电动执行器控制技术讲义

电动执行器控制技术讲义概述执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要作用。称作实现生产过程自动化的“手足”，它接受调节器的控制信号，自动改变操作变量，达到对被调参数（如温度、压力、液位、流量）进行调节的目的。根据使用的能源可分作电动执行器、气动执行器、液动执行器。电液执行器与电动执行器相比，由于采用液压机构，因此具有更大的推力和推力矩，控制定位精确，响应速度快，各项指标非常出色。但电液执行器液压系统结构复杂，价格昂贵，目前还难以普及。电动执行器的特点电动执行器是以电为能源。主要特点是：能源取用方便，信号传输速度快、传送距离远；便于集中控制；停电时执行器保持原位不动，不影响主设备的安全；灵敏度和精度较高。缺点是结构复杂、推力小、价格贵、故障率高于气动执行器。电动执行器按位移分为角形程、直行程和多转式等三类。电动执行器设有阀位检测装置，因此，电动执行机构与阀位检测装置组成位置反馈控制系统，具有良好的稳定性。适用于无气源供应的场所，不具有气动执行器的本质安全性，当用于危险场所时，需考虑设置安全防暴措施。电动执行器原理电动执行器主要由位置发送器、减速机构、伺服电动机组成。其工作原理是：伺服放大器把来自调节器的输入信号与位置发送器来的反馈信号相比较，其偏差经放大后去控制伺服电动机正转或反转，经减速器减速后，使输出轴产生位移（线位移或角位移）。执行器的动作方向总是减小偏差信号，当偏差信号为零时（即小于放大器死区），此时执行机构输出轴就停在与输入信号相对应的位置上，完成一次调节任务。输入信号不断的变化，执行机构也就不断的跟随调整。电动执行器接线原理图电动执行器原理方框图电子式执行器原理方框图伺服放大器电动手操器伺服电机减速器位置发送器输出轴If调节器伺服电机放大器LN正反控制模块手操器伺服电机减速器位置检测输出轴If调节器执行器的安装一、角形程执行器安装的注意事项1、执行机构一般安装于调节阀附近，其位置应便于操作检修，露天安装要有防雨设施；2、为了发挥执行器的最大输出力矩，将调节机构转臂放置在50%开度位置，使连杆与转臂垂直，执行器的动作方向应沿调节阀转臂的切线方向，执行器的转臂与连杆应垂直，并在同一平面内动作。3、执行机构及底座的固定必须牢固，所选材料必须保证相应力矩的执行器正常工作。二、直行程执行器安装注意事项1、执行器输出轴与调节阀推杆的连接应保持2~3毫米间隙；2、当控制角位移调节阀（或翻板）时，执行器的动作方向应沿调节阀转臂的切线方向，并在同一平面内动作。3、直行程执行器的输出位移量应满足调节阀的线位移量；电子式执行机构随着电子技术的发展，出现了电子式执行机构，它们的差别在于将电动执行器的位置发送器和外置伺服放大器（位置定位器）经整合集成后，全部置于执行器内部。减少了中间环节，简化了接线。其原理与电动执行器完全相同，它具有结构紧凑，电路部分实现模块化结构，降低了维护量；根据生产厂家的设计不同，其调整方式也不一样，性能也存在差异。有些电子式执行器采用了电力矩制动方式

。电动执行机构的故障分析由于电动执行器和电子式执行器的原理一样，随不同的生产厂家设计结构不同，故障表现形式基本一样，判断执行器的故障首先要熟悉其工作原理，对于执行器不同的组成部分，其故障现象有各自的表现形式。像位置检测元件、换相电容、放大器、伺服电机、减速机构等，它们的故障都有各自的特征表象，熟悉并了解这些部件的作用，对快速判断故障起着事半功倍的作用。电动执行器的结构故障分析近几年，电子式执行器的兴起几乎完全取代了电动执行器，这些电子式执行器的减速机构大多采用蜗轮蜗杆形式，使减速机构更简单，性能更平稳，机械惯性很小，可以不采用制动装置，或采用电力矩制动以实现快速定位。这类产品厂家较多，例如北京奥特美、上海以及一些国外品牌等，市场较常见，不足之处是将所有的电子元件（包括大电流的控制元件）封装在一起，不利于散热，是故障重点之一；另外，执行器的壳体使电机不能有效散热，温升导致执行器‘抱死’，影响正常调节和生产。电力矩制动方式的利弊电力矩制动不是对所有执行器都适用，它取决于减速机构的形式，对于小惯性变速形式效果较好，如蜗轮蜗杆减速机构本身具有制动的功能。而对于DKJ型执行器，其齿轮组采用直齿传动，齿轮惯性较大，同时齿轮之间的咬合存在间隙，这个间隙为惯性提供了空间，其结果使执行器不能快速定位，出现震荡，同时电机主动齿轮容易损伤。电力矩制动方式也有它的两面性：一方面可取代机械摩擦制动，有一定的优点；另一方面也会使电机启动频繁增加发热的因素，甚至过热自保不能调节。电动执行器的故障表现电动执行器的故障表现形式多种多样，可以归纳为下列几种形式：⑴执行器不动作；⑵执行器周期震荡；⑶执行器单向动作；⑷执行器异常发热；⑸执行器动作无力；⑹执行器异常抖动；⑺执行器电机空转；⑻执行器运行时噪音大；电动执行机构的故障分析现象分析故障原因处理方法执行器周期震荡在平衡点周期震荡灵敏度高灵敏度一般在1~2%位置电位器某一点接触不良可重新调试，避开该点或更换电位器制动不良调整制动否则更换执行器单向动作电机回路故障电机一绕组开路若绕组故障更换电机电机某相回路断找出开路点并处理放大器故障一固态开关坏更换固态开关触发电路故障更换放大器或模块位置信号故障电位器松动变值紧固或必要时更换位置检测轴不动查找检测轴故障并处理电动执行机构的故障分析现象分析故障原因处理方法执行器不动作电源掉电断路器容量小或故障更换合适开关线路或设备有短路处分段排查找到故障点并处理放大器及元件控制模块(放大器)坏更换模块(放大器)固态开关坏更换固态开关换向电容流液或失效更换同容量电容线路故障电机公共回路开路分段排查并处理控制、反馈信号开路(端子、焊点、接头)检查信号回路故障源并处理断点电动执行机构的故障分析现象分析故障原因处理方法执行器异常发热干扰因素电源杂波干扰加抗干扰器或高压电容滤波信号穿入交流干扰接大容量电容滤波或采用屏蔽电缆电源信号共用一条电缆造成干扰电源和信号电缆应分别敷设换向电容因素电容变值功效降低更换电容电容选用偏大，启动电流大引起发热更换电容过载因素执行器减速箱或负载有机械故障找到过载原因作相应处理电动执行机构的故障分析现象分析故障原因处理方法执行器动作无力换向电容因素电容容量变小，电机启动无力更换电容执行器行程时间超过规定值更换电容执行器电机空转减速机构减速机构齿轮磨损更换执行器传动皮带皮带磨损更换皮带电机齿轮电机传动齿轮损坏更换齿轮或执行器电动执行机构的故障分析现象分析故障原因处理方法执行器异常抖动干扰程度严重电源杂波干扰较强加抗干扰器或改电源信号穿入交流干扰接大容量电容滤波并采取屏蔽措施电源信号共用一条电缆造成干扰电源和信号电缆应分别敷设机械故障引起执行器减速箱有机械故障