調速器

按其工作原理

按其工作原理的不同，可分為機械式，氣動式，液壓式，機械氣動複合式，機械液壓複合式和電子式等多種形式。但目前應用最廣的當屬機械式調速器，其結構簡單，工作可靠，性能良好。

液壓調速器在感應元件和油量調節機構之間加入一個液壓放大元件（液壓伺服器），使感應元件的輸出信號通過放大元件再傳到油量調節機構上去，因此也叫間接作用式調速器。

液壓放大元件有放大兼執行作用，主要由控制和執行兩個部分組成。

1、無反饋的液壓調速器

其工作原理如下：

當負荷減小時，由曲軸帶動的驅動軸轉速升高，飛球的離心力增加，推動速度桿右移。於是，搖桿以A點為中心逆時針轉動，滑閥右移，壓力油進入伺服器油缸的右部空間。與此同時，油缸的左部空間通過油孔與低壓油路相通，其中的油被泄放。在壓差的作用下，伺服活塞帶動噴油泵齒條左移，以減少供油量。當轉速恢復到原來數值時，滑閥也回到中央位置，調節過程結束。

當負荷增加，轉速降低時，調速過程按相反方向進行。

從上述分析可知，調速器飛球所產生的離心力僅用來推動滑閥，因而飛球的重量尺寸就可以做得較小。而作為放大器的液壓伺服器的作用力，則可根據需要，選擇不同尺寸的伺服活塞和不同滑油壓力予以放大。

但是，在這種調速器中，因為感應元件直接驅動滑閥，無論它朝哪個方向往動，均難準確地回到原來位置而關閉油孔。這樣就使柴油機轉速不穩定，而產生嚴重的波動。

為了使調速器能穩定調節，在調速器中還要加入一個裝置，其作用是在伺服活塞移動的同時對滑閥產生一個反作用，使其向平衡的位置方向移動，減少柴油機轉速波動的可能性。這種裝置稱為反饋機構。

2、具有剛性反饋機構的液壓調速器

它的構造與上述無反饋液壓調速器基本相同，只有槓桿義AC的上端A不是裝 在固定的鉸鏈上，而是與伺服活塞的活塞桿相連。這一改變使感應元件、液壓放大元件和油量調節機構之間的關係發生如下的變化。

當負荷減小時，發動機轉速升高，飛球向外張開帶動速度桿向右移動。此時伺服活塞尚未動作，因此反饋槓桿AC的上端點A暫時作為固定點，槓桿 AC繞A反時針轉動，帶動滑閥向右移動，把控制孔打開，高壓油便進入動力缸的右腔，左腔與低壓油路相通。這樣高壓油便推動伺服活塞帶動噴油調節桿向左移動，並按照新的負荷而減少燃油供給量。

在伺服活塞左移的同時，槓桿AC繞C點向左擺動與B點相連接的滑閥也向左移動，從而使滑閥向相反的方向運動。這樣在伺服活塞移動時能對滑閥運動產生了相反作用的槓桿裝置稱為剛性反饋系統。當調節過程終了時，滑閥回到了起始位置，把控制油孔關閉，切斷通往伺服油缸的油路。這時伺服活塞就停止運動，噴油泵調節桿隨之移動到一個新的平衡位置，發動機就在相應的新負荷下工作。因此，相應於發動機不同的負荷，調速器就具有不同的穩定轉速。因為發動機負荷變化時需要改變供油量，所以A點位置隨負荷而變。與滑閥相連接的B點在任何穩定工況下均應處於原來的位置，與負荷無關。這樣C點的位置必須配合A點作相應的變動，因而導致了轉速的變化。假如當負荷減小時，調速過程結束后，滑閥回到中間原來位置時，伺服活塞處於減少了供油量位置，使A點偏左，C點偏右，因C點偏右，彈簧進一步受壓，只有在稍高的轉速下運轉才能使飛球的離心力與彈簧壓力平衡。這說明負荷減小時穩定運轉后，柴油機的轉速比原來稍有升高。同理，當負荷增加時，穩定運轉后，柴油機的轉速比原來稍有降低。具有 剛性反饋的液壓調速器，可以保證調速過程具有穩定的工作特性，但負荷改變后，柴油機轉速發生變化，穩定調速率d不能為零。

如果要求負荷變化時即要調速過程穩定，又能保持發動機轉速恆定不變（即入就必須採用另一種帶有彈性反饋系統的液壓調運器。

3、具有彈性反饋的液壓調速器

它實際上是在"剛性反饋"裝置中加入一個彈性環節－－緩衝器和彈簧。彈簧的一端同固定的支點相連，而另一端則與緩衝器的活塞相連。緩衝器的油缸同伺服器的活塞成剛體聯接。

當發動機負荷減小時，轉速增大，飛球的離心力增加。同樣，滑閥右移，而伺服活塞則左移，減少噴油泵的供油量。當活塞的運動速度很高時，緩衝器和緩衝活塞就象一個剛體一樣地運動。隨著伺服活塞5的左移，緩衝器和AC槓桿上的A點也向左移動。這一過程和上述剛性反饋系統的調速器完全相同。但當調速過程接近終了時，滑閥已回到原來的位置，遮住了通往伺服油缸的油路，此時緩衝器和伺服活塞已停留在新負荷相應的位置上。被壓縮的彈簧由於有彈性復原的作用，因此使A點帶動緩衝器活塞相對於緩衝器油缸移向右方，回到原來位置。緩衝活塞右方油缸中的油經節流閥流到左方。於是，AC槓桿上的各點都恢復到原來的位置，此時調速器的套筒亦因轉速復原而回到原來的位置。這樣，發動機的轉速就保持不變，當負荷增加時，動作過程相反。這種調速器的穩定調速率d為零。

調速器用於減小某些機器非周期性速度波動的自動調節裝置。可使機器轉速保持定值或接近設定值。水輪機、汽輪機、燃氣輪機和內燃機等與電動機不同，其輸出的力矩不能自動適應本身的載荷變化，因而當載荷變動時，由它們驅動的機組就會失去穩定性。這類機組必須設置調速器，使其能隨著載荷等條件變化，隨時建立載荷與能源供給量之間的適應關係，以保證機組作正常運轉。調速器的理論和設計問題，是機械動力學的研究內容。調速器的種類很多。其中應用最廣泛的是機械式離心調速器。而以測速發電機或其他電子器件作為感測器的調速器，已在各個工業部門中廣為應用。

調速器必須滿足穩定性條件：

①當機組轉速與設定值出現偏差時，調速器能做出相應的反應動作，同時又必須有一經常作用的恢復力使調速器回復初始狀態。離心調速器中的彈簧就是產生恢復力的零件。這樣的調速器稱靜態穩定的調速器。但是靜態穩定的調速器也可能在調節過程中出現動態不穩定性，當調節動作過度而出現反向調節時，實際調節動作會形成一個振蕩過程。使振蕩能很快衰減的調速器，稱為動態穩定的調速器，否則是動態不穩定的調速器，後者不能保證機器正常工作。

②在調節系統中增加阻尼是提高動態穩定性的一種方法。調節系統中的阻尼，例如運動副中的摩擦，使調速器具有一定的不靈敏性，即當被控制軸的轉速稍微偏離設定值時，調速器不產生相應的動作。機械式調速器的不靈敏性一般約為其設定值的1%。靈敏性過高的調速器，也會由於機組正常運轉中周期性的速度波動而產生不應有的調節動作。

調速器是用來保持柴油機的轉速穩定的。在柴油機的負載變化的過程中，它的轉速是會相應發生變化的。當轉速降低時，如果調速器不調節，柴油機最終將停掉；當轉速升高時，如果調速器不作用，柴油機最終將無法承受過大的離心力而損壞。調速器的作用就是保持柴油機的轉速穩定。另外，調速器還可以保持柴油機的最低轉速和最高轉速，防止，低轉速運轉時熄火和高轉速運轉時“飛車”，造成機械損壞。

圖為該裝置在機械壓力機應用中的外部接線圖，另外需在電樞電源前端加裝快速熔斷器、電抗器及濾波器，以起到保護直流調速裝置、穩定電網、減少電磁干擾等作用，在直流電源輸出和電機之間也要加裝快速熔斷器，電機一側短路時可以快速熔斷以保護直流調速裝置。

圖上直流調速裝置上的1U、1V、l W端子為電樞可控整流電路三相交流電源引入端，KMl為主接觸器，5U1、5W1端子是裝置電子板供電電源輸入端，4U1、4V1、4W1端子為裝置散熱風扇，3Ul、3Wl為電機勵磁可控整流電路交流電源引入端，為了限制電源系統中的換相電壓降，加裝三相進線電抗器L2及勵磁進線單相電抗器L1，直流電機電樞短路保護採用快速熔斷器FU4、FU5，v1為電樞電壓表，裝置3C、3D端子為輸出至電機勵磁繞組，1C1、lD1端子為輸出至電機電樞繞組，裝置4、5端子為模擬量輸入端子，用作給定輸入，103、104端子是直流測速機反饋電壓輸入端，109、110端子是進線接觸器合閘信號，裝置的46和47，48和54端子都是可設置的輸出開關量，46和47控制繼電器K1，檢測裝置正常；48和54控制繼電器K2，檢測主電機零速，裝置的14和15，16和17都是可選擇的模擬量輸出端子，14和15實際編程為電樞電流，16和17實際編程為磁場電流，都引至主操作面板電流表，作現場監視用。

查看西門子直流調速使用說明書，通過裝置簡易操作控制面板，將P051設置為40，先將負載電機的基本參數（額定電壓、額定電流、勵磁電壓、勵磁電流等）輸入直流調速裝置內，然後根據速度反饋的信號類型選擇P083的數值，根據勵磁控制類型選擇P082的數值，根據基本工藝功能的選擇設置電流限幅、轉矩限幅、斜坡函數發生器等數據。

對於直流調速裝置首次使用或者電機首次使用或電機維保之後應該對裝置和電機匹配進行優化，在裝置運行狀態為07．0時，進行最優化運行：P051=25電樞和勵磁的預控制和電流調節器的優化（電機軸上無負載時進行，或將電機機械鎖死），持續大約40S；P051=26速度調節器的優化（在電機軸上必須接上最終有效的機械負載），持續大約6S；P051=27勵磁減弱的優化（此優化必須在無機械負載下執行），持續大約1min；P051=28摩擦和轉動慣量補償的優化（根據需要），持續大約40S；P051=29具有擺動機構的傳動系統的速度調節器優化，持續大約10分鐘。優化過程完成後，每個優化過程所對應的參數將被自動設置。

首次手動設置裝置參數並優化成功后，可以通過Drive Monitor軟體連接PC和直流調速裝置，打開軟體所有參數將件中顯示，然後即可在線進行參數查看、設置、調整。也可將參數下載保存到PC中備份，以後換了新的直流調速裝置可直接上傳參數，不必再手動一一設置。

生產過程中，直流調速裝置通常會因為直流調速系統硬體故障、電機故障、操作使用不規範或參數設置不準確等原因，造成裝置報警無法正常運行，出現故障時，維修人員首先需要觀察裝置操作面板上顯示的故障代碼，用FXXX表示，參考西門子6RA70系列直流調速裝置使用說明書中的故障信息進行故障排查，也可通過查看故障診斷存貯器r047中的內容對故障代碼做進一步判斷。在故障原因消除后，必須按下PMU上的P鍵消除故障報警。

常見故障代碼如下：

F001 電子板電源故障。

F004 電樞電源中的相電壓故障。

F005 勵磁迴路故障。

F030 換向故障或產生過電流。

F040 在激活了的故障狀態下，電子板電源被切斷。

F042 測速機故障。

F050 優化運行不可能。

1、注意事項

在雷雨季節，如果整個車間電網防雷效果不好，強烈雷擊會造成電網不穩定，容易發生晶閘管模塊擊穿、熔斷器燒壞現象，這在大功率直流調速器上表現的尤為嚴重。因此保證供電電網的穩定是直流調速穩定運行的基礎條件，若遇到強烈雷雨天氣或電網不穩定時，最好暫時停止使用設備，待電網穩定后再重新投入使用。

由於壓力機的啟動為重載啟動，因此，電機不能頻繁啟動，次數限制在每小時不超過4次為宜，機床斷電時，必須首先停主電機，等主電機停穩后，再切斷電源。

只有經過審定合格的人員（具備有關整流器的知識，並理解所提供的資料的內容）才能從事整流器的安裝、啟動、操作、故障排除或修理工作。在電源斷開后，吸收電容器上繼續攜帶危險電壓，出於這個原因，在整流器切斷至少2分鐘內一定不要打開整流器。為了避免飛弧和由此引起的不可挽回的損失，整流器必須對塵埃入口做徹底的保護，根據污染等級，塵埃和外來物體，特別是通過冷卻氣流帶入的污染物必須定期清理，至少每年一次，整流器必須以乾燥壓縮空氣來清掃，最大壓力1bar。

2、後期維護

1）風扇的更換

風扇軸承的設計工作壽命為30000小時，為了維護晶閘管設備的有效性，在使用期滿時應及時更換。

2）印刷電路板的更換

印刷電路板包含靜電敏感元件，在觸摸一塊印刷電路板之前，執行工作人員必須自己進行靜電放電，做到這一點最簡單的方法是觸摸一下一個導電接地導體，例如插座的接地線。

3）晶閘管模塊的更換

晶閘管模塊是通過自攻螺絲安裝的，當一個模塊更換時，散熱器支撐表面必須清掃並且在晶閘管模塊上塗上一層新的導熱膏。使用和原來長度相同的公制螺釘和固定件去固定模塊。