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柴油發電機控制系統調試難點的分析和研究

  一、系統簡介

  調試柴油發電機組的主要難點是2301A的調試。公司的柴油發電機組主要采用了2301A電子調速器。電子調速器是繼機械調速器、液壓調速器以來的第三代速度控制器,它具有結構簡單、調節精度高、便于實現多臺機組同步并聯運行、便于同發動機保護系統相結合、便于實現動力裝置全自動化等特點,在現代發動機中得到廣泛應用。2301A調速器是由美國WOODWARD公司生產的。2301A調速器又可分為兩類:一類是無負荷分配功能的調頻型調節器,因只對轉速或頻率脈沖調節,故稱為單脈沖調頻調節器,一般只用于一臺機組或備用型調速系統。另一類是具有負荷分配功能的調頻調載型調節器。

  二、技術指標

  本文主要介紹2301A電子調速器的型式、結構與原理,有助于用戶靈活應用,方便用戶操作與維修。主要由以下幾部分組成:

  1.結構與工作原理

  單脈沖2301A電子調速器由一塊雙面印刷線路板和鐵質外殼構成。外殼上有7個調節電位器,分別提供起動燃料調節、額定轉速調節、怠速調節、加速斜率調節、增益調節、穩定性調節、執行器補償調節。有l7個接線端子,分別提供電源輸入、轉速信號輸入、怠速/額定轉速切換、失速保護、保護停機、調速率調整、轉速微調、同步信號輸入及輔助輸入。

  2、操作與調整

  在正確安裝電子調速系統后,還必須對電子調速器進行一系列的操作與調整工作,使之按要求運行,并具有良好的性能。

  1).穩定性調整

  電子調速器的控制屬于PID控制,調節應遵循其調節規律:先調增益、再調積分,后調微分。增益電位器起比例控制作用,對轉速偏差及時作出響應,可以改變轉速瞬態變化量;恢復電位器起積分作用,主要用來消除靜差,改善系統的靜態特性;執行器補償電位器起微分控制作用,對轉速偏差有預測能力,可以消除系統滯后,減少超調,克服振蕩,使系統趨向穩定,還可加快系統的動作速度,減少超調時間,可以改善系統的動態特性;執行器低速擺動時順時針增加執行器補償電位器,即增強微分作用,加快執行器響應;執行器快速波動時逆順時針減小此電位器;調整過程中有時還需要調整增益和恢復電位器。

  2). 轉速調整

  先調整額定轉速,再調整怠速。額定轉速的調整影響怠速,而怠速調整不影響額定轉速。

  3). 動態性能優化調整

  為使調速器快速、平穩、準確地控制,在工作穩定的條件下應使增益盡可能高;其次積分作用要適宜,在負荷或轉速以一個周期達到穩定為宜;最后微分作用盡可能高。按此調節基本可以獲得滿意的控制效果。

  3、安裝與接線

  4、其主要核心技術為內部電路原理分析,包括:

  1).頻率-電壓變換電路

  該部分由脈沖互感器、整形反相器、數字電路、濾波與電平變換電路組成。工作原理:時鐘振蕩電路產生穩定的時鐘信號。輸入轉速信號經單穩態觸發器后形成寬度為一個時鐘周期的復位控制信號使計數器輸出清零,使時鐘信號通過或非控制門,送到計數器的計數端,當達到設定的計數值(根據轉速范圍由撥動開關選擇)時,計數器輸出高電平,送到或非門輸入端,封鎖了時鐘信號的輸入,從而使計數器停止計數直到下一個轉速信號引起新的復位為止。如此可產生一個與輸入轉速同頻、脈沖寬度固定的矩形脈沖信號,經倒相放大后輸出。

  2).怠速/額定轉速切換電路

  當外接怠速/額定轉速開關從怠速位置轉換到額定位置時,光電耦合器OC1導通,產生正的積分電壓,由積分器進行反相積分,輸出電壓緩慢降低,輸出運算放大器電流逐漸增大,發動機轉速不斷提高。調整加速時間調整電位器可改變積分電流,使積分時間發生變化。增大電位器阻值,則加速時間增長。當外接怠速/額定轉速開關從額定位置切換到怠速位置時,由于電位器兩端接有二極管進行放電,所以積分時間不受加速時間調整電位器變化的影響。

  3).調速控制電路

  轉速微調電路:+12V電源電壓經RC阻容網絡濾波后,再經一固定電阻與外接轉速微調電位器分壓及RC阻容網絡濾波后輸出至綜合運算放大器反相端。發動機單機固定運行時,可不接轉速微電位器;發動機并網、并車運行時需進行轉速微調,此時應外接電位器。轉速微調輸入端子靈敏度為10%額定轉速。

  輔助輸入電路:輔助輸入信號從端子17經過RC阻容網絡濾波后輸出至綜合運算放大器反相端。該端可用于外接負荷分配器。輔助輸入端子靈敏度為每伏電壓變化3%負荷。

  調速率反饋電路:取自控制器輸出反饋端的反饋電壓信號,經RC阻容網絡濾波后,再經一固定電阻與外接調速率電位器分壓后輸出至綜合運算放大器反相端。在調速率電位器調到最小時或無差運行方式下反饋電壓為零。調速率輸入端子靈敏度為每伏電壓可產生10%的調速率。

  以上三路輸出信號及怠速/額定轉速切換電路產生的輸出電壓在綜合運算放大器反相端進行加法運算后,與轉速偏差電壓相疊加。轉速穩定時,此疊加點電壓為零;轉速不穩定時存在偏差電壓,就會通過恢復電位器輸出到積分器反相端進行積分,產生控制電壓,經隔離二極管送到功率輸出電路,實行偏差糾正。

  三、性能效果

  該電控系統結構緊湊,性能穩定,可靠性強,其質量標準完全達到國家標準。

  四、研制過程

  1、對分廠現有發電柜進行逐步分解研究,掌握各元件性能。

  2、對2301A進行拆解,查清內部結構,及邏輯關系。

  3、在現場與柴油發電機組連接,進行功能測試,并將測試值與理論值進行對比分析,找出最佳調試柴油發電機組方案。

  4、故障模擬測試,分析故障產生原因,并擬定處理方案。

  五、推廣應用前景及推廣措施

  目前發電機組的調速系統應用非常廣泛,石油鉆機,冶金發電等等行業都需要,尤其是公司自身就需要高品質的調速系統,大功率鉆機平均每套需要3套調速系統,而可以對外銷售創造更多產值。



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