电动执行器工作原理要点

1、摘要过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而过程控制仪表及装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分，一个简单的自动控制系统，由变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。方框图如下图，执行器是过程控制系统中的一个重要的组成部分，人们常把执行器比喻为生产过程自动化的“手脚”，执行器由执行机构和调节机构两个部分组成。简单介绍执行器的种类及特点、执行器的作用方式，电动执行器工作原理及选用的原则，电动执行器的应用现状及发展趋势。一、 执行器的定义执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调节工艺介质的流量，从而将被空数控制在生产过程所要求的范围内。二、 执行器的分类及特点1、分类（ 1） 执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。（ 2） 按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。（ 3） 按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。（ 4） 按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。2、优点电动执行器的能源取用方便，动作灵敏，信

2、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。3、缺点电动执行器一般不适用与防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。单回路系统控制方框图#梅织咨目1（被控介质）被控变M单回路控制系统（简单控制系统）方框图单回路控制系统一般由被控对象、变送潜、控制器（调节器）和执行器构成。三、执行器的结构原理（1）执行机构接收控制系统发出的开关信号后，电机不转并有嗡嗡声。其原因可能是：1）减速器的行星齿轮部分卡涩、损坏或变形；2）减速器的斜齿轮传动部分变形或过度磨损或损坏；3）减速器的涡轮涡杆或丝杆螺母传动部分变形损坏、卡涩等；4）整体机械部分配合不好，不灵活，需调整加油。（2）电气部分故障（参见图3）结构原理1）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，也无嗡嗡声。 可能原因是：没有交流电源或电源不能加到执行机构的电机部分或位置定位器部分； PM放大板工作不正常，不能发出对应的控制信号；固态继电器部分损坏，不能将放 大板送来的弱信号转变成电机需要的强电信号；电机热保护开关损坏；力矩限制开 关损坏；行程限制开关损坏；手动/自动开关位置选错或开关损坏；电机损坏。2）电动执行机构

3、接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，有嗡嗡声。其 可能原因是：电机的启动电容损坏；电机线圈匝间轻微短路；电源电压不够。3）电动执行机构接受控制系统发出的开、 关信号后，电机抖动，并伴有咯咯声, 其原因可能是：PM放大板的输出信号不足不能使固态继电器完全导通，造成电机的 加载电压不足；固态继电器性能变坏，造成其输出端未完全导通。广嗝M书工曜1唾3可图3图4四、电动执行器工作原理电动执行器有五种类型：直行程电动执行器、角行程电动执行器、电动调节阀、 PID电动调节执行器和电磁阀。前四种属于 DDZffl。下面简要介绍一下直行程电动 执行器（DKJ）和角行程电动执行器（DKZ）。直行程与角行程电动执行器的作用是接收调节器或其它仪表送来的010, 420毫安或15伏电压的标准值流电信号，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）。五、电动执行器选型考虑要点（1）根据阀门

4、类型选择电动执行器阀门的种类相当多， 工作原理也不太一样， 一般以转动阀板角度、 升降阀板等方式来实现启闭控制，当与电动执行器配套时首先应根据阀门的类型选择电动执行器。1角行程电动执行器（转角 360度）电动执行器输出轴的转动大于一周，即大于 360 度，一般需多圈才能实现阀门的启闭过程控制。 此类电动执行器适用于闸阀、截止阀等。3直行程（直线运动）电动执行器输出轴的运动为直线运动式，不是转动形式。此类电动执行器适用于单座调节阀、双座调节阀等。（ 2）根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式电动执行器的控制模式一般分为开关型（开环控制）和调节型（闭环控制）两大类。1开关型（开环控制）开关型电动执行器一般实现对阀门的开或关控制，阀门要么处于全开位置，要么处于全关位置，此类阀门不需对介质流量进行精确控制。特别值得一提的是开关型电动执行器因结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。选型时必需对此做出说明，不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现像。a） 分体结构（通常称为普通型）： 控制单元与电动执行器分离，电动执行器不能单独实现对阀门的控制，必需外加控制单元才能实现控制，一

5、般外部采用控制器或控制柜形式进行配套。此结构的缺点是不便于系统整体安装，增加接线及安装费用，且容易出现故障，当故障发生时不便于诊断和维修，性价比不理想。b） 一体化结构（通常称为整体型）： 控制单元与电动执行器封装成一体，无需外配控制单元即可现实就地操作，远程只需输出相关控制信息就可对其进行操作。此结构的优点是方便系统整体安装，减少接线及安装费用，容易诊断并排除故障。但传统的一体化结构产品也有很多不完善的地方，所以产生了智能电动执行器，关于智能电动执行器后面将再做说明。2 调节型（闭环控制）调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能，它还能对阀门进行精确控制， 从而精确调节介质流量。 因篇幅有限其工作原理在此不作详细说明。 下面就调节型电动执行器选型时需注明的参数做简要说明。 a） 控制信号类型 （电流、 电压）调节型电动执行器控制信号一般有电流信号 （420mA 010mA域电压信号 （05V、15V）,选型时需明确其控制信号类型及参数。b）工作形式（电开型、电关型）调节型电动执行器工作方式一般为电开型（以 420mA勺控制为例，电开型是 指4mA言号对应的是阀关，20mA寸应的

6、是阀开），另一种为电关型（以 4-20mA的 控制为例，电开型是指4mAJ号对应的是阀开，20mA寸应的是阀关）。一般情况下 选型需明确工作形式， 很多产品在出厂后并不能进行修改， 奥美阀控生产的智能型 电动执行器可以通过现场设定随时修改。c）失信号保护失信号保护是指因线路等故障造成控制信号丢失时，电动执行器将控制阀门启 闭到设定的保护值，常见的保护值为全开、全关、保持原位三种情况，且出厂后不易修改。奥美阀控生产的智能电动执行器可以通过现场设定进行灵活修改，并可设 定任意位置（0100%为保护值。（3）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。（4）根据所选电动

7、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，对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用 某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能 源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。多回转电动执行机构基本的执行机构用于把 阀门驱动至全开或全关的位置。用与 控制阀的执行机构 能够精确的使阀门走到任何位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如 今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩 感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。因为越来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代,人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行 机构增强工作安全性能和环境保护性能。在一些危险性的场合，自动化的执行机构 装置能减少人员的伤害。某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，阀门执 行机构能阻止危险进一步

8、扩散同时将工厂损失减至最少。 对一些高压大口径的阀门, 所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机，这样平稳的操作大口径阀门。对于一些小扭矩的阀门，精小型的电动阀门也应用而生，相比普通性具有重量轻，结构紧凑，功能齐全等优点角行程电动执行机构结构原理以M际列电动执行机构的整体式比例调节型为例。M际列电动执行机构以交流伺服电动机为驱动装置的位皿伺服机构，由配接的位置定位器PM-2控制板接受调节系统的420mAft流控制信号与位置发送器的位置反馈借号进 行比较，比较后的信号偏差经过放大使功率级导通，电动机旋转驱动执行机构的输出件 朝着减小这一偏差的方向移动（位置发送器不断将输出件的实际位置转变为电信号一位 盈反馈信号送至位致定位器），直到偏差信号小于设定值为止。此时执行机构的输出件 就稳定在与输人信号相对应的位置上。该系列角行程机构示意图如图1、直行程机构示意图如图2所示，其实际使用接线图如图3所示。MDS列角行程调节电动执行机构由动力部件和位置定位器（PM-2控制板）两大部分组 成。其中动力部件主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、开关控制箱、手轮和机

9、械 限位装置以及位置发送器等组成，其各部分作用简述如下：1、电动机：电动机是特种单相或三相交流异步电动机，具有高启动力矩、低启动电流 和较小的转动惯量，因而有较好的伺服特性。在电动机定子内部装有热敏开关（详见图 3所示）做过热保护，当电动机出现异常过热（内部温度超过130C）时该开关将控制电动机的电路断开以保护电动机和执行机构，当电动机冷却以后开关恢复接通，电路恢 复工作。为了克服惯性惰走，调节型电动执行机构的电动机控制电路均有电制动功能。2、减速器：角行程执行机构采用行星减速加涡轮涡杆传动机构，既有较高的机械效率， 又具有机械自锁特性。直行程执行机构的减速器由多转执行机构减速器配接丝杆螺母传 动装置组成。3、力矩行程限制器：它是一个设置在减速器内的标准单元，由过力矩保护机构、行程 控制机构（电气限位）、位置传感器及接线端子等组成。（1）过力矩保护机构：内行星齿轮在传递力矩时产生的偏转拨动嵌装在齿轮外圈的摆 杆，摆杆的两端各装有一个测力压缩弹赞作为正、反向力矩的传感元件，当输出力矩超过设定限制力矩时，内齿轮的偏转使摆杆触动力炬开关，切断控制电路使电动机停转。 调整力炬限制弹资的压缩量即可调整力炬的限定值。该保护具有记忆功能，对应于接线 图中的电器设备是力矩开关LEF、L

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