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柴油發電機組調速技術

2020-10-16

柴油發電機的調速技術

柴油發電機興起的初期,其轉速控制是通過機械裝置完成的。在這種控制模式下,柴油機反應速度緩慢、控制精确低,調速的可靠性也不高。随着電子技術和控制技術的發展,柴油機可以應用數字控制調速器。與以往相比,數字控制調速器的優點衆多,例如:響應準确、穩定性高且能夠實現快速調速。現在柴油發電機早已經不是噪聲巨大、黑煙直冒污染環境的形象了,它已經成為了一種環境友好型能源技術。所以目前柴油機受到了越來越多專家學者的關注,在更多的生産生活場合也應用上了柴油發電機。

柴油發電機出租.png

在柴油發電機組中,同步發電機的轉子與柴油發動機的曲軸相互接連。這一特征使柴油機組産生的交流電的頻率與柴油發電機轉速是呈現正向比例關系。柴油機的轉速是否穩定很大程度上決定了輸出的電能質量,即電能頻率是否穩定"。所以在一些突發情況下,柴油機轉速是否可以被快速高效調節也是當今柴油發電機組性能提升的标準。這就需要在柴油機調速器上做出創新和調整。

早在1784年,瓦特率先研制出速度控制器。此類調速器是通過機械過程控制可以實現基本的調速任務,并在柴油發電機中實踐應用。在上世紀40年代初,由于液壓裝置的出現和應用,新式調速器誕生了。比較初代的機械調速器,液壓調速器結構上有了巨大的簡化。但由于初代和第二代均為機械部件做關鍵性裝置,機械部件中的慣性滞後,使得響應速度較慢,并且穩定性較差。所以雖然能夠達到一定程度的控制效果,但越來越難以滿足生産中的實際需求。

上世紀60年代開始,随着微電機理論的深入研究,科研人員設計出模拟電子式調速器。模拟電子式調速器與前兩代機器調速器相比,結構上有了本質的變化,它是柴油發電機調速器發展史上的一次重大變革。模拟電子式調速器主要由模拟電子式控制器、傳感器和執行器三部分組成。模拟電子式調速器在發明後的二十年時間裡,逐步取代了傳統的機械式調速器和液壓式調速器,大幅提高了生産效率和質量。通過引入閉環控制系統,以及相比于傳統機械調速器的構成優化,柴油發電機模拟電子式調速器在響應速度和響應穩定性上都有了大幅提高。但由于PID控制器的每個環節都需要用到電路實現,使得通用性很差。

從上世紀80年代開始,随着數字控制技術和計算機技術的進步,一種可以用與工業控制的微處理器——單片機誕生了。基于模拟數字電路和單片機的第四代柴油發電機調速器也随之應運而生。數字式調速器的控制器可以通過對微處理器進行編程來實現其中的控制策略,大大提高了數字調速器的通用型。工作人員隻需要修改軟件和若幹接口,就可以将同一款數字調速器應用于各種型号的發動機上。

目前應用于工業生産的柴油發電機電子調速系統主要有兩種,直列泵控制燃油噴射系統和共軌控制燃油噴射系統。前者通過曲軸齒輪的轉速傳感器對比實際轉速,計算出轉速誤差,并發出偏差信号。不僅要利用智能算法處理收到的信号,還要計算為實現調速目标所需的油門噴油量,然後由執行器來調節柴油發電機的轉速。而後者不需要一般的飛輪調速器,取而代之的是電子控制器。它不需用改動柴油機的基本組成結構,對柴油機速度進行調整的目标可以通過調整微控制器中的控制參數來實現。使用直列泵控制噴射造價低廉,且容易實現;而使用共軌控制燃油噴射,則改變了柴油發電機的結構,設計和制造難度都大大提升。鑒于此,研究人員在直列泵控制燃油噴射系統進行改進。目前調速控制器使用32位微處理器,可以用于實現更加複雜的控制算法,處理數據的速度也得到了提高。此外還擁有更多的外圍接口,擴展能力也有了大幅改進。

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