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电动执行器的概述和分类

2020

05/06 15:37:19
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   电动执行器的概述和分类

  电动执行器概述
  电动执行器是指在控制系统中以电为能源的一种执行器,接受调节仪表等的电信号,根据信号的大小改变操纵量,使输入或输出控制对象的物料量或能量改变,达到自动调节目的。
  在工业生产中,电动调节阀应用最广泛。电动调节阀是由执行机构和调节机构(阀)两部分构成。阀部分在前面已有介绍,因此,在电动调节阀中只介绍电动执行机构。
  电动执行器的优缺点
  优点:电动执行器的能源取用方便,动作灵敏,信号传输速度快,适合于远距离的信号传送,便于与电子计算机配合使用。
  二电动执行器工作原理
  下面简要介绍一下直行程电动执行器和角行程电动执行器。
  直行程与角行程电动执行器的工作原理是接收调节器或其它仪表送来的4~20毫安的标准值流电信号,经执行器后变成位移推力或转角力矩,以操作开关、阀门等,完成自动调节的任务。这两种执行器以前都是由伺服放大器与执行机构两大部分组成的。现在有机电一体智能化的结构,它们的结构、工作原理和使用方法都是相似的,区别仅在于,一个输出位移(推力),一个输出转角(力矩)。
  三电动执行器的要求
  (1)对于输出为转交的执行机构要有足够的转矩,对于输出为直线位移的执行机构要有足够的力,以便克服负载的阻力。特别是高温高压阀门,其密封填料压的比较紧,长时间关闭之后在开启时往往比正常情况要费更大的力,至于动作速度并不一定很高,因为流量调节和控制不需要太快。为了加大输出转矩或力,电动机的输出轴都有减速器,如果电机本身就是低速的,减速器可以简单些。
  (2)减速器或电机的传动系统中应该有自锁特性,当电机不转时,负载的不平衡力(例如闸板阀的自重)不可引起转角或位移的变化。因此往往要用涡轮蜗杆机构或电磁制动器。有了这样的措施,在意外停电时,阀位就能保持在停电前的位置上。
  (3)停电或调节器发生故障时,应该能够在执行器上进行手动操作,以便采取应急措施。为此,必须有离合器及手轮。
  (4)在执行器进行手动操作时,为了给调节器提供自动跟踪依据(跟踪是无扰动切换的需要),执行器上应该有阀位跟踪信号。这既是执行器本身位置反馈的需要,也是阀位指示的需要。
  (5)为了保护阀门及传动机构不致因过大的操作力而损坏,执行器上应有限位装置和限制力或转矩的装置。
  除了以上基本要求之外,为了便于和各种阀门特性配合,最好能在执行器上具有可选择的非线性特性。为了能和计算机配合,最好能直接输入数字信号。近些年来还有带PID运算功能的执行器,这就是所谓“数字执行器”和“智能执行器”。
  目前应用最广泛的还是模拟式电动执行器,其中以我国电动单元组合仪表里的DKJ(输出为转角)和DKZ型(输出为直线位移)最为普遍。
  四电动执行器的分类
  1.DKJ及DKZ型电动执行器
  DKJ型电动执行器,是DDZ型电动单元组合仪表中的执行单元,它接收上位仪表的控制信号,自动完成调节任务,广泛地应用于电站、化工、石油、冶金、建材、水处理、供热、轻工等行业。DKJ型电动执行器,配上相应的电动操作器,可完成调节系统“手动——自动”的无扰动切换,及远方手动操作。
  DKZ型直行程电动执行器采用“S”型电动执行机构开发的新技术:用精密导电塑料电位器和国处专用集成电路组成的WF-S型位置发送器。因此,电动执行机构不仅在可靠性、精度、负载能力、信号品质系数等性能方面比原来产品有了很大提高,而且对环境条件的拓宽,更具有十分重要的意义。
  2.积分式电动执行器
  最简单的电动执行器,仅仅由电容分相电路构成,没有前置放大器,直接靠开关的动作来控制电机。
  3.滚切电机式电动执行器
  以普通异步电机为基本原理构成的伺服电机,转速高而转矩小,所以执行器里不得不用较复杂的减速器。
  4.多转式电动执行器
  多转式电动电动执行器输出轴运动方式为旋转式,且全行程超过360度,适合于闸阀、截止阀等被控对象,多转式电动执行机构比较特殊,它可以再配一级减速器转换成角行程电动执行器或直行程电动执行器,甚至仍旧是多转式,加一级减速后输出力(矩)增大,运动速度减慢。
  5.永磁低速同步电机式执行器
  用永磁低速同步电机构成的执行器,以国产ZDAS型行程执行器为例,其输出推力400~2500N,行程10~40mm,速度0.75~1.25mm/s。国产SKZ型执行器也用永磁低速同步电机构成。
  6.数字式电动执行器
  为了直接和计算机配合,近来出现了数字式电动执行器,它的输入信号是脉冲形式,伺服电机式由脉冲驱动的步进电机。虽然步进电机的输出转角与输入脉冲数有严格的比例关系,但是脉冲数可能由于干扰而出现错误,所以执行器仍然要有位置反馈信号,通常也是以直流4~20mA的标准信号形式送回计算机,再经A/D转换后与设定的阀位比较构成闭环,以保证阀位有正确的开度。
  五电动执行器选用须知
  一、根据阀门所需的扭力确定电动执行器的输出扭力
  阀门启闭所需的扭力决定着电动执行器选择多大的输出扭力,一般由使用者提出或阀门厂家自行选配,做为执行器厂家只对执行器的输出扭力负责,阀门正常启闭所需的扭力由阀门口径大小、工作压力等因素决定,但因阀门厂家加工精度、装配工艺有所区别,所以不同厂家生产的同规格阀门所需扭力也有所区别,即使是同个阀门厂家生产的同规格阀门扭力也有所差别,当选型时执行器的扭力选择太小就会造成无法正常启闭阀门,因此电动执行器必需选择一个合理的扭力范围。
  二、根据所选电动执行器确定电气参数
  因不同执行器厂家的电气参数有所差别,所以设计选型时一般都需确定其电气参数,主要有电机功率、额定电流、二次控制回路电压等,往往在这方面的疏忽,结果控制系统与电动执行器参数不匹配造成工作时空开跳闸、保险丝熔断、热过载继电器保护起跳等故障现像。
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