摘要：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量儀生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。1.1.電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，是控制系統(tǒng)中的一個重要部分。它接收來自控制器的0?10mA或4?20mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，。更多的流量計(jì)廠家選型號價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來電咨詢，下面是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述文章詳情。

1.1.電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，是控制系統(tǒng)中的一個重要部分。它接收來自控制器的0?10mA或4?20mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)自動控制。

電動執(zhí)行器有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等類型。角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電動機(jī)為動力元件，將輸入的直流電流信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（0°?90°)，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入的直流電流信號后，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種控制閥和其他直線式控制機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。由于它的電動功率比較大，zui大的有幾十千瓦，一般多用作就地操作和遙控。

幾種類型的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電氣原理上基本是相同的，只是減速器不一樣。以下簡單介紹一下角行程的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括兩相伺服蘭減速器和位置發(fā)送器。為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖。

來自調(diào)節(jié)器的Ii作為伺服放大器的輸入信號，它與位置反饋信號If進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后控制兩相伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器減速后，改變輸出軸即調(diào)節(jié)閥的開度或擋板的角位移）。與此同時(shí)，輸出軸的位移又經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成電流信號，作為閥位指示與反饋信號If。當(dāng)If與Ii相等時(shí)，兩相電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，這時(shí)調(diào)節(jié)閥的開度就穩(wěn)定在與調(diào)節(jié)器輸出（即執(zhí)行器的輸入）信號Ii成比例的位置上。

輸出軸轉(zhuǎn)角θ與輸入信號Ii的關(guān)系為

式中，尺為比例系數(shù)。

由上式可知，輸出軸轉(zhuǎn)角和輸入信號成正比，斫以電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可看成是比例環(huán)節(jié)。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)還可以通過電動操作器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動操作和手動操作的相互切換。當(dāng)操作器的切換開關(guān)切向“手動”位置時(shí)，由正、反操作按鈕直接控制電機(jī)的電源，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，進(jìn)行遙控手動操作。

下面對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別介紹。

1.伺服放大器

伺服放大器由前置磁放大器、觸發(fā)器、可控硅主回路及電源等部分組成。如圖4-5所示。它的作用是綜合輸入信號和反饋信號，并將該結(jié)果信號加以放大，使之有足夠大的功率來控制伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。根據(jù)綜合后結(jié)果信號的極性，放大器應(yīng)輸出相應(yīng)極性的信號，以控制電動機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)。

為滿足組成復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求，伺服放大器有3個輸入信號通道和一個位置反饋通道-_因此，它可以同時(shí)輸入3個信號和一個位置反饋信號。簡單控制系統(tǒng)，只用其中一個輸入通道和位置反饋通道。

前置級磁放大器是一個增益很高的放大器，來自控制器的輸入信號和位置反饋信號在磁放大器中進(jìn)行比較，當(dāng)兩者不相等時(shí)，放大器把偏差信號進(jìn)行放大，根據(jù)輸入信號與反饋相減后偏差的正負(fù)極性和放大器在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生兩位式的輸入電壓，控制兩個晶體管觸發(fā)電路中一個工作、一個截止，使主回路的晶閘管導(dǎo)通，兩相伺服電動機(jī)接通電源而旋轉(zhuǎn)，從而帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行主動控制。晶閘管在電路中起無觸電開關(guān)作用。伺服放大器有兩組開關(guān)電路，即觸發(fā)器與主回路兩套，各自分別接受正偏差或負(fù)偏差的輸入信號，以控制伺服電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，位置反饋信號隨電動機(jī)轉(zhuǎn)角的變化而變化，當(dāng)位置反饋信號與輸入信號相等時(shí)，前置反饋信號隨電動機(jī)轉(zhuǎn)角的變化而變化，當(dāng)位置反饋信號與輸入信號相等時(shí)，前置放大器沒有輸出，伺服電動機(jī)停轉(zhuǎn)。

2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、減速器和位置變送器3部分組成。它接收伺服放大器或電動操作器的輸出信號，控制伺服電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器減速后變成輸出力矩去推動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作。與此同時(shí)，位置發(fā)送器將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電流信號，用以指示閥位，并反饋到前置磁放大器的輸入端，去平衡輸入電流信號。

(1)伺服電機(jī)

伺服電動機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力部分，它是采用沖槽硅鋼片疊成的定子和鼠籠型轉(zhuǎn)子組成的兩相伺服電動捫：定子上具有相同的繞組，靠移相電容使兩相繞組中的電流相位相差90°，同時(shí)兩相繞組在空間也相差90°，因此構(gòu)成定子旋轉(zhuǎn)磁場。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，取決于兩組繞組中電流相位的超前或滯后。

考慮到執(zhí)行器中的電動機(jī)常處于頻繁的啟動、制動過程中，在控制器輸出過載或其他原因使閥卡位時(shí)，電動機(jī)還可能長期處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，為保證電動機(jī)在這種情況下不致因過熱而燒毀，這種電動機(jī)具有啟動轉(zhuǎn)矩大和啟動電流較小的特點(diǎn)。另外，為了盡量減少伺服電動機(jī)在斷電后按慣性繼續(xù)“惰走”的過程，并防止電動機(jī)斷電后被負(fù)載作用力推動，發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在伺服電動機(jī)內(nèi)部還裝有傍磁式制動機(jī)構(gòu)，以保證電動機(jī)在斷電時(shí)，轉(zhuǎn)子立即被制動。

(2)減速器

伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速較高，輸出轉(zhuǎn)矩小。轉(zhuǎn)速一般為600?900r/min，而調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比較低，輸出轉(zhuǎn)矩大，輸出軸全行程（90°)時(shí)間一般為25s，即輸出軸轉(zhuǎn)速為0.6r/min。因此伺服電動機(jī)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間必須裝有減速器，將高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速變成低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩，伺服電動機(jī)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間一般裝有兩級減速器，減速比一般為（1000?1500):1。

減速器采用平齒輪和行星減速機(jī)混合的傳動機(jī)構(gòu)。其中平齒輪加工簡單，傳動效率高，但減速器體積大，行星減速機(jī)構(gòu)具有體積小、減速比大、承載力大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

(3)位置發(fā)送器

位置發(fā)送器是根據(jù)差動變壓器的工作原理，利用輸出軸的位移來改變鐵芯在差動線圈中的位置，以產(chǎn)生反饋信號和位置信號。為保證位置發(fā)送器穩(wěn)定的電壓及反饋信號與輸出軸位移成線性關(guān)系，位置發(fā)送器的差動變壓器電源采用LC串聯(lián)諧振磁飽和穩(wěn)壓，并在位置發(fā)送器內(nèi)設(shè)置零點(diǎn)補(bǔ)償電路，從而保證了位置發(fā)送器良好的反饋特性。

角行程電動執(zhí)行器的位置發(fā)送器通過凸輪和減速器輸出軸相接，差動變壓器的鐵芯用彈簧緊壓在凸輪的斜面上，輸出軸旋轉(zhuǎn)0°?90°,差動變壓器鐵芯產(chǎn)生軸向位移，Z置i送H內(nèi)輸出電流為4?20mADC。

直行程電動機(jī)執(zhí)行器的位置發(fā)送器與減速器之間的連接和調(diào)整是通過杠桿和彈簧來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)減速器輸出軸上下運(yùn)動時(shí)，杠桿一端依靠彈簧力緊壓在輸出軸的端面上，使差動變壓器推桿產(chǎn)生軸向位移，從而改變鐵芯在差動變壓器繞組中的位置，以達(dá)到改變位置發(fā)送器輸出電流的目的。

(4)操作器

操作器是用來完成手動與自動之間的切換、遠(yuǎn)方操作和自動跟蹤無擾動切換等任務(wù)。根據(jù)它的功能不同，有三種類型：*種是有切換、閥位指示、跟蹤電流指示和中途限位的；第二種是有切換操作、閥位指示和跟蹤電流的；第三種是有切換操作、閥位指示和跟蹤電流，但無跟蹤電流指示的。

隨著自動化程度的不斷提高，對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)提出了更多的要求，如要求能直接與計(jì)算機(jī)連接、有自動保持作用和不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸入電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服電動機(jī)采用了低速電動機(jī)后，有利于簡化電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，提高性能，有待于進(jìn)一步推廣

3.電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整機(jī)特性

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)各環(huán)節(jié)的特性及信號傳遞方面框圖如圖4-6所示。

伺服放大器是一個具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，具有不靈敏區(qū)（<150μA)。當(dāng)|Ii-If|<△/2時(shí)，無輸出；當(dāng)|Ii-If|≥△/2輸出為一恒定交流電壓（約為215V)。

減速器和位置發(fā)送器為比例環(huán)節(jié)。

伺服電機(jī)接通電源：伺服電機(jī)工作在恒速狀態(tài)，故為一個積分環(huán)節(jié)，因此，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性主要取決于伺服電機(jī)時(shí)特性，即具有積分特性。

由于伺服放大器的不靈敏區(qū)很小，在系統(tǒng)平衡時(shí)，可認(rèn)為Ii-If=△≈0，故有Ii=If=kfθ，所以電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)關(guān)系式為：，式中kf為位置發(fā)送器的比例系數(shù)，亦即反饋系數(shù)（kf=10mA/90°)。上式表明，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入與輸出之間具有良好的線性關(guān)系。

1.2智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)

智能式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理與模擬式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相同，但是，智能式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取了新穎的結(jié)構(gòu)部件。伺服放大器中采用了微處理系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實(shí)現(xiàn)，而且還具有數(shù)字通信接口，從而具有HART協(xié)議或現(xiàn)場總線通信功能，成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點(diǎn)。有的伺服放大器中還采用了變頻技術(shù)，可以更有效地控制伺服電動機(jī)的動作。減速器采用新穎的傳動結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)、傳動效率高、無爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用了新技術(shù)和新方法，有的采用了霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動作，實(shí)現(xiàn)了非接觸式定位檢測；也有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸承和特種導(dǎo)電塑料材質(zhì)做成的電阻薄片；還有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。

與常規(guī)電動執(zhí)行器相比，智能電動執(zhí)行器有如下特點(diǎn)。

1)具有智能化和高精度的控制功能。智能電動執(zhí)行器可直接接收變送器信號，按設(shè)定值自動進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制流量、壓力和溫度等過程變量。通過組態(tài)可按折線形成多種形狀的非線性流量特性，‘實(shí)現(xiàn)對過程非線性特性的補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)的控制精度，同時(shí)也擺脫了長期以來依靠改變閥芯形狀來改變流量特性的落后狀況。

2)一體化的g構(gòu)設(shè)計(jì)思想。將位置控制器、PID控制器、伺服放大器、電-氣轉(zhuǎn)換器、閥位變送器等裝在+臺現(xiàn)場儀表中，減少了信號傳輸中的泄漏和干擾等因素對系統(tǒng)控制精度的影響；還采用電d動和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)代替機(jī)械摩擦制動技術(shù)，以提高整機(jī)的可靠性。

3)具有智能化的通信功能。與上位機(jī)或控制系統(tǒng)之間可通過現(xiàn)場總線按規(guī)定的通信協(xié)議進(jìn)行雙向數(shù)字通信，并構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，這是智能執(zhí)行器與常規(guī)電動執(zhí)行器的重要區(qū)別之一。

4)具有智能化的自診斷與保護(hù)功能。當(dāng)電源、氣動部件、機(jī)械部件、控制信號、通信或其他方面出現(xiàn)故障時(shí)，均能迅速識別并能有效采取保護(hù)措施，確?？刂葡到y(tǒng)及生產(chǎn)過程的安全。

5)具有靈活的組態(tài)功能，“一機(jī)多用”，提高了經(jīng)濟(jì)效益。例如，對于輸入信號，可通過軟件組態(tài)來選擇合適的信號源；對于執(zhí)行器的運(yùn)行速度和行程，也可通過組態(tài)軟件進(jìn)行任意設(shè)置，所有這些都無需更換硬件。這樣一來，只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過程的不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

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