新聞主題	康明斯電子調(diào)速器工作原理與故障案例

 

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

 

一、電子調(diào)速系統(tǒng)工作原理

 

      電子調(diào)速系統(tǒng)主要由電子調(diào)速器、直流比例電磁鐵、控制繼電器和轉(zhuǎn)速傳感器等部分組成，接線圖如圖1所示。轉(zhuǎn)速傳感器安裝在飛輪殼上，主要由永久磁鐵和線圈等組成，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(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率與飛輪轉(zhuǎn)速成正比的正弦信號(hào)，電子調(diào)速系統(tǒng)就是根據(jù)該信號(hào)來(lái)調(diào)整柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。

      飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)產(chǎn)生的正弦信號(hào)經(jīng)頻率電壓變換后轉(zhuǎn)換成與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)U_∫，該信號(hào)與設(shè)定的轉(zhuǎn)速信號(hào)U_re∫，進(jìn)行比較，得到的誤差信號(hào)△U經(jīng)判斷和前向調(diào)節(jié)放大后，電子調(diào)速器就會(huì)輸出相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流I_c，至直流比例電磁鐵的線圈，銜鐵在電磁力的作用下動(dòng)作，再通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換成杠桿機(jī)構(gòu)的拉力，最終將噴油泵中的油量控制齒桿穩(wěn)定在與設(shè)定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的位置（此時(shí)驅(qū)動(dòng)電流I.產(chǎn)生的電磁力與直流比例電磁鐵內(nèi)部復(fù)位彈簧的張力保持平衡）。

      當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組所帶負(fù)載加重時(shí)，轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)將油量控制齒桿向增加油量的方向拉動(dòng)，轉(zhuǎn)速就會(huì)升高至設(shè)定值（電磁力與復(fù)位彈簧的張力達(dá)到新的平衡）；而負(fù)載減輕，轉(zhuǎn)速升高時(shí)（△U為負(fù)值），I_c就會(huì)減小，此時(shí)油量控制齒桿在復(fù)位彈簧的作用下向減油方向運(yùn)動(dòng)，最終使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。如果電子調(diào)速器沒(méi)有檢測(cè)到轉(zhuǎn)速傳感器的反饋信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電流I_c為零，油量控制齒桿在復(fù)位彈簧的作用下被拉至停機(jī)位置。

      電子調(diào)速控制器可以進(jìn)行柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)的供油量、轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定度和響應(yīng)速度、怠速的整定等方面的調(diào)整，提高了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)接線圖

圖2  柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)圖

 

二、電子調(diào)速系統(tǒng)故障案例

 

1、故障現(xiàn)象

      某部一臺(tái)發(fā)電機(jī)組空載全速運(yùn)行時(shí)工作正常，帶載運(yùn)行時(shí)也正常，但卸掉負(fù)載后，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的故障現(xiàn)象，此時(shí)調(diào)整電子調(diào)速器不起作用，通過(guò)緊固各接線端子后重新開(kāi)機(jī)和更換電子調(diào)速器也沒(méi)有解決問(wèn)題。

2、故障原因及分析

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

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

      檢查另外三臺(tái)同型號(hào)發(fā)電機(jī)組的直流比例電磁鐵時(shí)，未發(fā)現(xiàn)有裂紋或異常情況。由于四臺(tái)發(fā)電機(jī)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(xiàn)，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(dǎo)致其外表?yè)p壞處應(yīng)力集中，當(dāng)集中的應(yīng)力大于材料所承受的極限應(yīng)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(diào)速系統(tǒng)安裝與使用的注意事項(xiàng)

 

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

（2）啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組前應(yīng)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(yīng)能迅速?gòu)?fù)位，否則復(fù)位彈簧可能損壞；另外，拉桿兩端的可調(diào)部分在出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好，并用鎖緊螺母鎖緊，無(wú)特殊情況不要調(diào)整，同時(shí)應(yīng)做好標(biāo)記，防止由于振動(dòng)、松脫而影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)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(fù)載時(shí)也會(huì)出現(xiàn)銜鐵向上運(yùn)動(dòng)過(guò)多而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的故障。另外，停機(jī)時(shí)會(huì)敲擊蓋板而導(dǎo)致其損壞；

（4）轉(zhuǎn)速傳感器的安裝不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致傳感器損壞或者發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)至齒頂正對(duì)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(zhuǎn)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(yīng)避免強(qiáng)磁場(chǎng)靠近轉(zhuǎn)速傳感器。

 

總結(jié)：

     當(dāng)電子調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)電機(jī)組可能出現(xiàn)不能啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，自動(dòng)停機(jī)，甚至超速等故障，從而嚴(yán)重影響用電設(shè)備以及發(fā)電機(jī)組的正常工作和安全。因此，在日常工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該系統(tǒng)的檢查和維護(hù)。

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