新聞主題	康明斯電子調速器工作原理與故障案例

 

摘要：康明斯柴油發(fā)電機組主要由康明斯柴油機，斯坦福無(wú)刷同步發(fā)電機和PCC3.3控制器等部分組成。本文以采用了以ESD5500E型電子調速控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電子調速器）為核心的電子調速系統為例，該電子調速器具有瞬時(shí)轉速變化小、調速精度高等優(yōu)點(diǎn)。在介紹其工作原理的基礎上，對一例非常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析，供同行參考。

 

一、電子調速系統工作原理

 

      電子調速系統主要由電子調速器、直流比例電磁鐵、控制繼電器和轉速傳感器等部分組成，接線(xiàn)圖如圖1所示。轉速傳感器安裝在飛輪殼上，主要由永久磁鐵和線(xiàn)圈等組成，如圖2所示。由于齒頂和齒谷與傳感器下端的間隙不同，飛輪旋轉時(shí)，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，線(xiàn)圈上就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)頻率與飛輪轉速成正比的正弦信號，電子調速系統就是根據該信號來(lái)調整柴油機的轉速。

      飛輪旋轉時(shí)，轉速傳感器感應產(chǎn)生的正弦信號經(jīng)頻率電壓變換后轉換成與柴油機轉速相對應的電壓信號U_∫，該信號與設定的轉速信號U_re∫，進(jìn)行比較，得到的誤差信號△U經(jīng)判斷和前向調節放大后，電子調速器就會(huì )輸出相應驅動(dòng)電流I_c，至直流比例電磁鐵的線(xiàn)圈，銜鐵在電磁力的作用下動(dòng)作，再通過(guò)轉軸轉換成杠桿機構的拉力，最終將噴油泵中的油量控制齒桿穩定在與設定轉速對應的位置（此時(shí)驅動(dòng)電流I.產(chǎn)生的電磁力與直流比例電磁鐵內部復位彈簧的張力保持平衡）。

      當柴油發(fā)電機組所帶負載加重時(shí)，轉速隨之下降，U_∫減小，△U升高，I_c就會(huì )增大，直流比例電磁鐵中的銜鐵通過(guò)杠桿機構將油量控制齒桿向增加油量的方向拉動(dòng)，轉速就會(huì )升高至設定值（電磁力與復位彈簧的張力達到新的平衡）；而負載減輕，轉速升高時(shí)（△U為負值），I_c就會(huì )減小，此時(shí)油量控制齒桿在復位彈簧的作用下向減油方向運動(dòng)，最終使轉速穩定在設定值。如果電子調速器沒(méi)有檢測到轉速傳感器的反饋信號，驅動(dòng)電流I_c為零，油量控制齒桿在復位彈簧的作用下被拉至停機位置。

      電子調速控制器可以進(jìn)行柴油機啟動(dòng)時(shí)的供油量、轉速控制的穩定度和響應速度、怠速的整定等方面的調整，提高了柴油機的經(jīng)濟性和動(dòng)力性。

 

圖1  柴油發(fā)電機電子調速系統接線(xiàn)圖

圖2  柴油發(fā)電機轉速傳感器結構圖

 

二、電子調速系統故障案例

 

1、故障現象

      某部一臺發(fā)電機組空載全速運行時(shí)工作正常，帶載運行時(shí)也正常，但卸掉負載后，出現轉速不穩的故障現象，此時(shí)調整電子調速器不起作用，通過(guò)緊固各接線(xiàn)端子后重新開(kāi)機和更換電子調速器也沒(méi)有解決問(wèn)題。

2、故障原因及分析

      引起轉速不穩的故障部位主要有燃油系統和電子調速系統等方面，由于該發(fā)電機組空載和帶載運行時(shí)工作正常，而且轉速傳感器工作正常，因此基本排除了燃油系統的故障。另外，更換新的電子調速器后故障依舊，所以電子調速器也沒(méi)有故障。

      仔細檢查發(fā)現，直流比例電磁鐵中的復位彈簧的上端斷了一截（約為其長(cháng)度的1/10）。由電子調速器的工作原理可知，銜鐵的運動(dòng)行程直接決定供油量。由于復位彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，斷了一截后，張力減小，對于相同電磁力而言，銜鐵的實(shí)際運動(dòng)行程變長(cháng)了。發(fā)電機組空載全速以及帶載運行時(shí)，電磁鐵的吸力較大，銜鐵的運動(dòng)行程較長(cháng)，彈簧減小的張力對其影響很小，因此轉速基本穩定；而卸掉負載后，銜鐵受到的電磁吸力迅速減小，而銜鐵復位的響應時(shí)間延長(cháng)，從而使電磁吸力與彈簧張力的平衡關(guān)系被破壞，導致銜鐵上下波動(dòng)較大，所以出現本例中的故障現象。對于不同發(fā)電機組，由于電子調速器、直流比例電磁鐵等部件的性能差異，彈簧斷了后，出現的故障現象可能不盡相同，而彈簧折斷的程度也會(huì )導致不同的故障。

      檢查另外三臺同型號發(fā)電機組的直流比例電磁鐵時(shí)，未發(fā)現有裂紋或異常情況。由于四臺發(fā)電機組是同時(shí)配發(fā)的，而且工作時(shí)間基本相同，所以基本排除了彈簧的材料和加工工藝等問(wèn)題。進(jìn)一步檢查損壞的彈簧時(shí)發(fā)現，斷裂處周?chē)秀Q子夾過(guò)的痕跡。從斷口處的顏色也可以看出彈簧不是突然斷裂的。因此，初步判斷是由于安裝時(shí)用鉗子夾過(guò)彈簧，造成彈簧外表有剪切傷，損傷后的彈簧的疲勞壽命大幅度降低。在彈簧的工作過(guò)程中，導致其外表?yè)p壞處應力集中，當集中的應力大于材料所承受的極限應力時(shí)，彈簧產(chǎn)生疲勞裂紋，最終發(fā)生早期疲勞斷裂。

3、故障解決

      通過(guò)以上分析，更換彈簧后問(wèn)題得到解決。

 

三、電子調速系統安裝與使用的注意事項

 

（1）一般情況下，直流比例電磁鐵的復位彈簧是不允許拆卸的。如果確需更換，在安裝時(shí)應注意方法，防止其受到“硬傷”。

（2）啟動(dòng)發(fā)電機組前應檢查直流比例電磁鐵和油量控制齒桿之間的拉桿活動(dòng)是否靈活，而且向加油方向扳動(dòng)后放松時(shí)應能迅速復位，否則復位彈簧可能損壞；另外，拉桿兩端的可調部分在出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)調整好，并用鎖緊螺母鎖緊，無(wú)特殊情況不要調整，同時(shí)應做好標記，防止由于振動(dòng)、松脫而影響發(fā)電機組的正常運行。

（3）直流比例電磁鐵端蓋背面，即銜鐵與端蓋接觸部位裝有厚度為6mm的墊子，其作用是限制銜鐵的初始位置，如果該墊子損壞或厚度發(fā)生變化，卸掉負載時(shí)也會(huì )出現銜鐵向上運動(dòng)過(guò)多而導致轉速不穩的故障。另外，停機時(shí)會(huì )敲擊蓋板而導致其損壞；

（4）轉速傳感器的安裝不當會(huì )導致傳感器損壞或者發(fā)電機組不能啟動(dòng)。其安裝步驟如下：首先用盤(pán)車(chē)工具將飛輪轉至齒頂正對傳感器安裝孔的中間位置，然后用手將傳感器擰入安裝孔（禁止用扳手），直到傳感器底部碰到齒頂；再反轉1/2～3/4圈后用扳手將其固定，再用鎖緊螺母鎖緊。另外，為了防止干擾，應避免強磁場(chǎng)靠近轉速傳感器。

 

總結：

     當電子調速系統出現故障時(shí)，發(fā)電機組可能出現不能啟動(dòng)，轉速不穩，自動(dòng)停機，甚至超速等故障，從而嚴重影響用電設備以及發(fā)電機組的正常工作和安全。因此，在日常工作中應加強對該系統的檢查和維護。

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