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性能特點和作用說明 |
康明斯電子調速器的作用、種類和使用說明 |
調節是不論是生活中還是機械中都是非常重要的部分，如同人體也具有自動調節的功能。調速器是一種自動調節裝置，可根據柴油發電機負荷的變化，自動增加或減少噴油泵的供油量，使柴油發電機能以穩定的速度運行。康明斯發電機組除了4B和6B系列部分機型是機械調速方式，其他所有機型全部采用電子調速系統，良好的電子調速性能可有效地防止“飛車”現象的發生。
一、機械式調速器（直接作用式）
機械調速器基于彈簧力和離心力之間的平衡。工作時，彈簧力總是將供油桿向增加循環供油的方向移動。離心力總是使供油桿向縮短循環供油的方向移動。當載荷減小時，轉速增大，離心力大于彈簧力，供油桿向縮短循環供油方向移動，循環供油減少，轉速降低，離心力小于彈簧力。供油桿向添加循環供油方向移動，轉速再次上升。直到離心力和彈簧力平衡，供油桿保持不變，所以轉速基本在小范圍內變化。相反，當負荷增加時，轉速降低，彈簧力大于離心力，供油桿向增加循環供油的方向移動。增加循環供油時，轉速增加，彈簧力小于離心力，供油桿向減少循環供油的方向移動，轉速再次下降，直至離心力和彈簧力平衡。
1、機械調速器的作用
柴油噴油泵的供油取決于柴油發電機的轉速。隨著曲軸轉速的提高，供油也隨之增加。相反，供油縮短。當柴油發電機負荷變化時，轉速變化很大。具體來說，當負荷降低時，轉速增加，影響柱塞泵循環供油的增加，進而影響轉速的進一步增加。這種惡性循環導致發動機轉速越來越高，最后發動機跑得很快。相反，當負荷增加時，轉速降低，影響柱塞泵循環供油的減少，循環供油的增加進一步影響轉速的進一步降低，導致發動機轉速越來越低，最終失速；要改變這種惡性循環，就需要一種能根據負荷變化自動調節的供油方式。使柴油發電機在規定轉速范圍內穩定旋轉的自動調節機構。移動供油桿可以改變循環供油，使柴油發電機轉速基本不變。因此，如果柴油發電機需要滿足使用要求，必須安裝調速器。
2、機械調速器的操作原理
目前所有的柴油發電機基本都采用全尺寸調速器，可以調節柴油發電機在規定的轉速范圍內以任意轉速穩定旋轉。它和定速調速器的區別在于彈簧承壓板是主動做功的，所以彈簧力不是固定值，而是由操作桿調節。隨著操縱桿位置的變化，調速器彈簧的彈簧力也相應變化，因此可以調節柴油發電機在任何轉速下穩定工作。
柴油發電機工作時，借助操縱桿將噴油泵齒桿調整到一定位置，使柴油發電機獲得設定轉速。在必要的速度下，飛球的離心力作用在傳動盤上，正好與彈簧力平衡。當載荷減小時，轉速增加，飛球的離心力大于彈簧力，推動杠桿和齒桿向左移動，從而縮短供油，減少供油，降低轉速，直到飛球的離心力和彈簧力達到新的平衡。此時柴油發電機的轉速比減負荷前稍高。柴油發電機負荷增加，轉速降低，飛球離心力減小。在彈簧力的作用下，推動杠桿使齒桿向右移動，供油增加，柴油發電機轉速增加，直至飛球離心力與彈簧力進一步平衡。此時柴油發電機的轉速比加負荷前稍低。因此，當操縱桿的位置不變時，調速器將保持柴油發電機在相應轉速下的穩定旋轉。調速器根據發動機負荷的變化自動調節供油，這將保證發動機轉速在小范圍內穩定變化。
3、調速器類型
（1）按功能分為雙速調速器、全速調速器、恒速調速器和綜合調速器；
（2）根據速度感應，有氣動調速器、機械離心調速器和復合調速器。
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機械式調速器結構圖 |
二、液壓式調速器（間接作用式）
飛重產生的離心力控制液壓放大機構，并不直接移動執行機構，它與機械式轉速感應元件都是利用力平衡原理（調速彈簧預緊力與飛重離心力平衡）。機械液壓調速器的感知測量元件、決策元件與執行元件均為機械或機械液壓元件，故稱之為機械液壓調速器。常用的有T、ST和YT型機械液壓調速器T型單調節機械液壓調速器的主要部件包括飛擺（測量元件）與引導閥、主配壓閥與輔助接力器（放大元件）、緩沖器（軟反饋）、調差機構（硬反饋）、變速（亦稱轉速調整）機構、開度限制機構、啟動裝置、電磁雙滑閥和啟動閥以及濾油器等。 ST型雙調節機械液壓調速器，除包括上述部件外，還增設輪葉調節裝置，它主要由協聯機構、液壓放大機構、水頭調整裝置和輪葉啟動裝置構成。YT型機械液壓調速器在結構上與T型機械液壓調速器大同小異，差別不大，不過，它是一種帶油壓裝置的機械式單調節調速器。
1、飛擺（離心飛擺）
用于發電機組轉速感知與測量，把發電機組的轉速變化轉化為機械位移量。離心飛擺南鋼帶、重塊和彈簧等構成，飛擺由與機組同步的飛擺電動機帶動旋轉，感知和測量機組轉速，與給定機組轉速比較，根據其偏差產生機械位移，發出調節指令。
2、引導閥與輔助接力器
引導閥是一個信號綜合元件，一方面要比較發電機組的實際轉速與給定轉速，另一方面，它又是一套機械液壓放大元件，可以把飛擺產生的位移信號、液壓控制信號，通過其液壓控制作用放大飛擺產生的微小位移信號。引導閥南針塞和轉動套等部件組成，轉動套與飛擺相連，隨機組轉速變化產生位移，控制通向輔助接力器的液壓油路。而輔助接力器接收來自于引導閥的信號，對主配壓閥進行操作，南此完成對引導閥信號的第一級放大。
3、主配壓閥與主接力器
主配壓閥是第二級液壓放大元件，主配壓閥的活塞與輔助接力器活塞聯動，控制主接力器的液壓油路，對主接力器進行控制，實現飛擺信號的第二級放大。
4、硬反饋元件
包括殘留不均衡機構及其傳遞桿件。在自動控制系統中，調節信號的反饋是保證達到調節目標、降低過調量并使調節系統的工作穩定的重要環節。硬反饋元件通過桿件等剛性機構及時將執行元件的動作結果傳遞給綜合元件引導閥，經引導閥與給定值比較，當達到調節目標時，對執行元件發出停止指令。
5、軟反饋元件
包括緩沖器及其傳遞桿件。盡管調節系統通過硬反饋將調節系統執行信號反饋到引導閥，使調節系統達到目標值時及時停止調節進程，但卻難以使引導閥回到原始位置。而且，由于機組的慣性等因素，僅靠硬反饋難以保證調節過程的穩定性。而軟反饋環節利用緩沖器的暫態反饋特性是執行元件達到調節目標時及時停止動作，又利用緩沖器從動活塞的回復作用使引導閥針塞在調節完成后回到原先的位置。緩沖器的緩沖特性又配合了機組和調節系統的的慣性，使調節過程實現穩定。因此，軟反饋對調節系統的穩定性起到至關重要的作用，緩沖器又稱為調速器的鎮定元件。
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機械液壓調速器系統圖 |
三、電子調速器
信號監測或執行機構采用電氣方式，電子調速器在結構和控制原理上與機械式調速器有很大不同，它是將轉速和（或）負荷的變化以電子信號的形式傳到控制單元，與設定的電壓（電流）信號進行比較后再輸出一個電子信號給執行機構，執行機構動作拉動供油齒條加油或減油，以達到快速調整發動機轉速的目的。電子調速器以電信號控制代替了機械調速器中的旋轉飛重等結構，沒有使用機械機構，動作靈敏、響應速度快、動態與靜態參數精度高；電子調速器無調速器驅動機構，體積小，安裝方便，便于實現自動控制。
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電子調速器原理圖 |
1、電子調速器的組成
康明斯調速器屬全電式調速器，不需要機械液壓傳動。它由轉速調整電位器、轉速傳感器、控制器、執行器和保險電路等組成。
（1）轉速傳感器
轉速傳感器應采集盡可能高的信號頻率。設計采用最高的信號頻率為12000Hz發動機轉速與頻率關系的計算公式如下：
f=nz/60
式中f--頻率Hz；
n--發動機的轉速r／min；
Z--傳感齒輪齒致(或飛輪外圈齒數)。
傳感器最好是從飛輪處測量轉速，安裝時傳感器與飛輪齒圈齒頂的間隙為0.4-0.8mm。
（2）控制器
控制器的作用是根據傳感器測出的轉速實際值與其中設定值，進行比較、并驅動執行器執行。
（3）轉速調整電位器
轉速調整電位器 用來根據發動機使用的最高允許轉速來調定頻率。在訂購時若寫明發動機的運行頻率，工廠根據要求調定好頻率。若訂單上未注明機組運行頻率，則出廠時頻率調定為1500Hz。如果此調定的頻率在發動機的空轉和最高轉之間，則可起動發動機并調節"speedmax" (最高轉速)電位器使發動機獲得最高運轉頻率。
（4）執行器
執行器主要由直流電機，傳動齒輪，輸出軸及反饋部件組成。執行器由直流電機驅動，其扭矩通過一個中間齒輪傳至輸出軸。饋部件將執行器的工作狀態傳入控制器以形成閉環控制系統。執行器的輸出軸搖臂通過調節連桿與噴油泵齒桿相連。
（5）保險電路
在電子調速系統中設有保險電路，當傳感信號中斷，如因電纜斷裂發動機停止遠行時，它可以使執行器停止工作，并使輸出軸搖臂恢復至"0"位置。
（6）可調旋鈕
○ 怠速(Low idle speed)調節旋鈕──用于調節滑油低壓，保護運轉時的最低轉速；
○ 設定轉速（Rated speed）調節旋鈕──用于調節設定轉速；
○ 穩定度（Stability）調節旋鈕──用于穩定性調節；
○ 增益量如（Gain）調節旋鈕──用于穩定性調節。
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電子調速器可調按鈕示意圖 |
2、電子調速器分類
分為單純調頻型（單脈沖）和調頻調載型（雙脈沖）兩種。
（1）單脈沖電子調速器
單脈沖電子調速器用于單機運行，其瞬時調速率δ1一般在5％～7％，穩定時間ts在3s～5s范圍內；單脈沖電子調速器是以轉速脈沖信號來調節供油量；雙脈沖電子調速器是將轉速和負荷的兩個單脈沖信號疊加起來調節供油量的。
（2）雙脈沖電子調速器
雙脈沖電子調速器用于并聯運行發電機組，其瞬時調速率一般不大于2％，穩定時間ts不大于1s。脈沖電子調速器能在負荷一有變化而轉速尚未變化之前就開始調整供油量，其調整精度比單脈沖電子調速器高，更能保證供電頻率的穩定。雙脈沖電子調速器的基本組成主要由執行機構、轉速傳感器、負荷傳感器和速度控制單元等組成。若柴油發電機負荷突然增加，負荷傳感器的輸出電壓首先發生變化此后轉速傳感器的輸出電壓也發生相應變化（數值均下降）。
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雙脈沖電子調速器工作流程 |
上述兩種降低的脈沖信號在速度控制單元內與設定的轉速電壓比較傳感器的負值信號數值小于轉速設定電壓的正值信號數值、輸出正值的電壓信號，在執行機構中使輸出軸向加油方向轉動，增加柴油發電機的循環供油量。
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