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发动机电子调速器作用、控制原理和组成及维护 |
摘要：电子调速器在结构和控制原理上与机械式调速器有很大不同，它是将转速和（或）负荷的变化以电子信号的形式传到控制单元，与设定的电压（电流）信号进行比较后再输出一个电子信号给执行机构，执行机构动作拉动供油齿条加油或减油，以达到快速调整发动机转速的目的。电子调速器以电信号控制代替了机械调速器中的旋转飞锤等结构，没有使用机械机构，动作灵敏、响应速度快、动态与静态参数精度高；电子调速器无调速器驱动机构，体积小、安装方便、便于实现自动控制。
一、调速系统基本组成
柴发机组电子调速器可分别应用在150 -5000kW的内燃机调速系统。本调速器属全电式调速器，不需要机械液压传动。它由转速调整电位器、转速传感器、控制器、执行器和保险电路等组成。
1、计算公式
它应采集尽可能高的信号频率。设计采用高的信号频率为12000Hz发动机转速与频率关系的计算公式如下：
f=nz/60
式中，f——频率Hz
n——发动机的转速r/min;
Z——传感齿轮齿致(或飞轮外圈齿数)。
传感器是从飞轮处测转速，安装时传感器与飞轮齿圈齿顶的间隙为0.4-0.8mm。电子调速器工作电路示例如图1所示，调速系统试验接线如图2所示。
2、柴发控制器
它的作用是根据传感器测出的转速实际值与其中设定值，进行比较、并驱动执行器执行。
3、转速调招电位器
它用来根据发动机使用的允许转速来调定频率，工厂根据要求调定好频率，出厂时频率调定为2000Hz，如果此调定的频率在发动机的空转和高转之间，则可起动发动机并调节"speedmax"(高转速)电位器使发动机获得运转频率。
4、柴发机组执行器
执行器主要由直流电机，传动齿轮，输出轴及反馈部件组成。执行器由直流电机驱动，其扭矩通过一个中间齿轮传至输出轴。反馈部件将执行器的工作状态传入控制器以形成闭环控制系统。执行器的输出轴摇臂通过调节连杆与喷油泵齿杆相连。
5、调速器保险电路
在电子调速系统中设有保险电路，当传感信号中断，如因电缆断裂发动机停止远行时，它可以使执行器停止工作，并使输出轴摇臂恢复至“0”位置。
6、转速传感器
转速传感器是由一个装在线圈内的磁棒构成，安装在与柴油机曲轴同步运转的飞轮齿圈缘处。当磁棒顶端与飞轮齿圈轮齿间产生相对运动时，使线圈感应出交变脉冲频率信号，此脉冲作为负反馈被送入控制器。
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图1 电子调速器工作电路图 |
图2 柴油机调速系统控制试验原理图 |
二、调速器的工作原理和分类
常见的电子调速器有单脉冲电子调速器和双脉冲电子调速器两种。
1、调速器区别
（1）单脉冲电子调速器
单脉冲电子调速器是以转速脉冲信号来调节供油量；单脉冲调速器只进行转速调节，而转速变化滞后于负载变化，此调节使柴油机输出波动较大。
（2）双脉冲电子调速器
双脉冲电子调速器是将转速和负荷的两个单脉冲信号叠加起来调节装置。双脉冲调速器可以在分析了由转速传感器和负载传感器得来的两种信号后，在转速未发生明显变化前改变供油量。
双脉冲电子调速器能在负荷一有变化而转速尚未变化之前就开始调整供油量，其调整精度比单脉冲电子调速器高，更能保证供电频率的稳定。
2、调速器原理
本文以双脉冲电子调速器为例，其基本组成如图3所示。其主要由执行机构、转速传感器、负载传感器和速度控制单元等组成。磁电式转速传感器用于监测柴油机转速的变化，并按比例产生交流电压输出；负荷传感器用于检测柴油机负荷的变化，并按比例转换成直流电压输出；速度控制单元是电子调速器的核心，接收来自转速传感器和负荷传感器的输出电压信号，并按比例转换成直流电压后与转速设定电压进行比较，把比较后的差值作为控制信号送往执行机构，执行机构根据输入的控制信号以电子方式拉动柴油机的油量控制机构加油或减油。
工作流程（如图4所示）：
● 脉冲式转速传感器⇒脉冲信号(负反馈)；
● 频率—电压转换⇒模拟电压量⇒数字信号；
● 比较偏差⇒PID运算⇒控制量；
● 功率放大后的控制量⇒执行器驱动机构。
若柴油机负荷突然增加，负荷传感器的输出电压首先发生变化，此后转速传感器的输出电压也发生相应变化（数值均下降）。上述两种降低的脉冲信号在速度控制单元内与设定的转速电压比较（传感器的负值信号数值小于转速设定电压的正值信号数值），输出正值的电压信号，在执行机构中使输出轴向加油方向转动，增加柴油机的循环供油量。
反之，若柴油机的负荷突然降低，也是负荷传感器的输出电压首先发生变化，此后转速传感器的输出电压也发生相应变化（数值均升高）。上述两种升高的脉冲信号在速度控制单元内与设定的转速电压比较，此时，传感器的负值信号数值大于转速设定电压的正值信号数值，速度控制单元输出负值的电压信号，在执行机构中使输出轴向减油方向转动，降低柴油发动机的循环供油量。
3、 PID控制
主要运用于大惯性、大时延的控制对象。
（1）功能
P：(比例控制)快速控制减少动态偏差，偏差越大，控制作用就越大。
I：(积分控制)逐渐消除静态偏差，控制作用与被控量之间无硬性关系。
D：(微分控制)阻止偏差进一步变大，是根据被控量变化趋势来进行提前控制。
（2）PID调节器特点
● 具有可调节的动态参数，所以相同的调速器可以与一些具有不同动态参数的装置相匹配。
● 输出信号同时传达给执行机构和燃料板，并接收燃料板位置给出的内反馈或外反馈，达到限制燃料的目的
随着科技的发展，控制器除采用PID控制外，模糊控制、最优控制、自适应控制等也逐渐被采用并不断趋向成熟。
图3 双脉冲电子调速器的基本组成 |
图4 柴油发电机调速系统工作流程图 |
三、电子调速器的维护管理
电子调速器是极其重要的机件，各种调速器的具体结构不相同，故调速器的维护管理应按说明规定和要求执行。
1、电子调速器的维护
（1）日常维护，检查电缆是否有破损现象，并及时处理。电缆沿布置路线应捆扎紧固，避免电缆晃动与机体发生摩损；布置电缆时应避免电缆靠近高温部件（如增压器、排气管等）。
（2）检查执行器安装紧固件是否松动，有松动现象应及时处理。
（3）检查执行器接插件、传感器接插件以及电缆紧固螺丝是否有油污或松动，并作相应处理。
（4）检查电瓶电量是否充足，充电装置工作是否正常。对非强制润滑油泵，应检查高压油泵润滑油油位，并按时更换油泵润滑油。在低温环境起动发动机，应先用手推动执行器摇臂数次，感觉运行平滑，无卡滞现象，再起动发动机。
（5）观察执行器是否有渗油现象，如有渗油现象，应及时更换高压油泵凸轮轴油封。
（6）运行2000小时维护，转速传感器探头部位可能形成积垢，应拆下清理。打开中间体上的观察孔盖板，检查执行器联接器与油泵齿条的连接紧固件、销是否松动或松脱，有松动现象应及时处理。
（7）运行6000小时维护，从高压油泵上拆下执行器，检查油泵齿条是否灵活。在油泵校验台上检查高压油泵各缸供油均匀性以及喷油器喷油雾化情况是否正常。更换转速传感器。对强制润滑油泵，应更换高压油泵凸轮轴油封，以确保润滑油不向执行器侧泄漏。
2、报警系统的维护
（1）对于电子调速器的指示报警系统，当出现LOW VOLTAGE灯亮时，说明了指示+5V、+15V、-15V、+24V等四组电源中任意一组电压偏低，详情信息可以由适配卡上LED予以指示。
（2）RPM DETECT FAIL表示转速传感器测速系统硬件故障，详情信息可以由适配卡上的LED予以指示或查找。
（3）IN-DATA ERROR表示调节部分和执行部分之间的通信有故障。
（4）FEED-BACK FAIL表示执行器位置测量装置故障导致的反馈故障。
（5）IN-DATA ERROR是通过输入数据的定时自检发现的故障。
还有其他如伺服放大器有故障，系统测试时的故障。并对报警系统进行测试，检测系统是否故障，指示灯报警是否准确。并对电子调速系统的控制面板的定期的保养维护。
3、电子调速器的滑油
保证滑油系统的清洁。由于滑油来自系统油，在此用于控制系统，对其清洁度有很高求。应该特别注意各个滤器的状态，并按要求清洗，确保油压管路的密封性。
在运行过程中一定要观察它的密封是否良好，特别是进入喷油器的那段管路，既要保证它的密封性，同时又要保证它膨胀不是很大，避免对喷射雾化产生不良影响。电子调速器的滑油应区别于其它发动机的滑。
电子调速器选择的滑油要求较高，电子调速器需定期换滑油。电子调速器因外界原因，其滑油不知道是否干净，因及时检测其粘度指数，在测时，避免空气进入滑油液面内。选择电子调速器的滑油应在其工作温度下，滑油不影响。应合理检查和处理，滑油中的空气漏入，尽快找出液面高低的原因尽可能避免此事件。
电子调速器平稳性不好与工作环境温度过高有关，当滑油氧化变质，是工作温度太高了。滑油变质是极大影响电子调速器的运行性能。发动机的工作环境需要电子调速器的滑油温度满足。
电磁阀是一个很重要也是很容易损坏的元件。必须保证滑油的清洁度；否则会造成电磁阀的动作延迟或卡死，或电磁阀磨损加剧，从而产生一系列的问题。另外，过电流还会造成电磁阀的烧毁。因此，在日常管理中，要注意对电磁阀的维护保养。传感器是控制系统获取发动机工作状况的主要途径。传感器损坏将会造成控制系统误动作，必须保证各个传感器的清洁和保养，尤其是在恶劣状况下工作的传感器，应预以特别关注。系统部件的目视检查，以防止出现故障，确保安全运行。
总结：
根据上述内容，我们可以基本了解电子调速系统及电子调速器组成、结构、工作原理及功能的相关知识。通过原理，便可得知电子电子调速器对发动机的重要性及其故障危害到电子调速器和发动机的性能。 电子调速器好坏直接影响发动机的运转性能，当对电子调速 器运行整定查验时， 为避免某些控制部分失控而使运行中的发动机转速超速而停车（转速落空控制而急剧上升，超过允许转速并达到危险范围），应准备好发动机的应急停车装置。本文分享电子调速器知识的目的是在工作中减少和排除电子调速器的故障， 减少调速器系统部件的损坏， 延 长装置使用寿命；提高电子调速器系统稳定性和可靠性，降低柴油发电机运行成本，提高企业效益。
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