新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機電子調(diào)速器原理與故障分析

摘要：本文主要描述發(fā)動機的電子調(diào)速器是自動調(diào)速系統(tǒng)，正因為它的優(yōu)越性，得到行業(yè)的認可。電子調(diào)速器的重要性關系到的發(fā)動機性能和經(jīng)濟效益。描述電子調(diào)速器的流程為輸入轉速與原設定值進行比較，產(chǎn)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(zhí)行器，執(zhí)行器進行調(diào)節(jié)轉速，如仍不滿足，反饋給發(fā)電機組控制器，直到滿足要求，使得發(fā)動機合理的轉速。電子調(diào)速器主要故障有不能啟動、轉速不穩(wěn)、運行中自動停機、超速、電子調(diào)速器本身，外界環(huán)境因素的影響和操作人員的維護保養(yǎng)。因此，減少調(diào)速系統(tǒng)的故障，對保證柴油發(fā)電機正常工作極為重要。此外，操作人員應加強對電子調(diào)速器的保養(yǎng)維護的能力，保證電子調(diào)速器能正常穩(wěn)定工作，最終獲得發(fā)動機的穩(wěn)定運行，具有良好的性能。

 

一、工作原理

 

       電子調(diào)速器與機械調(diào)速器主要差別是用電流和電壓取代了離心飛塊和調(diào)速彈簧的作用力?，F(xiàn)有的電子調(diào)速系統(tǒng)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(fā)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(diào)速器

2、電子調(diào)速器

      電子調(diào)速器是柴油發(fā)電機組上廣泛使用的自動調(diào)速部件。簡單來講就是一個控制發(fā)電機轉速的控制裝置它的任務就是使發(fā)動機的轉速保持在恒定的速度，讓發(fā)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(diào)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(diào)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(fā)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(jīng)控制線路的整理、放大，驅動執(zhí)行器輸出軸，通過調(diào)節(jié)連桿拉動噴油泵齒桿，進行供油量的調(diào)節(jié)，從而達到保持此設定轉速的目的。

      這種電子調(diào)速器還可根據(jù)發(fā)動機使用場合的需要選擇不均勻度的大小。當進行無差調(diào)速時，電子控制系統(tǒng)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(fā)動機保持原設定的轉速。根據(jù)機組需要，也可調(diào)節(jié)不均勻度電位器，以使調(diào)速系統(tǒng)獲得滿意的靜態(tài)調(diào)速率。

      該電子調(diào)速器還配有多種附件裝置，根據(jù)機組需要，裝上相應附件，可以實現(xiàn)自動同步、負荷分配及負荷預置等功能要求。電子調(diào)速器的特點是可分別獨立的決定調(diào)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(diào)運器能適應各種不同機型的要求。

 

二、機械式調(diào)速器的主要故障

1、運轉不穩(wěn)或“游車”

      診斷流程見圖1所示，柴油發(fā)電機轉速不穩(wěn)的主要原因如下：

（1）供油齒桿移動阻滯；

（2）調(diào)速器內(nèi)部杠桿系統(tǒng)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(diào)節(jié)靈敏度下降；

（3）調(diào)速器內(nèi)部各種調(diào)速彈簧卡滯、折斷、調(diào)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(diào)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(diào)速不靈敏的原因嚴重時都會造成飛車。包括調(diào)速器起作用轉速過高、調(diào)速部件生銹卡滯、調(diào)速器內(nèi)各杠桿銷子裝配過緊，各杠桿雖可以移動，但不靈活；調(diào)速器殼體內(nèi)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(diào)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?shù)葘е虏裼桶l(fā)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(fā)動機不能啟動

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

      發(fā)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(diào)速器的執(zhí)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(fā)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(diào)速器執(zhí)行器是否工作依按啟動按鈕的同時，注意觀察執(zhí)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?？赏ㄟ^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(diào)整達到正常值，氣門間隙可通過調(diào)整達到正常值。

 

圖1  柴油機轉速不穩(wěn)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(diào)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(fā)電機電子調(diào)速系統(tǒng)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(diào)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(fā)動機在啟動過程中由急速加油而造成的冒黑煙現(xiàn)象，極大的提高了發(fā)動機壽命。是目前功能非常豐富、完善的型號，在新款發(fā)電機中被廣泛的使用。如果控制系統(tǒng)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(nèi)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(diào)節(jié)設定太低、電磁執(zhí)行器接線短路或開路、速度控制板損壞或電磁執(zhí)行器損壞。

 

圖3  esd5500e電子調(diào)速器功能圖

圖4  調(diào)速系統(tǒng)零件組合圖

 

2、調(diào)速板引起的故障

      采用ESD5500E系列速度控制板的電子調(diào)速系統(tǒng)，實際使用過程中常見的故障原因包括柴油發(fā)電機不能起動，除起動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)故障外，電子調(diào)速器的執(zhí)行器不工作，轉速傳感器無信號輸出也會造成這種現(xiàn)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(diào)小速度傳感器頂端和柴油發(fā)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(fā)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(diào)整，直到符合規(guī)定為止。其次，檢查電子調(diào)速器執(zhí)行器是否工作(在按起動按鈕的同時，注意觀察執(zhí)行器是否動作，有動作說明正常，反之有故障)。

（2）轉速不穩(wěn)

       發(fā)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(fā)發(fā)動機轉速不穩(wěn)的原因很多。但主要的有三個方面：一是電子調(diào)速器調(diào)整微分，增益調(diào)諧失靈；二是電子調(diào)速器執(zhí)行器與噴油泵齒條接合處有松動現(xiàn)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(diào)速器執(zhí)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(diào)整供油時間等。

③ 電子調(diào)速器微分（超前電路）調(diào)整，增益調(diào)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(tǒng)轉速波動過快且不穩(wěn)定，則應轉換至“OFF”位置。重新調(diào)節(jié)增益(GAIN)和穩(wěn)定度(STABILITY)，也可以改善穩(wěn)定狀況。如果轉速不穩(wěn)定通過以上辦法無效，則應檢查燃油系統(tǒng)和柴油發(fā)電機狀態(tài)。另外稍微加大降速(DROOP)，也可以穩(wěn)定系統(tǒng)。

（3）轉速低

      轉速低主要原因是供油量不足。應檢查執(zhí)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(tǒng)低于9V或24V系統(tǒng)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(zhí)行器將達到滿油位置。如不能達成該狀態(tài)，則可能是執(zhí)行器或電池接線問題、執(zhí)行器損壞或保險斷。測量執(zhí)行器輸出(接線端子A和B)，如果電壓測量值約6～8V,則執(zhí)行器基本正常。達不到滿油狀態(tài)的原因可能是機械原因（執(zhí)行器控制桿存在卡滯現(xiàn)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(tǒng)加直流電。若執(zhí)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(zhí)行器仍在滿供油狀態(tài)，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(zhí)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(fā)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(zhí)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(zhí)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(fā)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(xiàn)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(diào)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(zhí)行器電纜、轉速傳感器電纜，微調(diào)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(fā)電機電子調(diào)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(diào)速器的執(zhí)行器故障，導致系統(tǒng)發(fā)動機調(diào)節(jié)轉速不靈[；電子調(diào)速器的控制器故障導致整個發(fā)動機轉速系統(tǒng)的崩潰；電子調(diào)速器的傳感器的故障導致了信號無法傳遞，使得發(fā)動機轉速調(diào)節(jié)不了；電子調(diào)速器的PID器件損壞，導致發(fā)動機的轉速反復上下擺動；電子調(diào)速器的調(diào)節(jié)不準，靈敏度不靈敏，放應速度緩慢等等故障。柴油機調(diào)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(diào)速器控制裝置和執(zhí)行機構的協(xié)同工作，實現(xiàn)對柴油機轉速的調(diào)節(jié)。柴油機調(diào)速器在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛應用，能夠保持機械設備的轉速穩(wěn)定，并提高工作效率和產(chǎn)品質量。了解和掌握柴油機調(diào)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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