一、執(zhí)行器的工作原理

1、電動(dòng)執(zhí)行器，是一種自動(dòng)控制領(lǐng)域的常用機(jī)電一體化設(shè)備器件，是自動(dòng)化儀表終端的執(zhí)行設(shè)備。主要是對(duì)一些閥門(mén)、擋板等設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)控制，代替人工作業(yè)。它由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。其原理如圖1所示。381電動(dòng)執(zhí)行器浦源自控verygood

圖1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理圖

注：Ii為輸入電流即指令；If為變送器的反饋電流；

輸出量θ為執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)的角度或位移。

角行程電動(dòng)執(zhí)行器是一個(gè)具有深度負(fù)反饋的閉合隨動(dòng)系統(tǒng)。伺服放大器將輸入信號(hào)Ii和來(lái)自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，將兩者的偏差進(jìn) 行放大以驅(qū)動(dòng)兩相電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)減速機(jī)減速，帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角。輸出軸轉(zhuǎn)角的變化又經(jīng)過(guò)位置發(fā)送器按比例轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的位置反饋電流If，反饋到伺服放大 器的輸入端。當(dāng)Ii與If偏差為0時(shí)，兩相電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸穩(wěn)定在與輸入Ii相對(duì)應(yīng)的位置上。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸轉(zhuǎn)角θ與輸入信號(hào)電流之間的關(guān)系 為：

θ=KIi    （1）

式中：K=9 /mA，可以近似看成一個(gè)比例環(huán)節(jié)。前置磁放大器是伺服放大器的主要部件，它是一個(gè)具有內(nèi)部反饋的直流雙推挽式磁放大器，它利用磁鐵材料的非線性原理，將電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出。

2、電動(dòng)執(zhí)行器工作模式（381電動(dòng)執(zhí)行器浦源自控verygood）

就地方式、遠(yuǎn)程方式和自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障或緊急事故時(shí)，旋鈕切到“手動(dòng)”位置，搖動(dòng)手輪就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。遙控方式是把中控室內(nèi)的操作器切換開(kāi)關(guān)放在“手動(dòng)”位置時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)“開(kāi)”或“關(guān)”旋鈕發(fā)出控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

在自動(dòng)調(diào)節(jié)方式時(shí)，其控制過(guò)程：輸入信號(hào)I_λ1=0時(shí)，位置發(fā)送器反饋電流I_反=0，此時(shí)伺服放大器沒(méi)有輸出電壓，電機(jī)停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。

輸入信號(hào)I_λ1>0時(shí)，此輸入信號(hào)與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器中進(jìn)行磁勢(shì)綜合比較，由于這2個(gè)信號(hào)大小不相 等且極性相反就有誤差磁勢(shì)出現(xiàn)，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就朝著減少這個(gè)誤差磁勢(shì)的方向運(yùn)動(dòng)，直到輸入信號(hào)和位置反饋信 號(hào)兩者相等為止，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。

二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成及功能

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速器及位置發(fā)送器3部分組成。

1 電機(jī)

電機(jī)是接受伺服放大器或電動(dòng)操作器輸出的開(kāi)關(guān)電源，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

2 減速器

減速器是將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的輸出功率，驅(qū)動(dòng)輸出臂轉(zhuǎn)角限制在90°范圍內(nèi)，產(chǎn)生的扭矩通過(guò)聯(lián)桿驅(qū)動(dòng)閥板開(kāi)啟。

3 位置發(fā)送器

是通過(guò)連桿產(chǎn)生軸向位移，改變鐵芯在差動(dòng)變壓器線圈中的位置，使差動(dòng)變壓器輸出對(duì)應(yīng)位置的電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號(hào)（4~20mA）。減速器輸出軸的轉(zhuǎn)角位移與位置發(fā)送器的輸出電流呈線性關(guān)系。

三、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求確定電動(dòng)執(zhí)行器（）

    電動(dòng)執(zhí)行器的控制模式一般分為開(kāi)關(guān)型（開(kāi)環(huán)控制）和調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）兩大類(lèi)。

    （1）開(kāi)關(guān)型（開(kāi)環(huán)控制）。開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器一般實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)的開(kāi)或關(guān)控制，即閥門(mén)要么處于全開(kāi)位置，要么處于全關(guān)位置，此類(lèi)閥門(mén)不需對(duì)介質(zhì)流量進(jìn)行精確控制。特別值得一提的是開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器因 結(jié)構(gòu)形式的不同還可分為分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)是屬于互補(bǔ)型，一體化結(jié)構(gòu)適合控制系統(tǒng)工藝要求簡(jiǎn)單的情況，容易診斷故障，價(jià)格比較 低；分體結(jié)構(gòu)難度高，容易出現(xiàn)故障且不容易診斷維修，同時(shí)價(jià)格貴。由于礦山自動(dòng)控制系統(tǒng)中的水系統(tǒng)控制通常集中一個(gè)地方，現(xiàn)場(chǎng)的電裝設(shè)備與其他控制設(shè)備通 過(guò)信號(hào)發(fā)送相互連接，控制整個(gè)系統(tǒng)。這種情況采用采用一體化結(jié)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行器比較合理，不容易出現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器功能與系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)不匹配等現(xiàn)象方面的故障。因 此，在確定電動(dòng)執(zhí)行器選型時(shí)必需對(duì)此做出說(shuō)明，不然經(jīng)常會(huì)發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)與控制系統(tǒng)沖突等不匹配現(xiàn)象。

    （2）調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）。調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器不僅具有開(kāi)關(guān)型一體化結(jié)構(gòu)的功能，它還能對(duì)閥門(mén)進(jìn)行精確控制，從而精確調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。其中控制 信號(hào)包括電壓、電流，常見(jiàn)的控制信號(hào)有電壓信號(hào)（0～5V、1～5V）和電流信號(hào)（4～20mA、0～10mA）。在礦山企業(yè)的工藝現(xiàn)場(chǎng)中，對(duì)于工藝都是 精度比較高，自動(dòng)控制系統(tǒng)的壓力或者水流量都會(huì)對(duì)生產(chǎn)條件造成很大影響，采用調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器。在遇到線路故障造成控制信號(hào)丟失時(shí)，可以啟閉到設(shè)定的保護(hù) 值。因此在選擇電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，必須明確控制信號(hào)的參數(shù)和類(lèi)型。也就是調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器的工作形式，但是現(xiàn)實(shí)中很多產(chǎn)品在出廠后并不能進(jìn)行修改。奧美閥控生 產(chǎn)的智能電動(dòng)執(zhí)行器可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定進(jìn)行靈活修改，并可設(shè)定任意位置（0~*）為保護(hù)值。圖2為奧美閥控生產(chǎn)的智能型電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。

    （3）根據(jù)閥門(mén)輸入的扭力確定電動(dòng)執(zhí)行器的輸出扭力閥門(mén)啟閉所需的扭力決定著電動(dòng)執(zhí)行器選擇多大的輸出扭力，一般由使用者提出或閥門(mén)廠家自 行選配，作為執(zhí)行器廠家只對(duì)執(zhí)行器的輸出扭力負(fù)責(zé)，閥門(mén)正常啟閉所需的扭力由閥門(mén)口徑大小、工作壓力等因素決定。閥門(mén)實(shí)際運(yùn)行中，啟閉的瞬間需要大的扭 力，閥門(mén)開(kāi)啟后，在較長(zhǎng)的運(yùn)行中需要的扭力要小于起閉時(shí)的扭力，雖然閥門(mén)運(yùn)行扭力小于起動(dòng)扭力，在選擇電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)要保證運(yùn)行扭力大于閥門(mén)的扭力，只有這 樣才能保證閥門(mén)的正常工作。因此電動(dòng)執(zhí)行器必需選擇一個(gè)合理的扭力范圍。

（4）根據(jù)所選電動(dòng)執(zhí)行器確定電氣參數(shù)不同型號(hào)及不同廠家的執(zhí)行器其電氣參數(shù)也有所不同，電氣參數(shù)主要是額定電流、二次控制回路電壓及電機(jī) 功率等，設(shè)計(jì)師在選型時(shí)只需要確定這幾項(xiàng)。如果忽略電氣參數(shù)，會(huì)造成電機(jī)閥門(mén)工作時(shí)出現(xiàn)跳閘、保險(xiǎn)絲斷裂及其他故障。比如由于一般模擬量控制是 0~10mA、1~5V，還有4~20mA等，一般調(diào)節(jié)型（一體化）電動(dòng)執(zhí)行器都可以用模擬量控制；開(kāi)關(guān)量控制一般開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)是“開(kāi)”“關(guān)”指令信 號(hào)，也有可能還有“停”指令信號(hào)，并分為幾種：無(wú)源、24VDC、220VAC，如果開(kāi)關(guān)量為220VAC，則需要配伺服放大器。如果執(zhí)行器控制沒(méi)有用伺 服放大器，則選用220VAC開(kāi)關(guān)型的電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，需要注意執(zhí)行器電機(jī)功率一定要小于提供的這個(gè)220V開(kāi)關(guān)量功率。

四、主要技術(shù)參數(shù)：

電源：AC220V、AC380V（定制）

耗電功率：A型執(zhí)行器50W；B型執(zhí)行器150W；C型執(zhí)行器220W；D型執(zhí)行器350W；

驅(qū)動(dòng)電機(jī)：交流可逆單相齒輪減速電機(jī)

輸入信號(hào)：4～20mAd.c或1~5Vd.c

輸出信號(hào)：4～20mAd.c（負(fù)載電阻500Ω以下）

輸出力距：10Nm-16000Nm

死區(qū)：0.8～1

零點(diǎn)調(diào)整：±25％

通徑：直行程DN20-DN350角行程DN150-DN1600、DN1700-DN3000(定制)

型號(hào)：開(kāi)關(guān)型、調(diào)節(jié)型、防爆型都可以做。

五、執(zhí)行器的功能特點(diǎn):

1、控制模塊采用*的混合集成電路，樹(shù)脂澆鑄固化，可靠性高、防潮、防震（341無(wú)控制模塊）。

2、執(zhí)行器本身具有伺服功能，無(wú)需外加伺服放大器（341直接用220V電源控制）。

3、電機(jī)內(nèi)部裝有溫度保護(hù)開(kāi)關(guān)。

4、電機(jī)內(nèi)部裝有機(jī)械阻尼制動(dòng)。

5、用電位器調(diào)整零點(diǎn)、行程、靈敏度方便易行（341無(wú)此項(xiàng)）。

6、用功能開(kāi)關(guān)任意選擇正、反的動(dòng)作，選擇斷信號(hào)的三種保護(hù)狀態(tài)（自銷(xiāo)、全開(kāi)、全關(guān)）（341無(wú)此項(xiàng)）。

7、執(zhí)行器關(guān)閉時(shí)有保證額定輸出負(fù)荷的裝置（角行程時(shí)為選擇項(xiàng)）。

8、斷電源后執(zhí)行器自鎖。