MAG-1A型电子调速器故障分析

安 骥，徐 浩，王 祺，董羽丰

（上海海事大学 商船学院，上海 201306）

MAG-1A型电子调速器故障分析

安 骥，徐 浩，王 祺，董羽丰

（上海海事大学 商船学院，上海 201306）

通过对MAG-1A型电子调速器的系统分析，结合现场维修过程，推断出故障的主要原因，并对其进行具体分析。总结出轴承的损坏导致了电机振动增大进而产生一系列的故障，最终使驱动电路损坏。同时，对MAG -1A型电子调速器的实船应用提供了相关管理建议。

MAG-1A型电子调速器；故障分析；实船应用

0 引言

MAG-1A型电子调速器在20世纪80年代开始应用十分广泛，我国许多航运企业的船舶安装该类型电子调速器。近年来，由于使用时间的原因，该类型调速器渐渐出现报修的现象，由于以前缺乏维修经验，特就该类型调速器的一例故障进行分析。

1 系统简介

MAG-1A电子调速器由五个单元组成：1）控制器。输入转速指令信号，输出执行机构的位置指令信号，采用PID控制策略；2）执行机构驱动单元。内有位置控制器根据控制器的输出与实际位置的偏差，送出控制信号至伺服驱动器以控制交流伺服马达；3）执行机构。由无刷式交流伺服马达和减速齿轮组成，交流伺服马达通过减速齿轮直接控制主机油门齿条，该执行机构还带防超负荷和超转速安保功能；4）转速传感器。采用磁脉冲转速传感，系统安装两只磁探头传感器，一只传感器故障能自动切换至另一只，如两只同时故障，调速器可自动维持主机油门不变；5）P/I转换器。P/I转换器可将扫气压力信号转换成标准电流信号用于扫气压力燃油限制[1]。

2 维修过程

最初故障现象为电子调速器的执行机构停止动作，经检查发现伺服电机编码器旋转磁盘脱落，旋转磁盘经安装后系统恢复正常。然后经一个航次的运行，电子调速器又停止工作，由岸基人员维修后，电子调速器的驱动电机曾出现过一次正向旋转动作，进行反向旋转操作时，驱动电机无法反转，并出现过载报警，在后期维修过程中出现编码器报警。

笔者的维修第一步，由于系统自检结果为编码器故障，根据故障代码定义提示，需要对编码器进行检测，检测发现内部接地线有明显的断线，应为以前安装过程中，线被编码器外壳夹断，修复后该故障排除。然后针对伺服驱动系统显示过热过载报警，检查发现其触发回路的#M27730芯片损坏。经分析，其损坏原因应为减速箱体内部阻力过大，进一步的拆检证实了该结果。伺服器内有特制芯片，厂家整体更换伺服驱动器。问题的重点为伺服电机和减速箱。拆检减速箱发现：1）一轴承损坏严重；2）轴封变形，轴封与轴接触严密，容易增加阻力；3）轴跳动量过大；4）外盘安装存在偏向。采购新的驱动轴承和轴封，进行按顺序精密安装。电机的编码器后证实其霍尔元件损坏，装复后正常。

3 故障原因分析

从整个维修过程看，故障出现在多处：1）编码器接地线故障；2）伺服驱动系统故障，表现为触发回路芯片损坏；3）伺服电机。伺服电机经检测，电机本体无故障，其霍尔元件芯片损坏；4）减速器故障，电机转动困难。编码器接地线故障应为以前的维修过程中由于安装不仔细造成的。

3.1 伺服驱动系统故障

伺服驱动器的信号输入线路版工作正常，主回路整流功能正常，主回路逆变单元只有两相输出，原因为内部达林顿管驱动和保护单元损坏线路板，经过检测6个驱动保护芯片（信号为#M27730）损坏4个。该芯片大面积损坏，原因不应当是元件本身，一定是由外来原因造成的。系统未发现有机械损坏的迹象，一般造成这种损坏的原因是由于过热引起的损坏，引起过热的原因有外部环境过热或者内部电流过大。如果单纯外部环境过热引起的损坏，应当不会造成其他零部件的损坏，但是实际还存在其他损坏。电机卡死或者负荷过大，会引起驱动电路的电流增加，进而引起芯片等器件被烧坏应是合理推断[2]。

3.2 伺服电机编码器故障

编码器的霍尔元件损坏，由于在维修过程中仅仅检测出损坏，没有发现其他外部机械损伤痕迹，其损坏原因只能推断。一个原因是元器件本身的原因，使用寿命到了，后面的故障都是因为这个引起的。如果霍尔元件损坏，调速器没有反馈信号，给出油门信号不准，甚至连加减油门都无法判断。

从最初的故障判断：驱动电机停止工作——发现编码器的旋转磁盘脱落，旋转磁盘经安装后系统恢复正常；一航次后，电子调速器停止工作——维修后，电子调速器的驱动电机出现过一次正向旋转动作，进行反向旋转操作时，驱动电机无法反转，并出现过载报警——在后期维修过程中出现编码器报警。

这个过程可以看出，最初是电子调速器的编码器磁盘脱落。可能是由于机械原因导致的脱落，但是不能解释的是继续出现故障。霍尔元件的损坏原因很难推断。可能是由于早期的脱落造成其内部在工作过程中其芯片内部出现较大的瞬间高压或者是由于磁盘脱落造成的机械损坏，也能是元件本身的使用寿命已到等。从后期的修理看，调速器停止工作的原因就是编码器故障。

3.3 减速齿轮箱故障

减速齿轮箱故障主要为：其中一个轴承损坏严重，轴封变形，轴封与轴接触严密，容易增加阻力。而减速箱的驱动轴、输出轴完好，驱动轴的轴承、中间轴的偏心轴承和连接轴承/输出轴轴承（4个轴承）正常。

轴承损坏如果是最初的原因，会导致电机振动大，从而致使编码器的磁盘松动、脱落。继续工作会使得轴承损坏继续扩大，轴封也受损伤，轴的跳动量大等故障，电机的负荷增加，驱动电路电流增加，致使驱动电路损坏。

编码器通过转子一体的磁铁片，磁铁片一块带有磁性，一块不带有磁性，通过霍尔元件芯片感应输出脉冲信号，脉冲信号判断磁场极性，判断电机旋转方向，记录电机旋转圈数。因此，如果轴的跳动量大，震动大，也可能致使霍尔元件损坏。

事故很少是由一种人为失误或单一事件所造成的，它们几乎都是由一系列不严重的失误或事件的叠加、互为因果导致的[3]。也就是说，这些事故都是失误链发展的最终结果。一般而言，一个故障的爆发点只能有一个，同时两个或者多个故障同时出现导致系统损坏的可能性极小甚至可以说没有。总是第一个故障引起一系列的故障，形成事故链，最后引起事故。在这个事故由爆发点扩展形成失误链过程中，一般是由于中间环节也存在隐患，如果中间可以截断的话，同样可以把事故消除或者缩小。

按经典的可靠性曲线，机械零件的故障率发展是浴盆曲线，而电子设备的故障率发展是直线。机械设备的使用寿命到了以后，故障率会大幅增加，而电子设备的故障率却不变化，如此大量出现电子元件的故障一般不可能是电子元件本身的故障。本文的案例，从损坏结果看有很多处故障，按上述理论可推论为轴承损坏为故障最初的爆发点，以后出现的问题都是这个爆发点的扩展。

4 总结及管理建议

如何防止上述故障？如果早发现上述故障？如何在出现最初的类似故障之后截断故障扩展的路径？这些是轮机管理人员的工作重心所在。电子调速器对一般的轮机管理人员而言是一个新生事物，目前积累的经验不多，同时我国近期的许多船舶安装有电子调速器，对新船而言根据浴盆曲线规律，机械元件短时间内不会出现类似故障，但是对于许多购进的二手船舶，其寿命已接近调速器的故障高发期，应当引起管理人员的高度重视。

就目前的状态监测水平而言，机械设备的故障率浴盆曲线决定了机械设备一定要按说明书规定的要求定期检查调速器的减速齿轮箱，检查电机的轴承等机械元件的工况。在平时的管理工作中，应当对调速器的振动、噪声情况进行多观察，多监控；定期测量减速电机的电流和温升情况，如果机械元件出现问题，一般情况下其电流和温升应当有变化，可根据这个信息提前判断故障。

[1] 连湘鸿. MAG-1A电子调速器控制系统浅析[J]. 航海技术, 2000(05): 54-56.

[2] 刘志刚, 宋恩哲, 孙军, 邱爱华. 电子调速器可靠性设计研究[J]. 船舶工程. 2005(06): 56-58.

[3] 方泉根. 船舶资源管理及其培训[J]. 中国航海,2008(2): 152-157.

Failure Analysis of MA G -1A Electronic Governor

AN Ji, XU Hao, WANG Qi, DONG Yu-feng
(Merchant Marine Academy, Shanghai Marine University, Shanghai 201306, China)

Based on the system analysis of MAG-1A electronic governor and the repairing process, main reasons of the failure are concluded and specific analysis for each reason is made. It is concluded that bearing damage resulted in increased motor vibration and then produced a series of failure, ultimately made the drive circuit damage. Meanwhile, it also proposes a managing advice for practical application on board.

MAG-1A electronic governor; failure analysis; practical application on board

U664.1

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.06.008

安骥(1974-)，男，博士，副教授。研究方向：船舶辅机。