一、执行器的工作原理

1、电动执行器，是一种自动控制领域的常用机电一体化设备器件，是自动化仪表终端的执行设备。主要是对一些阀门、挡板等设备进行开关和调节控制，代替人工作业。它由伺服放大器和执行机构两部分组成。其原理如图1所示。

图1 电动执行机构的工作原理图

注：Ii为输入电流即指令；If为变送器的反馈电流；

输出量θ为执行器旋转的角度或位移。

角行程电动执行器是一个具有深度负反馈的闭合随动系统。伺服放大器将输入信号Ii和来自执行机构的位置反馈信号If进行比较，将两者的偏差进 行放大以驱动两相电机转动，再经减速机减速，带动输出轴改变转角。输出轴转角的变化又经过位置发送器按比例转换成相应的位置反馈电流If，反馈到伺服放大 器的输入端。当Ii与If偏差为0时，两相电动机停止转动，输出轴稳定在与输入Ii相对应的位置上。电动执行机构输出轴转角θ与输入信号电流之间的关系 为：

θ=KIi    （1）

式中：K=9 /mA，可以近似看成一个比例环节。前置磁放大器是伺服放大器的主要部件，它是一个具有内部反馈的直流双推挽式磁放大器，它利用磁铁材料的非线性原理，将电流转换成电压输出。

2、电动执行器工作模式

就地方式、远程方式和自动调节方式。当执行机构出现故障或紧急事故时，旋钮切到“手动”位置，摇动手轮就可以实现手动操作。遥控方式是把中控室内的操作器切换开关放在“手动”位置时，通过旋转“开”或“关”旋钮发出控制信号控制执行机构正转或反转。

在自动调节方式时，其控制过程：输入信号I_λ1=0时，位置发送器反馈电流I_反=0，此时伺服放大器没有输出电压，电机停转，执行机构输出轴稳定在预选好的零位。

输入信号I_λ1>0时，此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器中进行磁势综合比较，由于这2个信号大小不相 等且极性相反就有误差磁势出现，从而使伺服放大器有足够的输出功率驱动电机，执行机构输出轴就朝着减少这个误差磁势的方向运动，直到输入信号和位置反馈信 号两者相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。

二、电动执行机构的组成及功能

电动执行机构由电机、减速器及位置发送器3部分组成。

1 电机

电机是接受伺服放大器或电动操作器输出的开关电源，把电能转化为机械能，从而驱动执行机构动作。

2 减速器

减速器是将电机的高转速、小转矩转换为低转速、大转矩的输出功率，驱动输出臂转角限制在90°范围内，产生的扭矩通过联杆驱动阀板开启。

3 位置发送器

是通过连杆产生轴向位移，改变铁芯在差动变压器线圈中的位置，使差动变压器输出对应位置的电压转换成标准的直流电流信号（4~20mA）。减速器输出轴的转角位移与位置发送器的输出电流呈线性关系。

三、根据现场控制要求确定电动执行器

    电动执行器的控制模式一般分为开关型（开环控制）和调节型（闭环控制）两大类。

    （1）开关型（开环控制）。开关型电动执行器一般实现对阀门的开或关控制，即阀门要么处于全开位置，要么处于全关位置，此类阀门不需对介质流量进行控制。特别值得一提的是开关型电动执行器因 结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。分体结构和一体化结构是属于互补型，一体化结构适合控制系统工艺要求简单的情况，容易诊断故障，价格比较 低；分体结构难度高，容易出现故障且不容易诊断维修，同时价格贵。由于矿山自动控制系统中的水系统控制通常集中一个地方，现场的电装设备与其他控制设备通 过信号发送相互连接，控制整个系统。这种情况采用采用一体化结构电动执行器比较合理，不容易出现电动执行器功能与系统控制设计不匹配等现象方面的故障。因 此，在确定电动执行器选型时必需对此做出说明，不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现象。

    （2）调节型（闭环控制）。调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能，它还能对阀门进行控制，从而调节介质流量。其中控制 信号包括电压、电流，常见的控制信号有电压信号（0～5V、1～5V）和电流信号（4～20mA、0～10mA）。在矿山企业的工艺现场中，对于工艺都是 比较高，自动控制系统的压力或者水流量都会对生产条件造成很大影响，采用调节型电动执行器。在遇到线路故障造成控制信号丢失时，可以启闭到设定的保护 值。因此在选择电动执行器时，必须明确控制信号的参数和类型。也就是调节型电动执行器的工作形式，但是现实中很多产品在出厂后并不能进行修改。奥美阀控生 产的智能电动执行器可以通过现场设定进行灵活修改，并可设定任意位置（0~100%）为保护值。图2为奥美阀控生产的智能型电动执行器的结构示意图。

    （3）根据阀门输入的扭力确定电动执行器的输出扭力阀门启闭所需的扭力决定着电动执行器选择多大的输出扭力，一般由使用者提出或阀门厂家自 行选配，作为执行器厂家只对执行器的输出扭力负责，阀门正常启闭所需的扭力由阀门口径大小、工作压力等因素决定。阀门实际运行中，启闭的瞬间需要大的扭 力，阀门开启后，在较长的运行中需要的扭力要小于起闭时的扭力，虽然阀门运行扭力小于起动扭力，在选择电动执行器时要保证运行扭力大于阀门的扭力，只有这 样才能保证阀门的正常工作。因此电动执行器必需选择一个合理的扭力范围。

（4）根据所选电动执行器确定电气参数不同型号及不同厂家的执行器其电气参数也有所不同，电气参数主要是额定电流、二次控制回路电压及电机 功率等，设计师在选型时只需要确定这几项。如果忽略电气参数，会造成电机阀门工作时出现跳闸、保险丝断裂及其他故障。比如由于一般模拟量控制是 0~10mA、1~5V，还有4~20mA等，一般调节型（一体化）电动执行器都可以用模拟量控制；开关量控制一般开关量控制信号是“开”“关”指令信 号，也有可能还有“停”指令信号，并分为几种：无源、24VDC、220VAC，如果开关量为220VAC，则需要配伺服放大器。如果执行器控制没有用伺 服放大器，则选用220VAC开关型的电动执行器时，需要注意执行器电机功率一定要小于提供的这个220V开关量功率。

四、主要技术参数：

电源：AC220V、AC380V（定制）

耗电功率：A型执行器50W；B型执行器150W；C型执行器220W；D型执行器350W；

驱动电机：交流可逆单相齿轮减速电机

输入信号：4～20mAd.c或1~5Vd.c

输出信号：4～20mAd.c（负载电阻500Ω以下）

输出力距：10Nm-16000Nm

死区：0.8～1

零点调整：±25％

通径：直行程DN20-DN350角行程DN150-DN1600、DN1700-DN3000(定制)

型号：开关型、调节型、防爆型都可以做。

五、执行器的功能特点:

1、控制模块采用先进的混合集成电路，树脂浇铸固化，可靠性高、防潮、防震（341无控制模块）。

2、执行器本身具有伺服功能，无需外加伺服放大器（341直接用220V电源控制）。

3、电机内部装有温度保护开关。

4、电机内部装有机械阻尼制动。

5、用电位器调整零点、行程、灵敏度方便易行（341无此项）。

6、用功能开关任意选择正、反的动作，选择断信号的三种保护状态（自销、全开、全关）（341无此项）。

7、执行器关闭时有保证额定输出负荷的装置（角行程时为选择项）。

8、断电源后执行器自锁。