EN
Prinsippet om tilbakekoplingskontroll i sin grunnleggende form
Lukket-sløyfe-drift: hvordan en regulator kan justere utgangen basert på tilbakekobling i sanntid
En regulator er en enhet som holder en konstant motoromdreiningstall (RPM) ved hjelp av lukkede styrings- og overvåkningsystemer, som for eksempel magnetiske oppdagere eller andre tachometerenheter, for å måle den faktiske rotasjonshastigheten. Regulatorstyringsenheten er en enhet som, for laster som «løper løpsk», overvåker hvordan den faktiske hastigheten avviker fra en forhåndsinnstilt målhastighet. På dette tidspunktet beregner styringsenheten en korrektiv handling og sender et kommando til gassklaff- eller brennselsaktuatorer. For eksempel skjer en RPM-nedgang på 5 % på grunn av lasten, og brennselsmengden økes øyeblikkelig innen millisekunder. Denne tilbakemeldingscyklen løser kontrollproblemet i lukkede systemer, og tilbakemeldingssignalene kompenserer for ekstra uforutsette variabler, som friksjon eller temperaturdrift, som påvirker regulatorhastigheten. Tilbakemeldingsbasert hastighetskontroll er svært viktig for generatorapplikasjoner, der RPM-avvik på bare ±0,25 % vil føre til variasjoner i strømfrekvensen.
De tre grunnleggende elementene i en regulator som er nødvendige for at den skal fungere på en stabil måte
Komponentene som kreves for et stabilt hastighetskontrollsystem har følgende tre grunnleggende, gjensidig avhengige elementer.
- Innstillingen (setpoint): kalibrert mål-RPM (f.eks. 1800 RPM for 60 Hz-generatorer)
- Feilsignalet: den kvantifiserbare, målte forskjellen som aktivt og kontinuerlig beregnes (med en frekvens på 50–100 ganger per sekund)
- Aktivering (actuation): mekaniske, hydrauliske eller elektroniske systemer som utfører kommando- og brennstoffkontrolljusteringer (ved behov opp til 70 % reduksjon i brennstoffkontrollsystemet) som følge av en overspeed-betingelse.
Hele syklusen for regulatoranordningen opererer samtidig gjennom tre gjensidig avhengige komponenter. En PID-regulator (proporsjonal-integral-derivativ) minimerer systemets responstid og den totale ytelsen til regulatoren, samtidig som den oppnår en total hastighetsavvikelse på mindre enn 2 % ved lastvariasjoner fra 0 til 100 % for å styre regulatoren.
Sentrifugalt hastighetsregulator-mekanikk: Måling av hastighet ved kraftbalanse
Flyvekter: Sentrifugalkraft versus fjærkraft ved ulike omdreininger per minutt (RPM)
Flyvektene roterer og genererer en sentrifugalkraft som er proporsjonal med kvadratet av motorens omdreininger per minutt (RPM). Ved høyere hastigheter overvinnes den resulterende fjærkraften av denne kraften. Som følge av dette beveger vektene seg vertikalt. Ved likevektsposisjonen, der sentrifugalkraften er lik den resulterende fjærkraften, tilsvarer den vertikale posisjonen til flyvektene en innstilt hastighet. For industrielle regulatorer er sentrifugalkraften ved 3 000 RPM 15–20 % større enn den resulterende fjærkraften. På grunn av dette sikres en proporsjonal respons, noe som betyr at når det oppstår en økning i omdreininger per minutt, initieres en korrektiv handling på under 0,2 sekunder på grunn av det grunnleggende prinsippet om kraftbalanse i hastighetsregulering.
Mekaniske forbindelser og gasspedalstyring: Omforming av bevegelse til drivstoffmodulasjon
Den vertikale bevegelsen til flyvevektene presser direkte på en gassarm gjennom et manchet. Dette er en ren mekanisk omforming av bevegelse, og fører til en reduksjon av drivstoffstrømmen med 8–12 % for hver 1 mm manchetbevegelse på dieselmotorer. Et momentforhold på ca. 4:1 til 6:1 er typisk i dette tilfellet. Den viktigste faktoren ved denne konstruksjonen er at den er absolutt feilsikker og ikke krever noen ekstern energikilde. Den roterende enhetens kinetiske energi er mer enn tilstrekkelig til å regulere forbrenningen og opprettholde en konstant hastighet.
Analyse av hastighetsregulatorers respons på overhastighetsforhold
Hastighetsregulatoren reagerer på overhastighetsforhold der bremsevirkningen fra regulatoren er knyttet til hastigheten på overhastighetsforholdet.
Målet her er å opprettholde et bestemt nivå av bremsing, siden overhastighetstilstander kan oppstå som følge av økt belastning på regulatorn når motoren opererer med en regulator, og belastningen på applikasjonen overstiger den konstruerte regulatorbelastningen.
Nåværende begrensninger for hastighetsregulatorer
Begrensningene ved tradisjonelle mekaniske hastighetsregulatorer er de iboende begrensningene i nøyaktigheten til den mekaniske regulatoren, tiden det tar for den mekaniske regulatoren å reagere på lastendringen og hastigheten som regulatoren kan reagere på lastendringen med. Mekaniske regulatorer bruker flyvevekt-systemer og fjær-systemer, som innfører en betydelig mengde mekanisk treghet i regulatoren, noe som igjen fører til at regulatoren har en responsforsinkelse på omtrent (300–500 millisekunder) før den utfører den nødvendige korreksjonen. Dette resultatet betyr at regulatoren vil reagere på alle lastendringer som overskrider designkriteriene på omtrent (1–3 %), og hastighetsregulatoren vil ha en begrenset maksimal hastighet.
Elektroniske hastighetsregulatorer utvider grensene for hastighetsregulatorsystemet ved å bruke mikroprosessorstyrte korreksjoner i hastighetsregulatorsystemet med en oppdateringsfrekvens på ca. 50 millisekunder. Dette gir en uslåelig hastighetskontrollnøyaktighet på ± 0,25 % av målhastigheten. Det gir også kontroll over hastigheten ved plutselig lasttap. Slike hastighetsregulatorsystemer bruker også teknologier som GPS og intelligent hastighetsassistanse (ISA) for geofencede områder (skoleområder, arbeidsområder), der maksimalhastighetskontroll utføres automatisk uten noen handling fra føreren. Telemetri (spesielt diagnostisk telemetri) er også tilgjengelig for prediktiv vedlikehold, og det rapporteres også om drivstoffbesparelser på 4–7 % i de fleste publiserte flåteeffektivitetsstudier.
Vanlegaste spørsmål (FAQ)
Hva er en hastighetsregulator?
En hastighetsregulator er et system som holder motorens omdreiningshastighet (RPM) konstant basert på motorens belastning ved å regulere gassklaffens posisjon.
Hvordan fungerer en sentrifugal hastighetsregulator?
I en sentrifugal hastighetsregulator utløser hastighetsøkningen at flyvevektene trekkes ut av balansen. Dette utløser en gassklaffrespons som er proporsjonal med den utløste fjærspenningen.
Hva er begrensningene ved mekaniske hastighetsregulatorer?
De fleste mekaniske hastighetsregulatorer har begrensninger som skyldes tregheten i de mekaniske systemene, lavere nøyaktighet, langsommere respons og alt sammen i forhold til elektroniske hastighetsregulatorer.
Hvordan forbedrer elektroniske hastighetsregulatorer mekaniske systemer?
Elektroniske hastighetsregulatorer gir også bedre respons tid, høyere presisjon og tilpasningsdyktighet i forhold til mekaniske systemer. Disse regulatorene tilbyr også systemhastighetskontroll under ulike forhold med større nøyaktighet.
