电动执行机构在工业生产中的应用及关键作用

1.电动执行机构的用途

电动执行机构属于自动化仪表中执行类的单元仪表，可接收来自调节器、工控机、DCS、计算机等仪表发出的控制信号，自动完成调节动作，是组成自动控制系统的重要单元。

电动执行机构和气动执行机构一样，也是由执行机构和调节机构两部分组成。其中调节机构部分常常是和气动执行机构通用的，所不同的只是电动执行机构使用电动机执行机构，即使用电动机等电动元件产生推力启闭调节阀。根据执行机构的不同电动执行机构可分为角行程执行机构（DKJ型）、直行程执行机构（DKZ型）和多转式电动执行机构等。

2.电动执行机构分类及主要技术性能

（1）电动执行机构在输出方式上的分类

1）角行程电动执行机构；

2）直行程电动执行机构；

3）多转型电动执行机构。

（2）电动执行机构主要技术性参数

1）输入信号：4～20mA（Ⅲ型）或0～10mA（Ⅱ型）。

2）额定力矩：角行程（例如，100～24000N·m）；直行程（例如，400～4000N·m）；多转型（例如400～1000N·m）。

3）额定行程：角行程90°；直行程10mm、16mm、25mm、40mm、60mm、100mm；多转型1～36圈等。

3.电动执行机构的组成及工作原理

电动执行机构如图6-6所示。电动执行机构接收4～20mA或0～10mA的直流输入信号，并将其转换成相应的输出力或直线位移，以推动调节机构动作。工业生产过程中大多使用伺服电动机作为动力部件的电动执行机构。

电动执行机构由伺服放大器、伺服电动机、位置发送器和减速器四部分组成，其构成原理如图6-7所示。

图6-6 电动执行机构

其工作原理为：伺服放大器将输入信号和反馈信号相比较，得到差值信号ε，并将ε进行功率放大。当差值信号ε＞0时，伺服放大器的输出驱动伺服电动机正转，再经机械减速器减速后，使输出轴向下运动，输出轴的位移经位置发送器转换成相应的反馈信号，反馈到伺服放大器的输入端使ε减小，直至ε=0时，伺服放大器无输出，伺服电动机也停止运转，输出轴也就稳定在输入信号相对应的位置上。反之，当ε＜0时，伺服放大器的输出驱动伺服电动机反转，输出轴向上运动，反馈信号也相应减小，直至ε=0时，伺服电动机才停止运转，输出轴稳定在另一新的位置上。(www.xing528.com)

图6-7 电动执行机构的构成框图

（1）伺服电动机

伺服电动机是电动调节阀的动力部件，其作用是将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩。

伺服电动机实际上是一个二相电容异步电动机，由一个用冲槽硅钢片叠成的定子和笼型转子组成，定子上均匀分布着两个匝数、线径相同而相隔90°电角度的定子绕组W₁和W₂。

（2）伺服放大器

伺服放大器主要包括放大器和两组晶闸管交流开关Ⅰ、Ⅱ，其工作原理如图6-8所示。

放大器的作用是将输入信号I_i和反馈信号I_f进行比较，得到差值信号ε，并根据ε的极性和大小，控制晶闸管交流开关Ⅰ、Ⅱ的导通或截止。晶闸管交流开关Ⅰ、Ⅱ用来接通或切断伺服电动机的交流电源，控制伺服电动机的正转、反转或停止运转。

图6-8 伺服放大器工作原理示意图

在执行机构工作时，晶闸管交流开关Ⅰ、Ⅱ只能其中一组导通。晶闸管Ⅰ导通时，分相电容C_d与W₂串接，由于C_d的作用，W₁和W₂的电流相位总是相差90°，其合成向量产生定子旋转磁场，定子旋转磁场又在转子内产生感应电流并构成转子磁场，两个磁场相互作用，使转子顺时针方向旋转（正转）。晶闸管Ⅱ导通时，使转子逆时针方向旋转（反转）。晶闸管交流开关Ⅰ、Ⅱ均截止时，伺服电动机停止运转。

（3）位置发送器

位置发送器的作用是将电动执行机构输出轴的位移线性地转换成反馈信号，反馈到伺服放大器的输入端。

位置发送器通常由位移检测元件和转换电路两部分组成。前者用于将电动执行机构输出轴的位移转换成毫伏或电阻等信号。常用的位移检测元件有差动变压器、塑料薄膜电位器和位移传感器等。位移传感器用于将位移检测元件输出信号转换成伺服放大器所要求的输入信号，如0～10mA或4～20mA直流电流信号。

（4）减速器

减速器的作用是将伺服电动机高转速、小力矩的输出功率转换成执行机构输出轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。直行程式的电动执行机构中，减速器还起到将伺服电动机转子的旋转运动转变为执行机构输出轴的直线运动的作用。减速器一般由机械齿轮或齿轮与带轮构成。