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電動執行機構的工作原理

來源:轉自網絡 發布時間:2013-10-7 15:13:10


電動執行機構的工作原理


摘要:本文介紹了電動執行機構以及伺服放大器的工作原理及構成,并對各組成部件的原理進行了剖析。
針對電動執行機構的伺服放大器存在可靠性不高的缺點,提出利用DCS組態來替代伺服放大器的建議。相信可整體提高控制系統的可靠性,保證調節系統安全平穩運行。
關鍵詞:電動執行機構;伺服放大器;電機;減速器;位置發送器
電動執行機構是電動單元組合式儀表中的執行單元。它是以單相交流電源為動力,接受統一的標準直流信號,輸出相應的轉角位移,操縱風門、擋板等調節機構,可配用各種電動操作器完成調節系統“手動—自動”的無擾動切換,及對被調對象的遠方手動操作,電動執行機構還設有電氣限位和機械限位雙重保護來完成自動調節的任務。它在電力、冶金、石油化工及鍋爐系統的上水及風門擋板的調節等部門得到廣泛應用。
1電動執行機構的工作原理
電動執行機構包括伺服放大器及執行機構兩大部分,其中執行
機構又分為電機、減速器及位置發送器三大部件

輸出軸
伺服
放大器
電機
位置
發送器
電動
操作器
輸入
信號Ii
 
閥體
執行機構
現場
控制室
閥位
反饋If
If

圖1 電動執行機構系統原理框圖
 

 

來自調節器的電流信號Ii(4-20mA)作為伺服放大器的輸入,與閥的位置反饋信號If進行比較,當輸入信號和反饋信號比較差值不等于零時,其差值經伺服放大器放大后,控制兩相伺服電機按相應的方向轉動,再經減速器減速后使輸出軸產生位移;同時,輸出軸位移又經位置發送器轉換成閥的反饋信號If;當反饋信號與輸入信號相等時,伺服放大器無輸出,電機不轉動,執行機構就穩定在與輸入信號相應的位置上。電動執行機構的輸出軸位移和輸入信號成線性關系。
電動執行機構有連續調節、遠程手動控制和就地手動操作三種控制方式。
1.1電動執行機構就地調節方式
電動執行機構需就地手動操作時,當電動操作器切換開關放置“手動”位置,把電機端部旋鈕撥到“手動”位置,拉出執行機構上的手輪,搖動手輪就可以實現手動操作。當不用就地操作時,千萬要注意,把電機端部的旋鈕撥到“自動”位置,并把手輪推進。
1.2電動執行機構遠程遙控調節方式
當電動操作器切換開關放在“手動”位置時,即處在手動遠程控制狀態,操作時只要將旋轉切換開關分別拔到“開”或“關”的位置,帶動電機正轉或反轉,執行機構輸出軸就可以實現上行或下行動作,在運動過程中觀察電動操作器上的閥位開度表,到所需控制閥位開度時,立即松開切換開關即可。
1.3電動執行機構自動調節方式
當電動操作器切換開關放在“自動”位置時,即處在自動調節狀態,其控制過程如下:
當輸入信號Iλ1=0(或4mA DC)時,位置發送器反饋電流I=0(或4mA DC) ,此時伺服放大器沒有輸出電壓,電機停轉,執行機構輸出軸穩定在預選好的零位;
當輸入信號Iλ1>0(或4mA DC)時,此輸入信號與系統本身的位置反饋電流在伺服放大器的前置級磁放大器中進行磁勢的綜合比較,由于這二個信號大小不相等且極性相反就有誤差磁勢出現,從而使伺服放大器有足夠的輸出功率驅動電機,執行機構輸出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動,直到輸入信號和位置反饋信號二者相等為止,此時輸出軸就穩定在于輸入信號相對應的位置上。
2電動執行機構的組成分為電機、減速器及位置發送器三大部件
2.1電機
電機是接受伺服放大器或電動操作器輸出的開關電源,把電能轉化為機械能,從而驅動執行機構動作。
2.2減速器
減速器上有手動部件、輸出軸、機械限位塊。減速器是將電機的高轉速、小轉矩轉換為低轉速、大轉矩的輸出功率,以帶動閥門機構動作。機座上有兩塊剎車片,可使輸出軸的轉角限制在90°范圍內以保證不損壞調節機構及有關連桿。
2.3位置發送器
位置發送器由電源變壓器、差動變壓器、印刷電路板等部件組成。
當減速器輸出軸移動時,凸輪隨之旋轉,是壓在凸輪斜面上的差動變壓器的鐵芯連桿產生軸向位移,改變鐵芯在差動變壓器線圈中的位置,使差動變壓器輸出對應位置的電壓轉換成標準的直流電流信號(4~20mA)。減速器輸出軸的轉角位移與位置發送器的輸出電流呈線性關系。
3 伺服放大器的原理
在自動控制系統中,這些執行機構需要外掛式的伺服放大器進行開關控制。電動執行機構的指令信號與閥位反饋信號在伺服放大器中進行比較放大后,經過可控硅送出220V的開關信號。伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構成,分前置級磁放大器線路板、觸發器線路板、可控硅交流開關線路板三部分。電動執行機構的指令信號與閥位反饋信號的比較放大靠這些電子線路板的運行來實現。
伺服放大器有兩種模式可供選擇:
一種為執行機構本身的控制板上帶有伺服放大器功能,結構緊湊,不需占有儀表盤后空間,安裝及調試較為簡單(即電子一體化)。
 另一種為單獨放置的位置定位器,安裝于儀表盤后,這是一種較為傳統的應用方法,檢修及更換較為容易(即分立式比例調節型)。

-15V
+15V
觸電輸出
電機反轉
 
電機正轉
220V.AC
220V 220V~
vVVVV
±24V
 
閥位信號
調節信號
圖2 伺服放大器原理框圖
隔離
比較
放大
過零觸發
過零觸發
交流開關
交流開關
變壓
整流
 
穩壓
報警警
伺服放大器是電動執行機構的控制單元儀表,可分為墻掛式和架裝式兩種。放大器的前置板包括信號的隔離、比較、極性的判別、故障診斷等功能。主回路板上有兩路交流開關,電源變壓器及直流穩壓電源。前置板安裝在主回路板上。它接受調節儀表的標準信號(4-20mA)和執行機構的反饋信號,輸出220V交流電驅動伺服電動機正轉、反轉,連續調節閥位開度。實現各種工藝過程參數自動調節。

4結束語
在日常維護中我們發現,電動執行機構的故障多發于伺服放大器故障。而伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構成,電子元件的質量和電路板的可靠性決定了伺服放大器的可靠性。常規伺服放大器抗干擾的能力普遍不高,電壓的波動、高溫、高粉塵、振動等外部環境的影響都容易導致伺服放大器故障。針對伺服放大器存在可靠性差的缺點,建議利用DCS來實現伺服放大器的控制功能。因為DCS具有靈活的組態方法、豐富的軟件功能和很高的可靠性,可自動判斷執行機構的狀態,當固態繼電器擊穿或者閥位反饋信號有誤時能夠使電動執行機構保持在原位置,以防止事故的擴大化。而且在可靠性方面有了很大程度的提高。
 
 
參考文獻:
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