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新闻主题	康明斯柴油发电机电子调速器原理与故障分析

摘要：本文主要描述发动机的电子调速器是自动调速系统，正因为它的优越性，得到行业的认可。电子调速器的重要性关系到的发动机性能和经济效益。描述电子调速器的流程为输入转速与原设定值进行比较，产生偏差值，以此为信号传递给控制器，控制器再进行处理，指令执行器，执行器进行调节转速，如仍不满足，反馈给发电机组控制器，直到满足要求，使得发动机合理的转速。电子调速器主要故障有不能启动、转速不稳、运行中自动停机、超速、电子调速器本身，外界环境因素的影响和操作人员的维护保养。因此，减少调速系统的故障，对保证柴油发电机正常工作极为重要。此外，操作人员应加强对电子调速器的保养维护的能力，保证电子调速器能正常稳定工作，最终获得发动机的稳定运行，具有良好的性能。

 

一、工作原理

 

       电子调速器与机械调速器主要差别是用电流和电压取代了离心飞块和调速弹簧的作用力。现有的电子调速系统都采用永磁单柱电磁感应式转速传感器（MPS）该传感器安装在发动机的曲轴齿轮旁，传感器触头与齿轮齿顶之间只有非常小的气隙。

1、机械调速器

2、电子调速器

      电子调速器是柴油发电机组上广泛使用的自动调速部件。简单来讲就是一个控制发电机转速的控制装置它的任务就是使发动机的转速保持在恒定的速度，让发动机的速度保持在预设的转速而不受负载变化的影响，其核心部件是一个可控硅调压电路，通过改变可控硅导通角大小，控制输出电压高低。

      具体来说就是用转速调整电位器设定需要的转速，测速传感器通过飞轮上的齿圈测量出发动机转速实际值，并送至控制器，在控制器中实际值与设定值相比较，其比较的差值经控制线路的整理、放大，驱动执行器输出轴，通过调节连杆拉动喷油泵齿杆，进行供油量的调节，从而达到保持此设定转速的目的。

      这种电子调速器还可根据发动机使用场合的需要选择不均匀度的大小。当进行无差调速时，电子控制系统会将负荷变化而引起的设定转速与实际转速之间的差值消除，使发动机保持原设定的转速。根据机组需要，也可调节不均匀度电位器，以使调速系统获得满意的静态调速率。

      该电子调速器还配有多种附件装置，根据机组需要，装上相应附件，可以实现自动同步、负荷分配及负荷预置等功能要求。电子调速器的特点是可分别独立的决定调速特性，在装有全部附件的情况下能够确定好的扭矩特性、怠速特性和过渡特性等。用电子调运器能适应各种不同机型的要求。

 

二、机械式调速器的主要故障

1、运转不稳或“游车”

      诊断流程见图1所示，柴油发电机转速不稳的主要原因如下：

（1）供油齿杆移动阻滞；

（2）调速器内部杠杆系统的连接销及销孔、飞锤组件等因磨损松旷而使自由行程增大、调节灵敏度下降；

（3）调速器内部各种调速弹簧卡滞、折断、调整不当或因长期使用疲劳而变软；

（4）润滑油不足、变质或过脏，使调速器部件运动阻力增大而降低动作灵敏度。

2、 柴油机飞车

      凡是引起调速不灵敏的原因严重时都会造成飞车。包括调速器起作用转速过高、调速部件生锈卡滞、调速器内各杠杆销子装配过紧，各杠杆虽可以移动，但不灵活；调速器壳体内的机油面过高或粘度过大使飞锤旋转甩开困难等。

3、起动困难

      有关调速器部分造成起动困难的主要原因包括起动弹簧脱钩或损坏、供油齿杆前移阻滞、供油齿杆装配位置不当等导致柴油发电机起动时供油量不足而难以起动；供油齿杆导动销脱落，供油齿杆将不受控制等。

4、发动机不能启动

      正常情况下，环境温度高于5°C，柴油发动机通常按三次启动按钮均能顺利启动。若经多次按启动按钮，发动机仍不能启动，则应视为启动困难或不能启动。

      发动机不能启动的原因是多方面的，但概括起来主要有三个方面：一是蓄电池电量不足，引线接触不良，启动电机的电磁开关短路片接触不良；二是电子调速器的执行器不工作，转速传感器无信号输出等；三是启动油量过小，油路有空气，供油时间过早过晚，气门间隙过小等。

      判断排除发动机不能启动的故障，诊断流程见图2所示。

（1）在按启动按钮时，即可判断蓄电池和启动电机是否正常。风扇转得很快，即为正常，反之亦然。

（2）检查电子调速器执行器是否工作依按启动按钮的同时，注意观察执行器是否动作，有动作说明正常，反之有故障)；转速传感器是否正常，可通过测量电阻来判断。

（3）启动供油量是否正常可通过油泵实验台进行校验，油路中有空气，可以通过排空空气来排除气门间隙可通过调整达到正常值，气门间隙可通过调整达到正常值。

 

图1  柴油机转速不稳故障判断与处理流程图

图2  柴油机不能启动故障判断与处理流程图

 

三、电子调速器主要故障

 

1、速度控制板检测

      ESD5500E系列在康明斯B、C系列柴油发电机电子调速系统中被采用，其功能按钮指示如图3所示，配套零件实物如图4所示。该型调速板建立在ESD5111的基础上，新增加了启动燃油量控制和平滑缓慢启动过程控制，这些新的特点可以解决发动机在启动过程中由急速加油而造成的冒黑烟现象，极大的提高了发动机寿命。是目前功能非常丰富、完善的型号，在新款发电机中被广泛的使用。如果控制系统不工作，可按下述步骤进行电压检测：

① E（-）、F（+）电源输入端子，正常时电压DC12V或DC24V(视所接蓄电池而定)。若不正常，可能的故障原因是电池没连接、保险丝端，电池电压低或接线错误。

② C、D速度传感器输入端子、起动时至少AC1.0V。若不正常，可能的故障原因是速度传感器和齿轮齿间的间隙过大、速度传感器接线错误(在C、D接线端子间的电阻应为250Ω至1500Ω)或速度传感器损坏。

③ P、G电压输出端子。正常DC10V内部电压、若不正常，可能的故障原因是接线端子P短接(短接该接线端子可能导致速度控制板损坏)、速度传感器损坏。

④ B（-）、A（+）端子起动时测量电压应在DC 6.0V～DC 8.0v之间。若不正常，可能的故障原因是速度调节设定太低、电磁执行器接线短路或开路、速度控制板损坏或电磁执行器损坏。

 

图3  esd5500e电子调速器功能图

图4  调速系统零件组合图

 

2、调速板引起的故障

      采用ESD5500E系列速度控制板的电子调速系统，实际使用过程中常见的故障原因包括柴油发电机不能起动，除起动系统、燃油系统故障外，电子调速器的执行器不工作，转速传感器无信号输出也会造成这种现象。

（1）无信号输出或信号弱

      转速传感器失效和安装不当均会导致无信号输出或信号弱，信号路径如图5所示。转速传感器是否失效，可通过测量电阻来判断。虽然速度控制板可以处理0.5V的速度传感器信号，但较强的电磁速度传感信号可以避免干扰，转速信号最好能大于3V。

解决方法：

      可以通过调小速度传感器顶端和柴油发电机飞轮轮齿间的间隙，提高速度传感信号的幅值。当起动柴油发电机时速度传感器信号电压若小于交流1.5 V,应检查传感器顶端是否清洁或可通过拧进传感器1/8～1/4圈进行调整，直到符合规定为止。其次，检查电子调速器执行器是否工作(在按起动按钮的同时，注意观察执行器是否动作，有动作说明正常，反之有故障)。

（2）转速不稳

       发动机在运行中，转速表、频率表指针左右摆动，而摆动幅度超过允许值范围。引发发动机转速不稳的原因很多。但主要的有三个方面：一是电子调速器调整微分，增益调谐失灵；二是电子调速器执行器与喷油泵齿条接合处有松动现象或不灵敏；三是喷油泵各缸供油量不均匀和供油时间过早等。

解决方法：

①  检查电子调速器执行器与喷油泵齿条接合处的间隙是否正常以及运动是否灵敏；

② 拆下喷油泵上油泵实验台进行校验；检查调整供油时间等。

③ 电子调速器微分（超前电路）调整，增益调整不当或失灵。

      开关C1在ESD5500E中控制着“超前电路”正常位置是“ON”。如果是系统转速波动过快且不稳定，则应转换至“OFF”位置。重新调节增益(GAIN)和稳定度(STABILITY)，也可以改善稳定状况。如果转速不稳定通过以上办法无效，则应检查燃油系统和柴油发电机状态。另外稍微加大降速(DROOP)，也可以稳定系统。

（3）转速低

      转速低主要原因是供油量不足。应检查执行器是否能达到满负荷。首先测量起动时的电池电压。对于电压12V系统低于9V或24V系统低于18V，应更换蓄电池。蓄电池电压正常，则可短接接线端子A和F，此时，执行器将达到满油位置。如不能达成该状态，则可能是执行器或电池接线问题、执行器损坏或保险断。测量执行器输出(接线端子A和B)，如果电压测量值约6～8V,则执行器基本正常。达不到满油状态的原因可能是机械原因（执行器控制杆存在卡滞现象、控制杆安装问题）或速度设定过低。

（4）转速高

      转速高(超速)可能的故障原因是速度控制板损坏、转速信号问题或速度(SPEED)设定问题。

① 不起动，给系统加直流电。若执行器达到满供油位置，但断开速度传感器接线端子C和D后执行器仍在满供油状态，则可能是速度控制板损坏；断开速度传感器接线端子C和D后执行器在最小供油位置，则速度信号有问题，应检查速度传感器。

② 起动柴油发电机，测量速度控制板上的接线端子A(+)和B(-)间的直流电压。如果电压在DC6.0～DC8.0V,则执行器基本正常，可能的故障原因是速度(SPEED)设定值偏高、速度控制板损坏。如果电压过高，可能的故障原因是执行器或其连接机构有问题。如果电压过低，可能的故障原因是速度控制板损坏或增益过低。

（5）柴油发电机运行中自动停机

      通常有突然停机和缓慢停机两种情况，其现象都是从额定转速迅速或缓慢降至为0。诊断流程如图6所示。

① 突然停机的主要原因

● 保护继电器是否有误报警动作；

● 电子调速器电源断电，供电回路是否有接触不良等；

● 转速传感器无信号输出或信号弱；

● 柴油机受到的阻力矩超过了其输出转矩(如抱轴、拉缸等)。

解决方法：检查执行器电缆、转速传感器电缆，微调电位器电缆是否有接触不良部位；

② 缓慢停机的原因

      通常是燃油供不上或油路中有空气所致。

解决方法：检查柴油箱是否有柴油及油路是否畅通和油路中是否有空气，应逐项排查。

 

图5  柴油发电机电子调速器信号路径

图6  柴油机运行中自动停车故障判断与处理框图

 

总结：

      除了以上故障，其他故障还包括电子调速器的执行器故障，导致系统发动机调节转速不灵[；电子调速器的控制器故障导致整个发动机转速系统的崩溃；电子调速器的传感器的故障导致了信号无法传递，使得发动机转速调节不了；电子调速器的PID器件损坏，导致发动机的转速反复上下摆动；电子调速器的调节不准，灵敏度不灵敏，放应速度缓慢等等故障。柴油机调速器作为控制柴油机转速的重要装置，其基本原理是通过负荷感应器、调速器控制装置和执行机构的协同工作，实现对柴油机转速的调节。柴油机调速器在工业生产中具有广泛应用，能够保持机械设备的转速稳定，并提高工作效率和产品质量。了解和掌握柴油机调速器的工作原理及故障排除方法，有助于更好地使用和维护柴油机设备。

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