出相应驱动电流I_c，至直流比例电磁铁的线圈，衔铁在电磁力的作用下动作，再通过转轴转换成杠杆机构的拉力，最终将喷油泵中的油量控制齿杆稳定在与设定转速对应的位置（此时驱动电流I.产生的电磁力与直流比例电磁铁内部复位弹簧的张力保持平衡）。

 

图2 电子调速系统原理框图

 

当柴油发电机组所带负载加重时，转速随之下降，U_∫减小，△U升高，I_c就会增大，直流比例电磁铁中的衔铁通过杠杆机构将油量控制齿杆向增加油量的方向拉动，转速就会升高至设定值（电磁力与复位弹簧的张力达到新的平衡）；而负载减轻，转速升高时（△U为负值），I_c就会减小，此时油量控制齿杆在复位弹簧的作用下向减油方向运动，最终使转速稳定在设定值。如果电子调速器没有检测到转速传感器的反馈信号，驱动电流I_c为零，油量控制齿杆在复位弹簧的作用下被拉至停机位置。

ESD5500E型电子调速控制器可以进行柴油机启动时的供油量、转速控制的稳定度和响应速度、怠速的整定等方面的调整，提高了柴油机的经济性和动力性。

 

二、电子调速系统故障一例

 

1、故障现象

某部一台发电机组空载全速运行时工作正常，带载运行时也正常，但卸掉负载后，出现转速不稳的故障现象，此时调整电子调速器不起作用，通过紧固各接线端子后重新开机和更换电子调速器也没有解决问题。

2、故障原因及分析

引起转速不稳的故障部位主要有燃油系统和电子调速系统等方面，由于该发电机组空载和带载运行时工作正常，而且转速传感器工作正常，因此基本排除了燃油系统的故障。另外，更换新的电子调速器后故障依旧，所以电子调速器也没有故障。

仔细检查发现，直流比例电磁铁中的复位弹簧的上端断了一截（约为其长度的1/10）。由电子调速器的工作原理可知，衔铁的运动行程直接决定供油量。由于复位弹簧始终处于压缩状态，断了一截后，张力减小，对于相同电磁力而言，衔铁的实际运动行程变长了。发电机组空载全速以及带载运行时，电磁铁的吸力较大，衔铁的运动行程较长，弹簧减小的张力对其影响很小，因此转速基本稳定；而卸掉负载后，衔铁受到的电磁吸力迅速减小，而衔铁复位的响应时间延长，从而使电磁吸力与弹簧张力的平衡关系被破坏，导致衔铁上下波动较大，所以出现本例中的故障现象。对于不同发电机组，由于电子调速器、直流比例电磁铁等部件的性能差异，弹簧断了后，出现的故障现象可能不尽相同，而弹簧折断的程度也会导致不同的故障。

检查另外三台同型号发电机组的直流比例电磁铁时，未发现有裂纹或异常情况。由于四台发电机组是同时配发的，而且工作时间基本相同，所以基本排除了弹簧的材料和加工工艺等问题。进一步检查损坏的弹簧时发现，断裂处周围有钳子夹过的痕迹。从断口处的颜色也可以看出弹簧不是突然断裂的。因此，初步判断是由于安装时用钳子夹过弹簧，造成弹簧外表有剪切伤，损伤后的弹簧的疲劳寿命大幅度降低。在弹簧的工作过程中，导致其外表损坏处应力集中，当集中的应力大于材料所承受的极限应力时，弹簧产生疲劳裂纹，最终发生早期疲劳断裂。

3、故障解决

通过以上分析，更换弹簧后问题得到解决。

 

三、注意事项

 

（1）一般情况下，直流比例电磁铁的复位弹簧是不允许拆卸的。如果确需更换，在安装时应注意方法，防止其受到“硬伤”;

（2）启动发电机组前应检查直流比例电磁铁和油量控制齿杆之间的拉杆活动是否灵活，而且向加油方向扳动后放松时应能迅速复位，否则复位弹簧可能损坏；另外，拉杆两端的可调部分在出厂时已经调整好，并用锁紧螺母锁紧，无特殊情况不要调整，同时应做好标记，防止由于振动、松脱而影响发电机组的正常运行；

（3）直流比例电磁铁端盖背面，即衔铁与端盖接触部位装有厚度为6mm的垫子（如图3所示），其作用是限制衔铁的初始位置，如果该垫子损坏或厚度发生变化，卸掉负载时也会出现衔铁向上运动

过多而导致转速不稳的故障。另外，停机时会敲击盖板而导致其损坏；

（4）转速传感器的安装不当会导致传感器损坏或者发电机组不能启动。其安装步骤如下：首先用盘车工具将飞轮转至齿顶正对传感器安装孔的中间位置，然后用手将传感器拧入安装孔（禁止用扳手），直到传感器底部碰到齿顶；再反转1/2～3/4圈后用扳手将其固定，再用锁紧螺母锁紧。另外，为了防止干扰，应避免强磁场靠近转速传感器。

 

当电子调速系统出现故障时，发电机组可能出现不能启动，转速不稳，自动停机，甚至超速等故障，从而严重影响用电设备以及发电机组的正常工作和安全。因此，在日常工作中应加强对该系统的检查和维护。

 

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