CN2366566Y - 电控柴油机调速器 - Google Patents

Abstract

一种采用电子电路控制,利用电磁力作为执行动力的电控柴油机调速器,属电子技术及柴油机制造技术领域。其特征是:主发电机(F2)、测速发电机(F1)与控制电路相连,主发电机(F2)定子与传动机构及调速弹簧(18)相连。具有性能优良,成本低廉,功能完备的特点,适用于各种柴油机。

Description

电控柴油机调速器

本实用新型涉及的是一种采用电子电路控制，利用电磁力与弹簧弹力作为执行动力的柴油机调速器，属于电子技术及柴油机制造技术领域。

目前，柴油机广范采用的是离心式机械调速器和液压调速器。离心式机械调速器，结构简单，制造成本低，但它的各项动、静性能指标较低，难以应用于对调速性能指标要求较为严格的柴油机；液压调速器具有调速精度高，执行力矩大等优良性能，但它存在着结构复杂、加工精度高、拆装调试不便、制造成本高等缺点，难以在大范围内普及使用。

本实用新型的目的是提供一种采用电子电路控制用电磁力执行的电控柴油机调速器，该调速器无需辅助电源，可直接替换现有的离心式机械调速器和液压调速器。

接下来，结合附图2介绍本实用新型的目的的实现方法。

我们知道，发电机在运转状态下，其定子与转子间相互作用的电磁力是随发电机对外输出电力的强弱而显著变化的。当对外输出电力强时，定子与转子间的电磁作用力大；当对外输出电力弱时，定子与转子同的电磁作用力小。本柴油机洞速器正是利用发电机的这一特性进行工作的。该调速器由主发电机F2、测速发电机F1、控制电路、传动机构、弹簧18及外壳17构成。柴油机动力由动力输入端，进入调速器并驱动主发电机F2的转子高速旋转，发电机F2的定子固定于传动机构一端，该传动机构与可压缩的弹簧18相接触，该弹簧的另一端固定于外壳17上，主发电机F2的电力输出端与控制电路电源输入端相连，该控制电路接有一个大功率负载电阻，测速发电机F1随柴油机同步旋转，其转速电压输出端与控制电路相连，当柴油机转速与控制电路设定的转速相同时，控制电路根据测速信号为负载电阻提供的电流是不变的，主发电机F2定子上的电磁力固定不变，该电磁力通过传动机构与弹簧弹力平衡，传动机构不动作，柴油机供油量不变，柴油机保持在该转速下运转；当柴油机转速低于电路设定转速时，根据测速信号的变化，控制电路会自动减小主发电机F2为负载电阻提供的电流，主发电机定子上的电磁力减小，该电磁力与弹簧弹力间的平衡被打破，传动机构由弹簧18推动向加油方向运动，柴油机增油加速，当柴油机恢复到设定转速后，电路会根据转速信号，使主发电机F2向负载电阻输出的电流不再减小，主发电机F2定子上的电磁力不再变化，该电磁力通过传动机构与弹簧18的弹力达成新的平衡，使柴油机供油量不再变化，转速又稳定在原设定转速上；当柴油机转速高于控制电路设定转速时，其调整过程刚好相反，控制电路会根据转速信号增大主发电机F2向负载电阻提供的电流，从而使主发电机F2定子上的电磁力加大，弹簧18被进一步压缩，传动机构向减油方向运动，柴油机转速下降，当柴油机恢复到设定转速时，控制电路根据转速信号不再改变主发电机F2向负载电阻输出的电流，主发电机F2定子上的电磁力不再变化，并与弹簧弹力达成新的平衡，传动机构不再动作，柴油机供油量不再变化，其转速又稳定于设定转速上，这里，控制电路设定的转速不同，柴油机稳定运转时的转速也不同，两者始终保持同步。

下面，结合附图，进一步说明本柴油机调整速器的目的实现方法：

图1、是本实用新型的电原理图。

图2、是本实用新型的原理简图。

图3、是适用于6160A型柴油机的电控柴油机调速器示意图。

图3中：1指示控制盘 2连接轴销 3调速齿条 4滑杆轴销 5调速滑杆 6直角形拨叉 7定子铁芯 8线圈 9转子 10测速齿轮 11测速发电机 12定子端盖 13增速齿轮 14增速轴 15主动齿轮 16动力输入轴 17外壳 18调速弹簧 19应急手柄 20调速拨杆 21从动调速轴 22从动齿轮 23销轴 24带孔支座 25传动齿轮 26主调速轴 27滑环28电刷 29电路 30电路仓 31导线

下面，参照图2对图1所示电路的工作原理加以祥细说明：

该电路的电源输入端与主发电机F2的电力输出端相连，由F2输出的交流电D15至D18四个二极管整流变为直流电后，经电容C7滤波进入由BG6、R24、R23、D14组成的稳压器输入端，(R23是为了减小三极管BG6上的负荷)经该稳压器稳压后，得到一个较为平稳的直流电，该直流电经稳压集成块IC2进一步稳压，电容C4滤波后通过电阻R11为运算放大集块IC1提供稳定的正向工作电压，变压器B从F2输出端取出交流电压后，输出一个与主发电机F2相隔离的交流电，该交流电经二极管D13整流、电容C6滤波后，变为平滑的直流电，该直流电经由BG2、D12、R19构成的稳压器初步稳压、稳压集成块IC3进一步稳压、电容C3滤波后，通过R13为IC1提供稳定的负工作电压，运算放大集成块IC1与电阻R6、R8、R10、R12共同构成一个高共模抑制比的集成电压放大器。(以下简称集成放大器)该集成放大器能放大两输入端中较小的差模电压，并抑制很大的共模电压。由D2与R5串接构成的简单稳压器接于IC2输出端与地之间，在稳二极管D2两端得到一个极为稳定的电压，电位器W两固定端分别串接R7、R9，后接于D2两端，电位器W的滑动端接集成放大器反相输入端，当可调电阻R7、R9固定后，电位器W两端的电压便固定了下来。调节W可改变集成放大器反相输入端的电位，这里电位器W用于设定柴油机转速，可调电阻R7、R9分别用于设定上、下限转速范围。测速发电机F1输出的柴油机转速电压由电容C1滤波变得较为平滑后，经可调电阻R2输入到集成放大器的同相输入端。V1用于指示转速。柴油机作定速运转时，由F1经R2输送到集成放大器同相输入端的电位总是略高于该放大器反相输入端由W设定的电位，(二者间的差值很小，相对于转速电压可忽略)该电压差经集成放大器放大后经D11、R14、R15为由BG4、BG5组成的大功率复合三极管(以下简称复合三极管)基极提供驱动电压，使复合三极管向大功率负载电阻R21提供适当电流，此时，主发电机F2定子上的电磁力通过传动机构与弹簧弹力平衡，传动机构不动作，柴油机运转于设定的转速上；当柴油机转速升高时，调速发电机F1输出电压增高，集成放大器同相输入端的电压增高，该放大器为复合三极管提供驱动电压增大，复合三极管向R21输出的电流增大，同时，主发电机F2输出电流增大，其定子上的电磁力增加，该电磁力通过传动机构与弹簧弹力间的平衡被打破，传动机构由电磁力推动向减油方向运动，柴油机转速下降，随着转速的下降，测速发电机F1输出的转速电压开始回落、集成放大器及复合三极管输出电流减小，R21上的电流减小、主发电机F2定子上的电磁力有所减小，使供油量减小的速度放慢，上述调整过程随柴油机转速向设定转述靠近而逐步减慢，当柴油机转速回落到设定转速时，调整过程结束，主发电机F2定子上的电磁力通过传动机构与弹簧弹力达成新的平衡，传动机构不再动作，柴油机又稳定在原转速上。由于新的平衡位置柴油机供油量比调整前小，说明此时主发电机F2定子上的电磁力比调整前大，进而说明此时输入到集成放大器，同相输入的转述电压比调整前高，转速比调整前高，但由于集成放大器的放大倍数很高，所以实际增加的转速及及转速电压极小，相对于设定转速可以忽略。当柴油机转速低于设定转速时，测速发电机F1输出的电压降低，集成放大器同相输入端的电位下降，复合三极管向R21输出电流减小，F2定子上的电磁力减小，该电磁力通过传动机构与弹簧弹力间的平衡被打破，传动机构在弹簧弹力作用下向加油方向运动，柴油机转速上升，随着转速的上升，F1输送到集成放大器同相输入端的电压开始回升，复合三极管向R21输出的电流开始增加、主发电机F2定子上的电磁力增加，供油量的增加速度放慢。上述调整过程随柴油机转速向设定转速靠近而逐渐减慢，当柴油机转速达到设定转速(事实上有微小的降低)时，调整过程结束。主发电机F2定子上的电磁力与弹簧弹力达成新的平衡，使柴油机运转于设定转速上。集成放大器电压输出端经二极管D11接于可调电阻R14一端，该电阻另一端同时接有电容C5及电阻R15，其中C5的另一端接地，R15的另一端接复合三极管基极。调节R14可改变C5的充放电时间。当集成放大器输出电压急骤变化时，由于C5的两端电压变化较慢，从而使复合三极管的输入电压变化放慢，这样使柴油机的调速过程变得较为平稳，并防止出现调速过当。由R1、R2、R3、R4、BG1、C2构成的电路用于调节柴油机转速的不均匀度，其工作原理如下：由于集成放大器输入阻抗很高，所以可调电阻R2上的电流近似等于BG1输出电流。当F1输出电压稳定不变时，C2两端电压不变，则R2上的压降不变；当F1输出电压升高时，C2充电、BG1基极电位升高，R2上的压降增大，由于C2有贮电能力，所以在转速调整过程中BG1基极电位始终高于F1输出电压变化前的水平，R2上的电流及压降也大于F1输出电压变化前的水平，从而降低了F1输入到集成放大器同相输入端的电压，使柴油机调整后的转速相对高于调整前的转速；当F1输出电压降低时，C2放电，BG1基极电位下降、R2上压降减小。由于C1放电，所以在转速调整过程中，BG1基极电位始终低于F1输出电压变化前的水平，R2上的压降减小，从而相对提高了F1输入到集成放大器同相输入端的电压，使柴油机调整后的转速低于调整前的转速，这里，可变电阻R2的阻值越大，其两端电压变化越显著，柴油机转速调整前与调整后转速差异越大，柴油机转速的不均匀度越大；当R2等于零时，集成放大器同相输入端的电压等于F1输出电压，不均匀度为零。D5至D8四个二极管用于保护IC1。D9、D10分别用来保护稳压集成块IC2、IC3.D3与D4串接后，接于集成放大器同相输入端和复合三极管电压输入端，D4稳压值为柴油机在允许的最高转速下F1输出电压值，若F1输出电压超过该值时，D4导通，F1输出电压会经R2、D3、D4、R15直接进入复合三极管基极，使复合三极管向R21输出强电流，这时F2定子上的电磁力会急骤加大，柴油机立即减速，防止事故发生，同时，发光二极管D3会因有电流通过而发光，因此，D3与D4分别起报警指示和超速保险作用。可调电阻R16一端接IC2输出端，另一端接复合三极管基极，它能向复合三极管基极提供一个恒定的电流，从而使复合三极管为R21提供一个恒定的电流，这使主发电机F2定子上的电磁力最小值受到控制，柴油机的最大供油量受到制约，改变R16的阻值，可调整柴油机的最大供油量，因此，R16起负荷限制作用。由于R21通过的电流越大，其两端电压越高，柴油机供油量越小，负荷越轻，所以R21两端电压与供油量成反比关系。BG3、R17、R18、R20共同构成一个反比例放大器，该放大器以R21两端电压作为输入电压，电压表V2从R20两端取出的电压与R21两端电压成反比关系，所以，电压表V2指示的电压值与柴油机供油量成正比关系，由此可知V2在这里起负荷指示作用。AN是停车按钮，它与大功率，低阻值的电阻R22串接后，接于电源两端。当AN按下后，因R22阻值较小，通过电流很大，所以主发电机F2进入满负荷，甚至超负荷输出状态，其转速立即下降，直至停车。起车时，因F2无电流输出，其定子上的电磁力为零，在弹簧弹力作用下，柴油机供油量处于最大位置。

通过上述原理可知，本柴油机调速器具有调速性能优良，功能完备，制造成本低，无需辅助电源，便于实现遥控及自动化控制的优点。

接下来，结合图3介绍本实用新型的实施实例：

柴油机动力通过输入轴16进入调速器，动力输入轴16因定有主动齿轮15，由该齿轮驱动增速齿轮13及测速齿轮10(增速环节用于提高发电机效率)，因转子9，增速齿轮13分别固定于增速轴14两端，所以转子9随增速齿轮13高速旋转。线圈8固定于定子铁芯7上，定子铁芯7固定于定子端盖12上，定子端盖12固定于主调速轴26上，主调速轴26另一端固定有传动齿轮25，由它驱动直径较大的从动齿轮22(这一环节可增大执行动力)，与增力齿轮22固定的从动调速轴21两端分别固定有调速拨杆20及应急手柄19，该手柄作为紧急情况下操作之用，调速拨杆20带动直角形拨叉6的一端并使之上、下摆动，由于直角形拨叉6被销轴23铰接在带孔支座24上，所以直角形拨叉6的另一端左、右摆动，并驱动固定于调速滑杆5上的滑杆轴销4及滑杆本身左、右移动，可压缩的调速弹簧18一端顶在调速滑杆5上，调弹簧另一端顶在外壳17的凹槽内，调速滑杆5的另一端通过连接轴销2与调速齿条3相连。电路29处于封闭的电路仓30内，发电机的输出电流通过导线沿主调速轴26进入固定在该轴上的滑环27中，滑环27与电刷28相通，电刷28通过导线与电路29相连，调速信号及指示控制盘1上的各种电信号与电路29的联系都是通过导线31传递的。本实例采用图1所示电路。该实例的技术号数如下：转速控制范围    300-800  转/分不灵敏度        ≤0.1％稳定调速率      ≤0.5％不均匀度         0-20％

Claims (4)

1、一种由主发电机(F2)，测速发电机(F1)控制电路，传动机构，弹簧(18)及处壳(17)构成的电控柴油机调速器，其特征是：主发电机(F2)的转子(9)与调速器的动力输入端相连，主发电机(F2)的定子固定于传动机构一端，该传动机构另一端与弹簧(18)接触，该弹簧的另一端固定于外壳(17)上，主发电机(F2)电力输出端与控制电路电源输入端相连，该控制电路接有一个负载电阻，测速发电机(F1)电压输出端与控制电路相连。

2、根据权利要求1所述电控柴油机调速器其特征是：控制电路中测速发电机(F1)电压输出端通过可变电阻(R2)、电阻(R6)与运算放大器(IC1)同相输入端相连，电位器(W)两固定端分别串接可调电阻(R7)、(R9)后接于稳压二极管(D2)两端，电位器(W)的滑动端通过电阻(R8)接大运算放大器(IC1)的反相输入端上。

3、根据权利要求1所述电控柴油机调速器其特征是：控制电路中运算放大器(IC1)电压输出端通过二极管(D11)接有一个可调电阻(R14)，该电阻另一端同时接有一个电容器(C5)及电阻(R15)，其中(C5)的另一端接地，(R15)的另一端接三极管(BG4)基极。

4、根据权利要求1所述的电控柴油机调速器其特征是：控制电路中可变电阻(R16)的一端接于稳压集成块(IC2)的电压输出端，该可变电阻的另一端接三级管(BG4)基极。

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