柴油机气缸冷却水温度控制系统

1、柴油机气缸冷却水温度控制系第四章柴油机冷却水温度控制系统概述III柴油机装置中的冷却循环，是指在系统中的 介质从柴油机或装置中吸收了热量而提高温度 后，再经冷却器放出热量使温度降低，然后回到 柴油机或装置中去。在中、小型柴油机装置中， 只有缸套冷却水和滑油系统的温度需要调节。而 大功率柴油机装置管路系统复杂，需要进行温度 控制的参数，除缸套冷却水和滑油系统外，尚有 活塞冷却系统，增压空气冷却器的冷却水系统、 喷油嘴冷却系统，以及冷却淡水及滑油的舷外水 冷却系统等。柴油机运行时，气缸套和缸盖必须用淡水来 冷却。总是希望把冷却水温度维持在设备说明书 所规定的数值上，这对柴油机安全、可靠和经济 地运

2、行十分重要。如果冷却水出口温度过高，则 缸套内温度就高，油膜容易蒸发，加剧缸套的磨 损；使缸套和缸体所形成的冷却水腔接合处的橡 胶密封圈损坏；还会使燃烧时的过量空气系数减少，略微降低指示功率和效率。如果冷却水出口 温度过低，又会使散热损失增加；特别是缸套内 外温差太大，会导致热应力增大，时间一长容易 出现裂纹；当使用含硫的燃油时，由于缸壁温度 较低，燃气中的二氧化硫、三氧化硫可能会形成 亚硫酸、硫酸，使缸套等受到腐蚀。三r=i冷却水温度的控制方法通常是釆用三通调 节阀把气缸冷却淡水分成两部分：一部分通过淡 水冷却器，用海水冷却淡水使其温度降低；另一 部分不通过淡水冷却器，与经过冷却的淡水混 合

3、，然后进入柴油机气缸的冷却空间。若冷却水 温度高于给定值，则开大主阀，增加通过淡水冷 却器的淡水量；关小旁通阀，减少不经冷却器旁 通的水量，使冷却水温度降回到给定值。若冷却 水温度低于给定值，则关小主阀，开大旁通阀， 减少经冷却器的水量，使冷却水温度回升到给定 值。控制这两部分水量比例大小的部件是三通调 节阀，也是该控制系统的执行机构。in冷却水温度自动控制系统根据测温元件的 位置不同有两种控制方案：一种方案是把测温元件装在柴油机冷却水 进口管路上，测温元件的输出信号与冷却水进口IllIIIIII温度成比例地变化。测温元件的输出信号送入调 节器，调节器把冷却水温度的给定值和测量值相 比较得到偏

4、差值，然后按照某种作用规律输出控 制信号到执行机构，从而改变三通调节阀的开 度，把冷却水的进口温度控制在给定值或给定值 附近。但冷却水的出口温度会随柴油机的负荷而 变化。在超负荷运行的情况下，会产生冷却水出 口温度过高的现象。另一种方案是把测温元件装在柴油机冷却 水出口管路上，这时可把冷却水出口温度控制在 给定值或给定值附近。但是，进口温度会随柴油 机负荷而变化，特别是当柴油机负荷突然增大 时，冷却水的进口温度会明显降低。第一节直接作用式冷却水温度控制系统直接作用式温度调节器的类型很多，结构各 不相同，但它们的基本工作原理是一样的。它们 都不需外加能源，而是根据测温元件内所充注的 工作介质的压

5、力或体积随温度成比例变化的原 理而工作的。这一压力或体积的变化直接动作三 通调节阀，改变经冷却器的淡水流量和旁通的淡 水流量，从而控制冷却水的温度。Ill直接作用式控制系统把测量单元、调节器和 执行机构都组装在一起，成为不可分割的整体。 直接作用式温度调节器结构简单，只能实现比例 控制，PB不能调整，最大动态偏差emax、静态 偏差£较大，控制精度很低，误差较大。图4-1所示的是通常用在柴油发电机组冷却水温度自动控制系统中的WDT-52型淡水温度 调节器原理图。从柴油机出来的高温冷却水进入 调节阀，由此分成两路：一路进冷却器，另一路 经旁通流道重新与冷却器出来的水混合，然后回 到柴油

6、机冷却水循环泵入口，如此完成循环。当 出水温度增高时，调节阀自动增加通过冷却器的 水量；当出水温度降低时，又自动减少通过冷却 器的水量，这样就可以维持较恒定的水温。此调 节阀的作用就是自动按水温来改变通过冷却器 的水量和旁通水量的比例。在调节阀中有一个密封的波纹管盒4,其中充入某种低沸点的液体（如乙醵、丙酮等），但 并不充满。波纹管盒内的空气已排除，盒中只有 液体的蒸汽。液体的饱和压力与其温度的关系是 由液体本身性质所决定的。由柴油机出来的高温冷却水包围着充有低沸点液体的波纹管，使其内部液体达到与冷却水同样的温度。液面上的蒸汽压力为液体在此温度 下的饱和压力。冷却水温度愈高，饱和压力愈高。波纹

7、管是可伸缩的弹性元件，管内的蒸汽压力能 克服波纹管的弹力而使波纹管伸长。水温愈高， 蒸汽压力愈高，波纹管伸得愈长。波纹管底下的 阀杆带动两个阀盘1和3。下阀盘3控制旁通流 道的阀口，上阀盘1控制通向冷却器流道的开 度，因此水温愈高，旁通水量愈小，通向冷却器 水量愈大。调节阀就按这个原理自动改变冷却水 量的分配比例，以实现自动调节温度的目的。这种温度调节阀设计成波纹管内的压力比 大气压力低，故使波纹管一直处于压缩状态。当 波纹管因故障而泄漏时，波纹管立即自动伸长， 使主阀全开，旁通阀全关。这时淡水全部进入冷 却器，保证冷却水岀口温度不致过高。还可以用 手转动螺钉5顶动阀杆2来调整主阀与旁通阀的

8、开度，从而实现温度的手动控制。二 WALTON图4-2所示的是WALTON型恒温阀的结构原理图。WALTON型恒温阀又称石蜡式调节 阀。它由阀体、传动机构、滑板和感温盒组成。IIIInto1=1III1=)III感温盒内充有石蜡混合液作为感温介质。它按力平衡原理工作，利用石蜡混合液的 体积随温度变化而成比例地变化的性质，用体积 膨胀产生的作用力来推动执行机构，改变滑板的 位置来控制冷却水的温度。IIIII!若冷却水温度升高，石蜡混合液体积增 大，感温盒（测量单元）1内的活塞（比较单元） 2下移，再经活塞杆、连杆8以及连杆与滑板5 的较接点10,使滑板5绕轴7逆时针转动一个 角度，减少旁通水量，

9、增加经冷却器的水量，从 而使冷却水温度下降，逐渐向给定值恢复，随着 感温盒内活塞的下移，弹簧（反馈环节）3被压 缩，当感温盒内石蜡混合液因体积膨胀所产生的 向下作用力与弹簧3向上的张力相平衡时，滑板 5停止转动，旁通管口和经冷却器管口的开度不 再改变。冷却水温度又重新稳定在比给定值略高 的值上。当冷却水温度降低时，恒温阀的动作方 向正好与上述的情况相反。hi该调节阀温度给定值的调整，通过调整滑板 5的初始位置来实现的。在实物中，感温盒1、 拖动板9和轴7是紧固在一起的，轴4伸出前端 盖并装一个指针，该指针指示冷却水温度的给定to值，转动指针可取变滑板5的初始位置，即可改 变给定值。对恒温阀进行

10、手动控制时，也是通过 转动轴7改变滑板位置来实现的。恒温阀在运行管理中应注意以几点：(1) 安装时，注意管道对中，上紧连接法兰螺 栓时，用力要均匀，以避免阀体产生变形，造成 滑板5卡阻，使阀动作失灵，导致水温随负荷有 较大的变化。(2) 运行时，每隔3000h要对阀的内部进行 一次检查与清洗，防止污物卡住滑板。拆装时， 一定要将前端盖和整个内部部件结构一起拉出 夹。尤其不得将和传动机构拆开。装复时，上紧 前端盖螺钉后，要通过手操指针来回转动几次(注意：转动指针时不准超过限位销)。若无异 常现象，再将轴4放置于正常运转位置上。IIIIIIIII(3) 运行过程中,若发现冷却水温度不可控地 升高时

11、，首先要检查恒温阀，看是否因它出现故 障所致。检查方法是，手动将通往冷却器的管口 全打开，旁通阀通道全关闭。过数分钟后，如果 冷却水温度下降，则说明是恒温阀有故障，较大 的可能性是感温盒内的石蜡混合液漏泄。若冷却 水温度仍不下降，则说明不是恒温阀的问题，应另找原因。运行中，弹簧3断裂，导致冷却水的 温度不可控地降低。膨胀水柜|冷却器冈WAT TAKT 枯1-感温盒；2-活塞与活塞秆;第二节气动式冷却水温度控制系统对大型低速柴油机冷却水系统，由于阀门尺 寸很大，上述充有低沸点液体波纹管所产生的力 不足以推动大阀门，这时必须采用间接式调节 器。下面介绍一种船用基地式调节器，它把变送、调节、显示等部

12、分都组装在一个仪表壳体内，构 成一台完整的控制仪表。图4-2-1为柴油机冷却 水温度调节系统原理图，即TQWQ型气动温度 三通调节阀。此系统主要由调节器和三通转阀两 部分组成。此调节器是以压缩空气为能源，气源 压力为0.14MPo采用力矩平衡原理工作的反作用式比例调节器。151TCU7C 刑后 141 沁1-温包；2-毛细管；3-测量波纹管；4-主杠1、控制系统的组成及工作原理测量单元是温包1,它是由不锈钢材料制成, 里面充注膨胀系数较大沸点较低的易挥发性的 液体。利用温度内介质饱和压力随温度而变化的 性质，来反映冷却水温度的实际值。温包内压力 的变化经软的毛细管接入测量波纹管3。比例调节器是

13、由角尺形主杠杆4,及作用于 主杠杆4上的测量波纹管3、反馈波纹管5、定 值弹簧6、喷嘴8、档板9及气动功率放大器7 等部分组成。由小气缸10、活塞11、三通阀14 组成执行机构。fiv当系统处于平衡状态时，作用于主杠杆4上 的测量力（温包输出的压力信号与测量波纹管有 效面积的乘积）对支点15产生的测量力矩，与 作用于主杠杆4上反馈波纹管5的反馈力对支点 15产生的反馈力矩及定值弹簧6的张力对支点 15所产生的力矩相平衡。主杠杆4稳定不动， 档板与喷嘴之间的开度不变，气动功率放大器7 输出一个不变的稳定气压信号，三通调节阀中的 转阀13的位置固定不变。因喷嘴挡板是一个十 分灵敏的元件，实际上喷嘴

14、挡板间隙仅在极小的 范围内变动，因而定值弹簧力变化很小，所以实Ill际上可认为测量力的变化是由反馈波纹管的压 力变化来补偿。即测量力变小，反馈力增大，反 之亦然。这样通冷却器管口和旁通管口的开度不 变，冷却水温度稳定在给定值上。当系统受到扰动（如柴油机负荷突然变大）, 冷却水出口管路的水温会升高（温包插在冷却水 出口管路中），温包1内的介质汽化加强，通过 毛细软管2使测量波纹管3内的压力升高，主杠 杆4将绕支点15逆时针方向转动。固定在杠杆 左端的喷嘴8将离开挡板9,其背压降低，于是 气动功率放大器输出压力信号减小（测量信号增 大，输出信号减小的调节器叫反作用式调节器）。 小气缸10中的活塞1

15、1在弹簧作用下向上移动， 拉动转阀13逆时针方向转动，开大通冷却器的 管口，关小旁通管口，即经冷却器的冷却水流量 增大，旁通水量减小，使冷却水温度降低，并逐 渐向给定值方向恢复。与此同时，调节器的输出 直接送入反馈波纹管5,使其压力降低，波纹管 收缩，将使主杠杆4绕支点15顺时针方向转动, 这就限制了挡板离开喷嘴，这一动作与测量信号 的动作方向相反，故称为负反馈。当放大器输出 压力减小到使反馈力矩与测量力矩相等（定值弹簧的弹性力矩可忽略不计）时，整个系统就处于 一个新的平衡状态。9测=9反式中，F测、在定值控制系统中，把给定值定为坐标的O 点，则P入=0就是给定值。因此P入就可看做偏 离给定值

16、的温度值。在稳态时，调节器的测量力 矩等于反馈力矩，则有：F反分别为测量波纹管和反馈波纹管的有效面积。11和12分别是测量波纹管和反 馈波纹管中心线到支点15的距离。TQWQ的放 大倍数©黑。2、参数调整TQWQ型气动温度调节器，其比例带是可 以调整的。通过左右移动反馈波纹管5的位置， 改变负反馈强度来实现的。松开反馈波纹管5的 锁紧螺母，沿主杠杆4左移反馈波纹管5,因12 增大，负反馈作用强，放大倍数K减小，比例 作用弱，即比例带PB大。反之，右移反馈波纹管5, 12减小，K增大，比例作用强，比例带PB 减小。通过调整定值弹簧6的预紧力来改变冷却水温度的给定值。如要提高温度给定值，

17、应增大 压升高，经放大器7输出的P出增大，推动小气 缸10中的活塞11下移，使转阀顺时针转一个角 度，关小通冷却器管口，开大旁通管口，使冷却 水温度升高。这样，当系统达到稳态时，冷却水 温度要比原来高。反之，要降低给定值，可扭松 定值弹簧预紧力。它与系统受到扰动，使冷却水 温度升高的动作过程是一样的。系统达到稳态 时，冷却水的温度要比原来的温度值低。定值弹簧的预紧力，使挡板能靠近一点喷嘴，背S'to在操作过程中要注意，每左右移动一次反馈 波纹管，都要把它的锁紧螺母锁紧，然后再让系 统投入工作。第三节电动式冷却水温度控制系统电动式冷却水温度控制系统的类型很多。在 控制系统中，有的调节器采

18、用分立元件，有的调 节器用集成运算放大器构成。MR-II型电动冷 却水温度控制系统，是用集成运算放大器组成的基地式仪表，能实现比例微分控制作用。图4-3-1示出了 MR-II型电动调节器I、开关组U、限位开关皿、过载保护继电器IV、三相交流伺服电机M及由M带动的三通调节阀等部分组成。1ID_ TT TFd rb 沁图中限位开关皿、过载保护继电器IV及三相 交流伺服电机M属于执行机构，装在冷却水进 口管路的三通调节阀上。MR-II型电动调节器把测量、显示、调节各部分以及相应的继电器和开 关元件II都组装在一个控制箱中，并安装在机舱 的集中控制室内。它的测量单元是T802型热敏电 阻，具有负的温度

19、系数，被插在气缸冷却水进口 管路中，其电阻值与冷却水温度的变化成线性关 系。02型热敏电阻在20°C时，电阻值为802 Q ,当被测温度升高时，其电阻值成比例地减小。经分压器分配，就把冷却水温度的变化，成比例 地转换成电压信号。这个温度测量信号一方面送 到指示电路；另一方面与由电位器整定的代表冷 却水温度给定值的电压信号相比较，得到偏差值 £。这个偏差值经比例微分作用输出一个连续变 化的控制信号，并送至脉冲宽度调制器。脉冲宽 度调制器把PD输出的连续变化的控制信号调制 成脉冲信号。若冷却水温度的测量值高于给定值，脉冲信 号使“减少输出继电器”断续通电，其触头SW 断续闭合，

20、三相交流伺服电机M正向断续转动。 电机M经减速传动装置带动两个互成90°的平 板阀转动。一个阀控制旁通水量；另一个阀控制 淡水经过冷却器的流量。当SW】断续闭合时，伺 服电机M将断续地朝逆时针方向转动，关小旁 通阀，开大经冷却器的淡水阀，使冷却水温度降 低。若冷却水温度的测量值低于给定值时，脉冲宽度调制电路输出的脉冲信号使“增加输出继 电器”断续通电，其触头SW2断续闭合。于是 电机M断续朝顺时针方向转动，使冷却水温度 升高。这样，可保证冷却水温度稳定在给定值或 给定值附近。当冷却水温度测量值等于或接近给 定值时，调节器无输出减少”和“增加”输 出继电器均断电。SWi和SW2组合开关

21、均断开, 电机M停转。三通调节阀的开度不变。在“减少输出继电器” SWi和“增加输出继电器” SW2的电路中分别串联了一个限位开关m和一个过载保护继电器IV控制的开关Sr3o若某 些故障使伺服电机m电流过大时，过载保护继 电器动作，使开关Sc断开。继电器SWi和SW2 均断电，切断电机M的电源，保护电机不会因 过热而烧毁。限位开关ni的作用是，当转阀转至 接近极限位置时，触头A断开，切断电机M的 电源使电机停转，以免平板阀卡死在极限位置, 使电机M回行时动作不灵敏，或因起动电流过 大而引起过热。在继电器SW1和SW2的通电回 路中，分别串联了 SW1和SW2的常闭触头Sn 和Sr2,其作用是互

22、相连锁，防止两个继电器SWi 和SW2同时通电。MR-II型电动冷却水温度控制系统是由六块电路板组成。如图432所示。1.电源电路电源电路是由主电源电路MRP板和稳压电源电路MRS板两部分组成。220V交流主电源由 外部接线端8和9接至MRP板。合上电源主开 关SWb 220V交流电经保险丝F1和F2由MRP板上的接线端4和16送到MRS板上的变压器 初级绕组，另一路经“手动自动”选择开关由 接线端8或15,或由11和16接至继电器和开关 装置板MRK,作为“增加输出继电器”或“减 少输出继电器”的工作电源。MRS板上的变压器初级绕组输入的是220V交流电源，两组次级绕组均输出21V交流电压。

23、两个交流电压各自经二级管桥式整流电路、阻容 滤波电路和稳压电路得到两个上正下负的16V 直流电压。将上面稳压器输出的负极与下面稳压 器输出的正极短接并接地。这样就得到对地为+16V、0V和16V的电压，并分别经MRS板上的接线端1、2和3送到各印刷电路板的接线端2、6和18,作为各印刷电路板的工作电源。MRP板上的D2是发光二极管，合上电源主 开关SWi, D2亮，说明电源正常。2输入和指示电路to输入和指示电路如图4-3-2 (一)中的MRB 板所示。(1)输入电路RJIT畑输入电路的作用是进行信号变换，将气缸冷 却水温度的测量值与给定值进行比较，输出一个 偏差值e o它是由测温元件T802

24、型热敏电阻、给 定值调整电位器W和运算放大器TU等元件组 成。带有温度补偿的T802型热敏电阻插在柴油机 冷却水进口管路中，它的两端经外部接线端2和 3接在MRB板上的12和6端。假定R3»Ri、 R2、及T802型热敏电阻的电阻值，则A点的电 位5为：U、=宀''m_xl6 = -冬xl6VRZg 沁+(&+心802T咖 16V图4-3-2 MR-II型电动调节器丁作原理图（一）当冷却水温度升高时，由于T802电阻值减 小而使Ua降低。当冷却水温度从0°C变化到 100。（3时，对应的Ua值从3.5V变化到1.48V, Ua经电阻R3送至运算放大器

25、TU的反相端。B点电位Ub相当于冷却水温度处在给定值时所对 应的电压信号。它是经R4> R5和电位器Wi分 压得到的，并经R6和R8分压送至TUi的同相端。 调整电位器Wi可调整Ub的大小，即调整冷却水 温度的给定值。电容G和C2是滤波电容，滤 掉两个输入端的交流干扰信号。TU】是一个差 动输入运算放大器，差动输入方式可避免导 线上电阻压降（属于共模信号）引起的误差。 其输出信号U15电压为：R& + Rsu 一 R®b 十 R7RQb _ R? "一&+/?/?3(&+心)一瓦=(1 +如果选取卜籌则 4=导5-匕）式中，（UbUa）就是冷却

26、水温度的偏差值。当冷 却水温度高于给定值时，Ub>Ua, Ui5为正极性电压值；当冷却水温度低于给定值时，UB<UA,U15是负极性电压值。可见，TUi的输出U15表示了冷却水温度的偏差值的大小的方向，并送至比 例微分控制电路MRV板。在TUi的反馈回路中, 并联了一个电容C6,它相当于在TUi的比例运算环节中串联了一个惯性环节，其作用是防止电路振荡，提高电路的稳定性。般C6值较小,否则TUi的输出对冷却水温度的变化就不灵敏了。图4-3-2 （一）中SW是内给定与外给定切 换开关，外给定电压信号可以从端子10引进， 内给定电压信号是由R4、R5和电位器Wi分压 线路给出。（2）指示

27、电路指示电路的作用是将被控温度的电压信号 转换为电流信号，并由电流表来指示冷却水温 度的测量值和给定值。它是由运算放大器TU2、 晶体管Ti、反馈电阻和电位器W2、W3、电流表 （温度表）G等元件组成。电流表G的满量程 是01mA,它所对应的温度是0100。C,表 头G的刻度已改为温度刻度。反映冷却水温度实际值的A点电位Ua经转 换开关SW2送至运算放大器tu2的同相端，反 相端的电位相当于PNP晶体管T1发射极的电 位。当冷却水温度升高时，Ua降低，TS输出 信号5降低，PNP晶体管Ti基极电压降低，其 集电极电流增大，电流表（温度表）G的读数增加。随着集电极电流的增大,发射极电位要降低,

28、使5有升高的趋势。这一趋势限制了 Ti集电极电流的增大。当T发射极电位下降到使Ti集电 极电流不再增加为止，这时T6输出U6稳定不 变，电流表读数也就稳定在一个较高的数值上。反之，当冷却水温度降低时，Ua升高，TU2的 输出5也升高，Ti集电极电流减小，表头G的 读数随之减小。Ti集电极电流减小，使Ti发射 极电位升高，这就限制了 5的继续增加。当Ti 发射极电位升高到使Ti集电极电流不再减小为 止，这时电流表读数又稳定在比原来较低的数值上。指示电路也能显示所调整的给定值，把 MRB板上的开关SW2合到上面，则代表冷却水 温度给定值的Ub接到TU2的同相端，表头将显 示给定值。若该值不够满意，

29、可通过对电位器 Wi的调整来改变。调整电位器W2可调整电流表G的零点。在表头G调零前要把5调准，即冷却水温度为0C 时，Ua=3.5Vo这时可在TU2的同相端加一个 3.5V的电压信号，Tlh输出5应使电流表G指 针指零，若指针不指零，例如大于零，说明U6太低，这时应减小电位器W2的电阻值来降低Ti 发射极电位，使TO2输出的电压5升高，使Ti 集电极电流减小，直到电流表指针指零为止。调 零是通过改变Ti发射极电压，即改变TU2负反 馈强度来实现的。调整电位器W3可调整电流表G的量程。零点调好后，在TU2的同相端加一个1.48V的电压 信号，观察电流表G的指针是否指在100°C上,

30、若指示不到100°C,说明量程大了，可调整W3, 使R13与W3并联的等效电阻值减小，即减小其 限流作用，使集电极电流增大，直到指针指在100°C±为止。由于移动量程电位器滑动触点之后会改变仪表的零点，因此必须重新调零。图中SW2是指示选择切换开关。SW2合于 下面，仪表指示冷却水温度的测量值；SW2合于 上面，仪表指示冷却水温度的给定值。III冷却水系统处于稳态时，冷却水的测量值、 给定值、实际值及温度表的指示值都相等。如果 T802对地断路，则温度表指针指示0。C以下, 而冷却水的实际值将不可控地升高。如果T802 对地短路，则温度表指针指示100°

31、 C以上，而 冷却水的实际值将不可控地降低。3比例微分控制电路III比例微分控制电路如图432 （）中MRV 板所示。它是由微分运算放大器TUk比例运算 放大器TU2和综合运算放大器TU3组成。由输 入电路送来的偏差信号U15经阻容滤波之后得到 Ub, Ub代表了冷却水温度的偏差值，并分别送 至TU和TU2的反相输入端。1）微分控制电路微分控制电路是由运算放大器TU、输入电 容C2和电阻R2及反馈网络组成。在电路中如果 没有电阻R2,它是一个理想的微分环节，其输 入5与输出IV的关系为C普-旨；小-获M2警5学式中,Td=R,（l +导）若在输入回路中，加进电阻R2,相当于串联了一个惯性环节，

32、TU就构 成了一个实际微分电路，该电路输出电压IV 极性与输入电压Ub极性相反，其关系式为：& +丄 R，sc22）比例控制电路比例控制电路是由运算放大器TU2、输入电 阻皿及反馈回路组成，其输入5与输出U6” 的关系为：" R +W瓦_&+%）,54 'UB3）比例微分控制电路的综合输出5 _ U：微分控制电路和比例控制电路的输出分别 经电阻Rio和R9加到综合运算放大器Tib的反 相输入端。实际上TU3是一个加法器，若取R9= Rio,则TU3输入与输出的关系为：竿* =-怎;即 6=-景（U： + U：）；(1 +计2+1R ./?p R& +

33、W傀 + M R4 sc、R、= L R& 忑+W( sc2R2 + + Ud5 =-处令k =是比例微分控制作用的放大倍数；调整W1可整定比例带。兀“+卷）晋。是比例 微分控制作用的微分时间，调整W2可整定微分时间。l=il=iTS输岀U5电压的极性与该电路板输入电压 Ub的极性是相同的。冷却水温度等于给定值时, Ub=O, TU3输出U5=0；冷却水温度高于给定值 时，Ub、U5均为正极性；冷却水温度低于给定 值时，UB> 6均为正极性。如果系统受到扰动后，如果温度表指针振荡激 烈，且振荡周期较短，表明PD作用强了，应调 小Wi和W2,增大PB,减小Td。如果温度向给 定值方

34、向恢复很慢，且无波动，表明PD作用弱 了，应增大Wi和W2。4脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路如图4-3-2 （二）中MRD 板所示。它是由Ri和G组成的阻容回路、运算放大 器TU和TUz、二极管DiD8、晶体管Ti和T2 以及其它电阻和电位器等元件组成的。它的作用 是把MRV板送来的连续变化的控制信号调制成 脉冲信号，使“增加输出继电器”或“减少输出 继电器”断续通电，从而使伺服电机按逆时针方 向或顺时针方向断续转动，改变旁通阀的开度，控制冷却水温度在给定值附近。脉冲宽度调制器 产生的脉冲高度不变，脉冲宽度变化且与偏差有 关，用来改变伺服电机的通电时间，具有“时间 比例作用”的特性。如图4-

35、3-3所示。81 nnKAOZ攵-octua(eL|r 8社。n/F 给上bw戦范&8Ip-CTJvrv'ZZ.TPi-i£0Ln?.艰定眼反I /1_Q_Q时问由比例微分控制电路输出的控制信号U5经Ri和Ci组成的阻容回路分别送到TU和TS的 反相端。TUi和TU2的功能是回差不等于零的电 压比较器。通过调整电位器W2,使TU同相端 输入一个较小的正电位,TU2的同相端输入一个 较小的负电位，并使这两个电位的绝对值相等。 这两个绝对值较小的电压值是冷却水温度控制 的不灵敏区。当6变化时，电容C通过Ri或 Wi进行充电或放电。T0和TS的反相输入端 电压与电容Ci充放

36、电中的电压一致。当冷却水测量温度等于给定值时，U5=0；此 时，TD和TU2的反相输入端电压均等于零。而 TU同相输入端是一个较小的正电压，其同相端 电位高于反相端，T5输出为正饱和，二极管 D6和晶体管Ti截止，MRK板的中间继电器 的16V电源不能对地构成通路而断电，其常开 触头Sn断开，“减少输出继电器”断电。TU2 同相端是一个绝对值较小的负电位，同相端电位 低于反相端，TU2输出为负饱和，二极管D5及 晶体管T2均截止，使MRK板的中间继电器Re2 的+16V电源不能对地构成通路而电断，其常开 触头Sr2断开，“增加输出继电器”断电。脉冲 宽度调制电路没有脉冲信号输出，所以图4-3-

37、1 中的组合开关SW1和SW2均断开，伺服电机M 停转。当冷却水温度在给定值附近出现较小的变 化时，即偏差值1U15很小，5也很小，TU和TU2 反相输入端的电压变化很小，不超过其同相端电 压的绝对值时，TU和TU2仍保持原来的输出状 态，伺服电机M仍停转。所以调整TU和TU2 的同相输入端电位的高低，可调整MR-II调节 器工作的不灵敏区。不灵敏区不能调整得太小， 否则伺服电机将会频繁动作，这对电机很不利。 不灵敏区也不能调整得太大，否则，冷却水温度 需要偏离给定值较大的数值，伺服电机M才会 开始转动，在稳态时的静态偏差会很大，使控制 系统静态精度降低，这对柴油机不利。当冷却水温度高于给定值

38、并超过不灵敏区 时，U15和6的极性均为正，经电阻Ri向电容 Ci充电，电容两端电压不断增加，其极性为上 正下负。TU2输出仍为负饱和，T2截止，“增加 输出继电器”仍然断电。T0反相输入端的正极 性电压不断增大,当该电压值高于同相端时,TU. 的输出就由正饱和立即翻转为负饱和，二极管 D6和晶体管Ti均导通。MRK板的中间继电器 Rei通电动作，其常开触头Sn闭合，使“减少输出继电器”通电动作，图4-3-1中的组合触头 SW闭合，伺服电机M逆时针方向转动，关小 旁通阀，开大通冷却器的淡水阀，使冷却水温度 降低。在TU输出为负饱和的情况下，二极管 Di导通，极性为上正下负的电容器Ci经电位器

39、Wi、电阻R5、二极管Di到TUi的输出端进行放 电，电容器Ci两端的电压，即加到TU反相端 的电位不断降低。当其电位降到低于同相端电位 时，TU的输出由负饱和立即翻转为正饱和，D6 和Ti截止，“减少输出继电器”断电，伺服电机M停转。由于TUi输出为正饱和，Di截止，切断电容Ci的放电通路，使输入信号5又经Ri向Ci充电，使TO】反相输入端电位不断增加。 当其反相端电位又高于同相端时，TU输出又变为负饱和,“减少输出继电器”又通电。这样,由于电容Ci的充放电，TUi输出为正、负饱和交替进行，使Ti断续导通减少输出继电器”断 续通电，伺服电机M断续朝逆时针方向转动， 直到冷却水温度下降到给定值

40、附近，即5接近 零时为止。伺服电机的动作规律如图4-3-4所示。在伺服电机断续转动过程中，其转动时间和停转时间取决于两个因素：一个是U5电压值的大小，另一个是电容Cl放电的快和慢。当6>0 即正偏差时，> U2s> U3s,因为充电时间常 数T=R1C为定值，所以根据飞升曲线，充电时 间T1ofl<T2off<T3off,随着调节过程的进行，6越 来越小，执行电机停转时间越来越长。在不改变 放电时间常数T= （W计IU） Ci的情况下，随着 6的减小，放电时间T1on>T2on>T3on,执行电 机转动时间越来越短，MR-II的控制作用越来越 弱，可有

41、效地防止调节过头。总之，则T°ff /、Ton t o当6小于死区时，Ton=0,执行电机不工作；当6太大时，则电容Ci的充电速度 大于其放电速度，Toff=0,电机保持连续转动； 这两种情况为MR-II的极端状态，如图4-3-3所 示。MR-II控制作用的脉冲信号 昭、Toff,既 与偏差U5的大小和变化速度有关，又与调节过 程相适应，这样的调节作用及时、平稳、柔和。 调节电位器Wi的值，就改变放电时间常数T, “则丁匸，电容Ci放电慢，偏差5相同的 情况下，脉冲宽度T°n宽，执行电机转动时间就当温度的测量值低于给定值并超过不灵 敏区时，U15和6均为负极性。TUi输出为

42、正饱 和不变，Ti截止，“减少输出继电器”保持断电。TU2反相输人端电位低于同相端，TU2输出将从负饱和翻转为正饱和，D5和T2均导通，中间继 电器&2通电动作，其常开触头S"闭合，“增加 输出继电器”通电，图4-2-1 （二）中组合触头 SW2闭合,，伺服电机M按顺时针方向转动，开 大旁通阀，关小经冷却器的淡水阀使冷却水温度 回升。当TU2输出正饱和时，D2导通并经R5和Wi向电容Ci充电。当TS反相输人端电位的绝对值小于同相端时，TS立即输出负饱和，D5 和T2均截止增加输出继电器”断电，伺服电 机M停转。同时D2截止切断了与电容G的通 路。在负极性U5的作用下，使电容C

43、i不断放电, 使TU2反相端电位不断减小（负极性电位的绝对 值不断增大），当该电位低于同相端的负电位时, TU2的输出又立即翻转为正饱和，伺服电机M再次按顺时针方向转动。可见，当冷却水温度低 于给定值时，伺服电机M是断续按顺时针方向 转动，直到冷却水温度回到给定值附近为止。同 理，调整Wi可调整电容Ci放电的时间常数T, 即可调整脉冲宽度。当U5<0负偏差时，U5 t则Toff t > Toni ,脉冲宽度窄。图中二极管D3和D4对Ti和T2起连锁作用,即Ti和T2不能同时导通，也就是“减少输出继 电器”和“增加输岀继电器”不能同时通电，以 免电机电源发生短路。如果不灵敏区分压电路

44、的J6V电源断路，则TU2输出恒为正饱和，增加输出继电器一直通电，电机M连续顺时针方向转动，冷却水温度III将不可控地升高。如果不灵敏区分压电路的 +16V电源断路，则TO输出恒为负饱利减少 输出继电器一直通电，电机M连续逆时针方向 转动，冷却水温度将不可控地降低。如果MRD 板的电位器Wi断路，则电机M只能连续转动, 不能断续转动，容易造成调节过头。5.继电器和开关电路继电器和开关装置电路如图4-3-2 （二）中的MRK板所示。它的作用是直接控制“减少输to出继电器”和“增加输出继电器”的通断电，以 使伺服电机M正、反转或停转。在自动控制时, 合上MRP板上的电源主开关SWi,按下手动、自动选择开关SW2, “减少输出继电器”和“增加输出继电器”通电、断电状态是由中间继电器Rel和Re2的通、断电状态决定的。指示灯L1和L2指示电机M的转动方向，其中阻容电路的作 用是：电机在同一方向断续转动时，Li和L2保 持常亮，不会因脉冲宽度调制器输出的脉冲信号 而闪亮。当自动控制系统出现故障