一、电动执行器概述
电动执行器是指控制系统中以电为能源的执行器。它接收调节仪表的电信号,并根据信号的大小改变操纵量,从而改变输入或输出被控对象的物质数量或能量,达到自动调节的目的。
在工业生产中,电动控制阀应用广泛。电动调节阀由执行机构和调节机构(阀门)两部分组成。阀门部分之前已经介绍过了,所以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:电动执行机构取能方便、动作灵敏、信号传输快,适用于远距离信号传输,易于与电子计算机配合。
缺点:电动执行机构一般不适用于防火防爆场合,且结构复杂,价格昂贵。
二、电动执行器的工作原理
让我们简单介绍一下直行程电动执行器和角行程电动执行器。
直行程和角行程电动执行机构的工作原理是接收调节器或其他仪表发出的4~20 mA标准电流信号,经执行机构后转换成位移推力或角力矩,从而操作开关、阀门等。,并完成自动调整任务。这两种执行器过去都是由伺服放大器和执行器组成。目前已有机电一体化智能结构,其结构、工作原理和使用方法相似。唯一的区别是有输出位移(推力)和输出角度(扭矩)。
三、对电动执行器的要求
(1)输出为传递的致动器应有足够的扭矩,输出为线性位移的致动器应有足够的力,以克服负载的阻力。特别是对于高温高压阀门,密封填料压力相对较紧,并且在长时间关闭后通常需要比正常情况下更大的力才能打开。至于动作速度不一定高,因为流量调节和控制不需要太快。为了增加输出扭矩或力,电机的输出轴有一个减速器。如果电机本身是低速的,减速器可以更简单。
(2)减速器或电动机的传动系统应具有自锁特性。当电机不转动时,负载的不平衡力(如闸阀的自重)不会引起角度或位移的变化。因此,经常需要使用蜗杆机构或电磁制动器。通过这些措施,在意外断电的情况下,阀门位置可以保持在断电前的位置。
(3)在电源故障或调节器故障的情况下,应可以手动操作致动器,以便采取紧急措施。为此,必须有一个离合器和一个手轮。
(4)当执行机构手动操作时,为了给调节器提供自动跟踪依据(跟踪是无扰切换的需要),执行机构上应有阀位跟踪信号。这不仅是执行机构本身位置反馈的需要,也是阀门位置指示的需要。
(5)为了保护阀门和传动机构免受过大操作力的损坏,致动器应具有一个限位装置和一个用于限制力或扭矩的装置。
除上述基本要求外,为了便于与各种阀门特性的配合,最好在执行机构上具有可选的非线性特性。为了与计算机配合,最好直接输入数字信号。近年来,也出现了具有PID运算功能的执行机构,它们被称为“数字执行机构”和“智能执行机构”。
目前,模拟电动执行机构应用最广泛,其中DKJ(输出为旋转角度)和DKZ(输出为线性位移)是中国电动单元组合仪表中最常见的。
四、电动执行器的分类
1.DKJ和DKZ电动执行器
DKJ电动执行器是DDZ电动单元组合仪表的执行单元。它接收来自上部仪器的控制信号并自动完成调整任务。广泛应用于电站、化工、石油、冶金、建材、水处理、供热、轻工等行业。DKJ电动执行机构配有相应的电动操作机构,可完成调节系统的“手动-自动”无扰切换和远程手动操作。
DKZ型直行程电动执行机构采用“S”型电动执行机构开发的新技术:由精密导电塑料电位器和国家专用集成电路组成的WF-S型位置变送器。因此,电动执行机构的性能不仅在可靠性、精度、负载能力和信号质量系数方面有很大提高,而且对拓宽环境条件具有重要意义。
2.一体式电动执行器
最简单的电动执行器仅由电容分相电路组成,没有前置放大器,通过开关的动作直接控制电机。
3.滚切电机式电动执行器
基于普通异步电机的伺服电机转速高、转矩低,因此在执行机构中必须使用更复杂的减速器。
4.多圈电动执行器
多回转电动执行机构输出轴的运动方式为回转,总行程超过360度,适用于闸阀、截止阀等被控对象。多回转电动执行机构是特殊的,它可以转换成带有一级减速器的角行程电动执行机构或直行程电动执行机构,甚至它仍然是多回转的。增加第一阶段减速后,输出力(力矩)增加,移动速度减慢。
5.永磁低速同步电机执行器
以国产ZDAS行程执行机构为例,该执行机构由永磁低速同步电机制成,输出推力为400 ~ 2500N,行程为10~40mm,速度为0.75~1.25mm/s/s..国产SKZ执行机构也采用永磁低速同步电机。
6.数字电动执行器
为了与计算机直接合作,最近出现了数字式电动执行器,其输入信号是脉冲形式的,伺服电机是由脉冲驱动的步进电机。虽然步进电机的输出角度与输入脉冲数严格成正比,但脉冲数可能因干扰而出错,因此执行机构仍需要位置反馈信号,该信号通常以4~20mA DC的标准信号形式发回计算机,再经A/D转换后与设定的阀位进行比较,形成闭环,以保证阀位的正确开启。
五、电动执行器选择说明
首先,根据阀门所需的扭矩确定电动执行器的输出扭矩
阀门开启和关闭所需的扭矩决定了电动执行器选择多大的输出扭矩。一般由用户提出或由阀门制造商选择。作为执行机构制造商,它只负责执行机构的输出扭矩。阀门正常开启和关闭所需的扭矩由阀门口径和工作压力等因素决定。然而,由于阀门制造商的加工精度和装配技术的差异,不同制造商生产的相同规格的阀门所需的扭矩也不同。即使是同一阀门制造商生产的相同规格的阀门,其扭矩也是不同的。如果选择执行机构时,执行机构的扭矩太小,则阀门不能正常开启和关闭,因此电动执行机构必须选择合理的扭矩范围。
第二,根据选择的电动执行器确定电气参数。
由于不同执行机构厂家的电气参数不同,在设计选型时一般需要确定其电气参数,主要包括电机功率、额定电流、二次控制回路电压等。,这些经常被忽视。因此,控制系统和电动执行机构的参数不匹配,导致空跳闸、保险丝熔断和热过载继电器保护跳闸等故障。
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