0 前言
ESG1000-J 型电子调速系统其控制器为ESC100A 型与浮创生产的C1000型相同，目前该类型电子调速器系统广泛应用于船用TBD234型系列柴油发电机组的转速控制，在长期的使用过程及等级修理期间不可避免的会遇到各种故障[1]。当柴油机发电机组出现调速故障时，维修人员如何较为准确快速的判断出电子器调速控制系统故障点，将有利于确保航行供电安全和提高维修工作效率。
1 基本结构与工作原理
1.1 电子调速系统的主要组成部件
ESG1000-J 型电子调速系统的主要组成部件有主控制器盒、电磁执行器、测速传感器，另外还包括电源开关、高低速转换开关、连接电缆插头等，这些部件通过电缆连接在一起便组成一套完整的发电机组转速闭环控制系统。
1.2 电子调系统的工作原理
系统原理框图如图1所示，发电机组的期望转速由转速
船舶发电机ESG1000-J 型电子调速系统的故障分析
刘 斌
（中国人民解放军第四八零一工厂，广东 广州510715）
摘 要 ：介绍船舶发电机ESG1000-J 型电子调速器的工作原理、PID 参数调整方法，选取三种故障实例进行分析和处理，指出该类型调速器提高使用寿命的改进意见。
关键词：ESG1000-J 型电子调速器；PID 参数调整；电磁执行器
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A DOI:10.19727/jki.cbwzysc.2021.04.015
［引用格式］刘斌.船舶发电机ESG1000-J 型电子调速系统的故障分析[J].船舶物资与市场,2021,(4):40-42.
收稿日期：2021-03-03
作者简介：刘斌（1982-），男，学士，电气工程师，研究方向为电气设备维修管理。
2 PID 参数调整
TBD234型系列柴油发电机组的转速控制系统稳定性一般受机械系统、调速系统、调压系统及负载扰动
等因素影响。
第29卷 第4期2021年4月V ol.29 No.4Apr.2021
船 舶 物 资 与 市 场
MARINE EQUIPMENT/MATERIALS & MARKETING
图1 ESG1000-J 型电子调速器基本结构图
图2 系统原理框图
控制器盒上的怠速电位器、额定转速电位器和转速微调电位器来设定，并经过延时电路处理为稳定的直流电压信号；测速传感器安装于发电机组的飞轮齿圈部位以获得与发电机组实际转速成比例的转速脉冲信号，该信号经过断线保护电路判断是否符合要求，如果不符合要求调速器会停机保护，如正常则该信号经过F/V 频压转换电路转变为直流电压信号与转速设定值电压信号比较后得到一个转速偏差电压量，而后送到第Ⅰ级PID 调节器经过微分、增益和稳态调速率电位器的参与调整后得出的控制信号[2]，再与油量位置反馈值进行比较后，便得到机组实际油量位置偏差量，再送到第Ⅱ级PID 调节器经放大驱动电路和最大油量设定后，便得到稳态控制电量去控制功率三极管向电磁执行器输出驱动电流，控
制执行器来拉动喷油齿条改变机组供油量。
刘斌，等：船舶发电机ESG1000-J 型电子调速系统的故障分析第4期· 41 ·
图3 控制器外形图
图4 稳定域示意图
转速控制器盒上将怠速设定电位器名称标记为“低速”用于调整机组的怠速转速1000 r/min ，额定转速设定电位器名称标记为“高速”用于调整额定转速1500 r/min ，在调整“高速“电位器时，应打开转速控制器盒，观察确保微调电位器传动杆突点在中间位置，以确保发电机组在额定转速下同时具有上下相同的调速范围[3]。另外机旁控制箱设有“加/减速“开关，通过控制调速器内部的一个小电机的旋转方向带动微调电位器转动改变其输出电阻值，实现转速微调。控制器盒上的“速降”、“增益”以及“微分”电位器则用于稳态调速率和动态响应特性的调节，以保证调速系同时满足机组稳态和动态特性的使用要求[4]。
2.1 稳定性及动态特性调整
调速系统的稳定性及动态特性的调整是通过“微分”和“增益”电位器来调节，以TBD234V6和TBD234V8型柴油机为例，一般将“微分”电位器置于9点至10点钟方向，“积分”电位器置于2点至3点钟方向，调速系统会同时具有较好的稳态和动态特性[5]
。系统说明书要求转速波动率为≤0.4%即6 r/min 以内，试验时一般通过频率表来观察调速系统的稳定性，频率表波动≤0.2 Hz 即符合系统的转速波动要求，不会对发电机组调压系统的稳定性造成明显影响。实践中发现该调速系统稳定时的频率表波动均≤0.1 Hz ，所以在稳定性调整时应注意[6]
。一般调整方式是当转速有高频游车时先适当减小“增益”，如状态仍未改善再适当减小“微分”；若转速有低频游车先适当增大“微分”，如状态仍未改善再适当增大“增益”。
在稳定域示意图中，微分和增益在阴影区域时，表示系统稳定，小于低增益稳定线，系统将发生低频游车；大于高增益稳定线，系统将发生高频游车。在保证系统具有一定稳定余度的前提下，微分和增益应接近高增益稳定线，确保电子调速器具有优良的动稳态调速指标。通过实践证明：微分、增益的稳定区域大约是在9点到3点位置。
一般情况下，若发动机大幅度剧烈高频游车，将微分置于11点方向，逆时针适当减小增益；若发动机缓慢低频游车，将微分置于12点钟方向，顺时针适当增大增益。由于控制对象——发动机的特性差异很大，在电子调速器稳定性调整时
参考下述方法：
①对于气缸数等于或小于四缸的小功率柴油机，微分置于9点至11点方向，将增益从10点钟方向开始逐渐增大至2点方向，在此范围内寻稳定工作点。
②对于气缸数等于或大于六缸的柴油机，微分置于11点至1点钟方向，将增益从11点钟方向开始逐渐增大至3点钟向，在此在此范围内寻稳定工作点。
为检验上述调整是否达到系统的稳定工作点，应对调速系统施加扰动，视其能否迅速恢复稳定，简单的办法是：适当用力触动一下电磁执行器输出端，发动机转速出现剧烈波动后应能迅速稳定，否则，应适当减小增益。
2.2 动态指标调整
在进行100%额定负载至0%额定负载突卸时，应通过微分、增益的精细调整，寻系统最佳工作点。寻该工作点时，可参考下述方法：先将微分置于10点钟方向，将增益置于2点至3点钟方向，发动机很可能出现高频游车现象，此时，逆时针逐渐减小微分，直至发动机稳定为止。如上述调整仍然不能达到调速指标要求，可适当再增大增益，重复上述步骤。
2.3 稳态调速率调整
发电机组在进行100%负载试验时，应通过转速控制器上的“速降”电位器，调节其稳态调速率，其顺时针方向为稳态调速率增大方向。以TBD234V6型150 kW 柴油发电机组为例，稳态调整率要求为≤3%，即频率变化≤1.5 Hz ，在调节时应注意改变“速降”电位器会同时对空车转速设定值有影响，所以在满载时调整“速降”后需要再次转到空载观察发电机组的额定转速变化，并调整“高速”设定，然后再次加满载试验，根据图示稳态调速率计算公式，计算稳态调速率，重复上速加载试验，直到符合要求为止，推荐调整满载时频率下降为1.2 Hz
即可。
式中： n f 为机组额定转速；n i 为卸除全部负载后的稳定转速。
n i n i δ
n n r
n r
n r
P/KW
船舶物资与市场第29卷第4期· 42 ·
2.4 调速时间的调整
在电子调速器的控制盒里一般会装有一个电位器R1，用于调整电控微调电位器调速速率，调速时间以两个限位开关动作为起止计算，通过实践一般调整大约为35秒。凡是装有电位器R1的控制器，在维修时应特别注意，应同时将所有发电机组的调速时间调为一致。
3 实例分析与处理
发动机调速器3.1 实例分析一
故障现象：厂修期间发电机组进行台架试验，启动后怠速 1000 r/min 工作正常，转额定转速后出现转速无规律波动，通过调整微分和增益电位器均无法排除故障。
分析处理：转速波动是电子调速器系统的多发故障，在整个转速闭环控制过程中，任何一个环节出现问题均会引起此类故障的发生。一般来说需要对以下几项进行逐一检查：①电调控制器供电电源是否稳定，电源的不稳定原因主要是是受充电电机的影响，可以用蓄电池单独为控制器供电来验证；②转速传感器反馈的信号电压幅值是否符合要求，机器在额定转速下用万用表测量控制器的接线柱5、6两点，有3V/AC以上即可，否则需要停机后检查测速传感器，确保测速传感器头部无吸附的铁锈等异物且与齿顶之间的间隙应为0.4~0.8 mm；③怠速/额定转速转换开关是否接触不良，机器在额定转速下用万用表mV档测量控制器的接线柱5、6两点，应当小于16 mV且稳定无波动；④转速微调电位器是否接触不良，停机断电后用万用表电阻档测量接线柱9、10两点，用手拨动电位器传动杆，测量在两个起止限位器之间，其阻值应从130~700Ω均匀变化，且通过适当用力拉扯电位器的焊接线判断是否有虚焊；⑤电磁执行器是否存在故障，通过更换电磁执行器来判断，也可以拆解执行器检查反馈电位器（型号WDD35D-4，5 kΩ）和传动片是否完好；⑥线缆插头是否接触不良，主要检查执行器和测速传感器的插头内的插
针和插座是否有损坏，插头能否插到位；⑦环境温度过高，应确保调速器与电磁执行器的通风散热良好，此型调速器的稳定工作温度为-5℃~+55℃，电磁执行器的稳定工作温度为-5℃~+100℃，当温度过高时调速系统会出现工作不稳定，造成转速波动现象；⑧电调控制器本身是否存在故障，如通过前7项检查均未排除故障，可更换电调控制器。通过检查引起本次故障的原因是第③项怠速/额定转速转换开关接触不良。
4.2 实例分析二
故障现象：在自动电站操纵模式下进行2台发电机并车供电时，当负载变化时，两机出现有功功率分配不均，稳定时间过长的现象。
分析处理：出现此类故障时应从两个方面分析，一是两台柴油机稳态调速率不一致，二是柴油机调速过快，引起自动功率分配器出现超调现象，使得功率自动分配稳定时间过长。稳态调速率的调整可参照本文3.2内容进行，柴油机调速过快的调整则需要停机后参照本文3.3内容对调速时间进行检查。
3.3 实例分析三
故障现象：系泊试验中发电机组运行中自动停机。
分析处理：通过工作原理图可以看到，此型调速器的停机是通过关断电源实现停机的，而说明书中指出
该调速器也设计有当检测不到转速信号时自动进行保护停机的功能。所以当出现发电机组运行中自动停机的现象时，应当检查电调的电源供电回路是否有接触不良，检查紧固各接线柱防止松动，检查各插头是否有接触不良，特别是测速传感器的插头，而此故障经检查正是测速传感器插头松动接触不良，导致电子调速器自动停机。
4 结语
ESG1000-J型电子调速器的电磁执行器是该类型调速器的故障率发生较高的部件，其内部的易损件主要为反馈电位器和传动片，因其长期往复的机械运动使得反馈电位器磨损老化和传动片疲劳断裂损坏，为提高该类型调速器的寿命，建议将油量信号的反馈方式改为非接触式的信号反馈方式，将大大提高该型电子调速器的稳定性和使用寿命。
参考文献：
[1]朱永欣，张晓锋，黄靖.基于功率调节裕度的船舶汽发机组非线性控制切换策略[J].中国电机工程学报,2020,40(19):6354-6364.
[2]许鹏，李楠，王艳红，王先宏，张鹏.不同运行工况下船舶电力系统的负载响应特性研究[J].舰船科学技术,2020,42(04):91-93.
[3]张宇航，袁强，黄锦杰.特殊推进动力船舶EEDI能耗指数计算分析与研究[J].机械工程师,2019(08):24-27+31.
[4]吴本祥，张晓锋，张超，刘少帅，徐国顺.六相整流发电机接地方式对船舶中压电力系统谐波影响[J].电力系统保护与控制,2019,47(23):92-99.
[5]洪世勇.舰船发电机组计算机测试系统的通信技术与控制技术研究[J].舰船科学技术,2019,41(10):76-78.
[6]王锋，黄建涛，郭骏纬，姚望.基于ETAP软件的船舶侧推大功率电动机起动仿真分析[J].船舶设计通讯,2019(S1):98-104.
发布评论