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性能特点和作用说明 |
康明斯电子调速器的作用、种类和使用说明 |
调节是不论是生活中还是机械中都是非常重要的部分，如同人体也具有自动调节的功能。调速器是一种自动调节装置，可根据柴油发电机负荷的变化，自动增加或减少喷油泵的供油量，使柴油发电机能以稳定的速度运行。康明斯发电机组除了4B和6B系列部分机型是机械调速方式，其他所有机型全部采用电子调速系统，良好的电子调速性能可有效地防止“飞车”现象的发生。
一、机械式调速器（直接作用式）
机械调速器基于弹簧力和离心力之间的平衡。工作时，弹簧力总是将供油杆向增加循环供油的方向移动。离心力总是使供油杆向缩短循环供油的方向移动。当载荷减小时，转速增大，离心力大于弹簧力，供油杆向缩短循环供油方向移动，循环供油减少，转速降低，离心力小于弹簧力。供油杆向添加循环供油方向移动，转速再次上升。直到离心力和弹簧力平衡，供油杆保持不变，所以转速基本在小范围内变化。相反，当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，供油杆向增加循环供油的方向移动。增加循环供油时，转速增加，弹簧力小于离心力，供油杆向减少循环供油的方向移动，转速再次下降，直至离心力和弹簧力平衡。
1、机械调速器的作用
柴油喷油泵的供油取决于柴油发电机的转速。随着曲轴转速的提高，供油也随之增加。相反，供油缩短。当柴油发电机负荷变化时，转速变化很大。具体来说，当负荷降低时，转速增加，影响柱塞泵循环供油的增加，进而影响转速的进一步增加。这种恶性循环导致发动机转速越来越高，最后发动机跑得很快。相反，当负荷增加时，转速降低，影响柱塞泵循环供油的减少，循环供油的增加进一步影响转速的进一步降低，导致发动机转速越来越低，最终失速；要改变这种恶性循环，就需要一种能根据负荷变化自动调节的供油方式。使柴油发电机在规定转速范围内稳定旋转的自动调节机构。移动供油杆可以改变循环供油，使柴油发电机转速基本不变。因此，如果柴油发电机需要满足使用要求，必须安装调速器。
2、机械调速器的操作原理
目前所有的柴油发电机基本都采用全尺寸调速器，可以调节柴油发电机在规定的转速范围内以任意转速稳定旋转。它和定速调速器的区别在于弹簧承压板是主动做功的，所以弹簧力不是固定值，而是由操作杆调节。随着操纵杆位置的变化，调速器弹簧的弹簧力也相应变化，因此可以调节柴油发电机在任何转速下稳定工作。
柴油发电机工作时，借助操纵杆将喷油泵齿杆调整到一定位置，使柴油发电机获得设定转速。在必要的速度下，飞球的离心力作用在传动盘上，正好与弹簧力平衡。当载荷减小时，转速增加，飞球的离心力大于弹簧力，推动杠杆和齿杆向左移动，从而缩短供油，减少供油，降低转速，直到飞球的离心力和弹簧力达到新的平衡。此时柴油发电机的转速比减负荷前稍高。柴油发电机负荷增加，转速降低，飞球离心力减小。在弹簧力的作用下，推动杠杆使齿杆向右移动，供油增加，柴油发电机转速增加，直至飞球离心力与弹簧力进一步平衡。此时柴油发电机的转速比加负荷前稍低。因此，当操纵杆的位置不变时，调速器将保持柴油发电机在相应转速下的稳定旋转。调速器根据发动机负荷的变化自动调节供油，这将保证发动机转速在小范围内稳定变化。
3、调速器类型
（1）按功能分为双速调速器、全速调速器、恒速调速器和综合调速器；
（2）根据速度感应，有气动调速器、机械离心调速器和复合调速器。
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机械式调速器结构图 |
二、液压式调速器（间接作用式）
飞重产生的离心力控制液压放大机构，并不直接移动执行机构，它与机械式转速感应元件都是利用力平衡原理（调速弹簧预紧力与飞重离心力平衡）。机械液压调速器的感知测量元件、决策元件与执行元件均为机械或机械液压元件，故称之为机械液压调速器。常用的有T、ST和YT型机械液压调速器T型单调节机械液压调速器的主要部件包括飞摆（测量元件）与引导阀、主配压阀与辅助接力器（放大元件）、缓冲器（软反馈）、调差机构（硬反馈）、变速（亦称转速调整）机构、开度限制机构、启动装置、电磁双滑阀和启动阀以及滤油器等。 ST型双调节机械液压调速器，除包括上述部件外，还增设轮叶调节装置，它主要由协联机构、液压放大机构、水头调整装置和轮叶启动装置构成。YT型机械液压调速器在结构上与T型机械液压调速器大同小异，差别不大，不过，它是一种带油压装置的机械式单调节调速器。
1、飞摆（离心飞摆）
用于发电机组转速感知与测量，把发电机组的转速变化转化为机械位移量。离心飞摆南钢带、重块和弹簧等构成，飞摆由与机组同步的飞摆电动机带动旋转，感知和测量机组转速，与给定机组转速比较，根据其偏差产生机械位移，发出调节指令。
2、引导阀与辅助接力器
引导阀是一个信号综合元件，一方面要比较发电机组的实际转速与给定转速，另一方面，它又是一套机械液压放大元件，可以把飞摆产生的位移信号、液压控制信号，通过其液压控制作用放大飞摆产生的微小位移信号。引导阀南针塞和转动套等部件组成，转动套与飞摆相连，随机组转速变化产生位移，控制通向辅助接力器的液压油路。而辅助接力器接收来自于引导阀的信号，对主配压阀进行操作，南此完成对引导阀信号的第一级放大。
3、主配压阀与主接力器
主配压阀是第二级液压放大元件，主配压阀的活塞与辅助接力器活塞联动，控制主接力器的液压油路，对主接力器进行控制，实现飞摆信号的第二级放大。
4、硬反馈元件
包括残留不均衡机构及其传递杆件。在自动控制系统中，调节信号的反馈是保证达到调节目标、降低过调量并使调节系统的工作稳定的重要环节。硬反馈元件通过杆件等刚性机构及时将执行元件的动作结果传递给综合元件引导阀，经引导阀与给定值比较，当达到调节目标时，对执行元件发出停止指令。
5、软反馈元件
包括缓冲器及其传递杆件。尽管调节系统通过硬反馈将调节系统执行信号反馈到引导阀，使调节系统达到目标值时及时停止调节进程，但却难以使引导阀回到原始位置。而且，由于机组的惯性等因素，仅靠硬反馈难以保证调节过程的稳定性。而软反馈环节利用缓冲器的暂态反馈特性是执行元件达到调节目标时及时停止动作，又利用缓冲器从动活塞的回复作用使引导阀针塞在调节完成后回到原先的位置。缓冲器的缓冲特性又配合了机组和调节系统的的惯性，使调节过程实现稳定。因此，软反馈对调节系统的稳定性起到至关重要的作用，缓冲器又称为调速器的镇定元件。
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机械液压调速器系统图 |
三、电子调速器
信号监测或执行机构采用电气方式，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重等结构，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。
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电子调速器原理图 |
1、电子调速器的组成
康明斯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）转速传感器
转速传感器应采集尽可能高的信号频率。设计采用最高的信号频率为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)。
传感器最好是从飞轮处测量转速，安装时传感器与飞轮齿圈齿顶的间隙为0.4-0.8mm。
（2）控制器
控制器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）转速调整电位器
转速调整电位器 用来根据发动机使用的最高允许转速来调定频率。在订购时若写明发动机的运行频率，工厂根据要求调定好频率。若订单上未注明机组运行频率，则出厂时频率调定为1500Hz。如果此调定的频率在发动机的空转和最高转之间，则可起动发动机并调节"speedmax" (最高转速)电位器使发动机获得最高运转频率。
（4）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。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）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）可调旋钮
○ 怠速(Low idle speed)调节旋钮──用于调节滑油低压，保护运转时的最低转速；
○ 设定转速（Rated speed）调节旋钮──用于调节设定转速；
○ 稳定度（Stability）调节旋钮──用于稳定性调节；
○ 增益量如（Gain）调节旋钮──用于稳定性调节。
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电子调速器可调按钮示意图 |
2、电子调速器分类
分为单纯调频型（单脉冲）和调频调载型（双脉冲）两种。
（1）单脉冲电子调速器
单脉冲电子调速器用于单机运行，其瞬时调速率δ1一般在5％～7％，稳定时间ts在3s～5s范围内；单脉冲电子调速器是以转速脉冲信号来调节供油量；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供油量的。
（2）双脉冲电子调速器
双脉冲电子调速器用于并联运行发电机组，其瞬时调速率一般不大于2％，稳定时间ts不大于1s。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。双脉冲电子调速器的基本组成主要由执行机构、转速传感器、负荷传感器和速度控制单元等组成。若柴油发电机负荷突然增加，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）。
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双脉冲电子调速器工作流程 |
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，增加柴油发电机的循环供油量。
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