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電動執行器過力矩保護的發展

更新時間:2023-04-13      點擊次數:343

    過力矩保護是電動執行器的一個重要控制環節,它的控制精度直接決定著執行器能否對自身和連接的閥門起到保護作用

    本文從三種主流過力矩保護方式的優缺點及控制精度等方面開展比照和分析,以判斷過力矩保護的發展方向.

    電動執行器作為工業過程控制系統中一個十分重要的現場驅動裝置,廣泛應用于電力、冶金、石油、化工等行業在流體控制中如閥門在運轉中出現問題,就會在電動執行器中表達出來。所以它還擁有一個身份-“閥門的保護者’其作用就表達在對閥門的正常使用的監測,其中很重要的一點就是過力矩保護.顧名思義,過力矩保護就是指電動執行器在運行過程中一旦出現負載轉矩超過允許的數值,應立即切斷電源或者發出報警信號,進而停止電機的轉動,以到達保護閥門同時保護執行器自身的目的.  

    作為現場儀表的一種,電動執行器的價值更多地表達在穩定性、可靠性和控制精度上。隨著技術的發展,對執行器的要求早已超越了運轉的穩定和可靠,對控制精度的要求越來越高,而過力矩保護在控制精度中占有極為重要的位置。在我國,電動執行器發展相對較晚,在過力矩保護方面就表達得更為明顯。我們姑且把發展階段按過力矩的發展狀況分為三個階段:機械控制過力矩階段、傳感器控制過力矩前期傳感器控制過力矩后期。

1、機械控制過力矩階段我國從六十年代末七十年代初開始仿制前蘇聯的電動執行器,經過二十年緩慢發展,到八十年代生產出DKJ型角行程 DKZ型直行程電動執行器(我國生產的電動執行器那個時候電動執行器在我國尚在推廣之中,僅僅用來在特殊環境下代替人工作業,更談不上過力矩保護功能,只能依靠設計時電機的功率來保證對力矩的控制。后來引進伯納德電動執行器的技術,出現了最早的過力矩保護,其控制方式就是機械控制過力矩方式(后文介紹和分析的是在此根底上加以改良的控制過力矩方式)。這種方式的主要部件是力矩傳動件、行星內齒圈、力矩微動開關。

1.1、控制原理

電動執行器帶負載運行,與電機連接的行星內齒圈隨著轉矩的傳遞,根據傳遞轉矩的大小,軸側力出現微小的偏轉偏轉的幅度幾乎與負載所產生的轉矩大小成正比(具體計算在這里省略)所以一旦負載超過允許的最大值,撥動裝在內齒輪外沿上的裝有平衡正向和反向兩個轉矩的兩個螺旋圓柱彈簧(簡稱力矩簧組件)的傳動件,使力矩簧組件整體左右移動。當過力矩時,傳動件帶動連桿觸動該方向上的力矩微動開關動作產生瞬時電信號。在這里就有一個問題,如果電動執行器過力矩只報警一下,那就根本無法符合實際運轉要求,故要借助控制電路板中專用的繼電器來協助完成,從而使電動執行器停止運轉。  

1.2、控制精度

控制精度一般在 10%到 25%之間,而且隨著負載的轉矩的變小,變得越來越差。這種過力矩保護方式是電動執行器發展到目前為止的機械控制過力矩方式,與電氣控制部分、電機、減速器部分有機結合和連接。

1.3、缺點

這種機械控制方式主要存在三方面的問題

1)力矩簧的材質--彈簧的彈性系數在整個控制過力矩過程起著重要的作用;傳動件的加工精度--傳動件是保證連桿、力矩簧、傳動件三部分保持相對受力平衡的關鍵部件以上兩點,任何一方面都足以影響整個過力矩控制過程;

2)機械部件在長期頻繁使用狀況下顯得壽命相對較短隨著使用時間的加長,故障的出現率也會越來越高,同時大大影響過力矩保護控制的精度;

3)在現場安裝執行器需要根據不同的要求的保護轉矩值來對傳動件的位置和力矩簧的松緊程度開展有效調節,而這樣的機械控制方式需要打開控制箱部分的箱蓋,最重要的是需要專業人員開展調節,非專業人員不易掌握,而且不易調節準確,造成較大誤差之后也有一些制造商主動求變,將這樣的過力矩保護方式構造做了一些改變,又將行星盤組件的位置做了一些改動但實際效果大同小異,并沒有實質的改變。目前的機械控制方式顯然已經不滿足現在的技術發展要求了,但作為機械控制方式,仍可以控制過力矩的范圍,而不作為準確控制考慮到這種技術的成熟度和認知度,現在國內仍有廣闊執行器制造商使用此種控制方式。


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