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摘要：本文详细介绍了电子式电动执行机构的原理，系统的分析了执行机构故障处理流程、方法和思路，为设备维护人员处理故障提供了解决方法和思路。
关键词：电动执行机构；电子式；原理；调节；故障处理
执行机构在自动控制系统中的作用，就是接受调节器发出的控制信号，改变调节参数，把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化，因此，执行机构是自动控制系统中一个极为重要而不可缺少的组成部分。
执行机构按其能源形式可分为气动执行机构、电动执行机构和液动执行机构三大类。
执行机构在湘钢使用较为广泛，共使用了1966台执行器，其中电动执行机构1020台，气动执行器946台。铁前电动执行器较多，钢后则气动执行器较多。
1、电动执行机构原理
电子式电动执行器内部原理基本一致，本文主要以焦化厂使用较多的韩国NOAH电子式角行程执行器为例进行原理分析。NOAH角行程电动执行机构主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、控制单元、手轮和机械限位装置以及位置发送器等组成。内部结构图如下：
1.1 电动机
电动机主要采用单相电容分相启动异步电动机。其接线如图2（a）所示，其副绕组回路串联一个电容器，然后再和主绕组并联到同一个电源上。电容器的作用是使副绕组回路的阻抗成容性，从而使副绕组在启动时的电流领先电源U一个相位角。由于主绕组的阻抗是感性的，它的启动电流落后电源电压U一个相位角。因此电动机启动时，副绕组启动电流Ia领先主绕组启动电流Im一个相当大的相位角，如图2（b）所示。
与其他异步电动机相比较，电容分相异步电动机具有高启动力矩、低启动电流和较小的轉动惯量，因而有较好的伺服特性。单相异步电动机改变转子转向只需将单相电源端子对调即可。电动机定子内部装有热敏开关（详见图3所示）做过热保护，当电动机出现异常过热（内部温度超过130℃）时该开关将控制电动机的电路断开以保护电动机和执行机构，当电动机冷却以后开关恢复接通，电路恢复工作。
1.2 减速器
角行程执行机构采用行星减速加涡轮涡杆传动机构，既有较高的机械效率，又具有机械自锁特性。
1.3力矩行程限制器
由内部力矩保护开关、形成限位开关等相关线路组成，起力矩保护和位置调整限制作用。
1.4 控制单元
电子式执行器的核心部件，将外部的（4～20）mA标准给定信号与执行器的反馈位置信号进行比较，输出动作信号驱动电机工作。
1.5 位置传感器
由1kΩ的高精密、长寿命导电塑料电位器作为传感器，通过凸轮组与输出轴相连接，再经过控制单元转换为（4～20）mA标准信号供DCS采集显示。
1.6 手轮机构
通过手柄的切换，可将蜗杆分别与电机或手轮相连，从而实现手动/电动切换，以便紧急情况下开关阀门。
2、故障处理实践
电动执行器故障现象主要有如下几种情形：①调节阀卡在某个位置不动作；②执行器控制反馈对不上；③执行器显示开度与阀门实际位置不一致；④执行器频繁不动作等等。电动执行器的故障总体来说分为两类，一为机械故障，二是电气故障。
2.1机械故障判断
机械故障较好判断，只需手动开关阀门看是否卡涩即可，一般来说执行器带涡轮蜗杆驱动，手动开关都比较省力，如果手摇开关较费劲基本可判断机械阀门卡死，一般来说执行器内部齿轮故障较少。阀门卡死的另外一个直观判断就是电机过热，用手触摸电机会明显感觉发烫导致电机内部热敏开关动作，从而保护电机。
若不能确定是机械故障，可将执行器与阀门连接断开，单独测试电动执行器动作情况。
由于工厂环境比较恶劣，尤其是焦化厂用于焦炉煤气调节的阀门，焦炉煤气含焦油、奈等杂质，极易卡涩阀门阀芯，这种情况通常通过蒸汽吹扫或者离线清洗能得到较好解决。
2.2 电气故障
现场常见的故障情况有：
（1）计算机执行机构控制反馈对不上。有两种情况，一种是信号隔离器故障，输入输出有衰减，这种情况通常能通过更换隔离器解决；另一种情况则是执行机构本身故障，此时需要通过调零调满来重新调试设备以达到控制反馈一致，若不能通过调试来达到控制反馈一致，则需要考虑定位器或者控制器损坏，更换相应配件即可。
（2）执行器显示阀位与实际翻板不符。这种情况需要考虑阀门翻板曲柄与执行机构曲柄长度是否一致，内部电气元件零点是否漂移。对于90度角行程执行机构必须保证阀门翻板曲柄与执行机构曲柄长度一致，否则不可能实现执行机构与阀门开度的一致。
（3）执行机构不动作，或者动作不正常。这时候需要考虑电机是否过负荷、测量移相电容是否在标准范围（一般为±5%）、控制盒是否损坏。
3、结束语
正确的理解和掌握电子式电动执行机构内部原理和结构，是我们如何正确使用和维护设备的理论基础。只有在此基础上我们才能快速地查找设备故障原因，及时解决现场的各种问题，减少故障时间，为生产稳定顺行提供坚实的设备保障。
参考文献：
[1]李发海，王岩. 电机与拖动基础[M]. 北京：清华大学出版社. 2006.10.
[2]乐嘉谦. 仪表工手册[M].北京：化学工业出版社. 2015.7.
（作者单位：湖南华菱湘潭钢铁有限公司）
关键词：电动执行机构；电子式；原理；调节；故障处理
执行机构在自动控制系统中的作用，就是接受调节器发出的控制信号，改变调节参数，把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化，因此，执行机构是自动控制系统中一个极为重要而不可缺少的组成部分。
执行机构按其能源形式可分为气动执行机构、电动执行机构和液动执行机构三大类。
执行机构在湘钢使用较为广泛，共使用了1966台执行器，其中电动执行机构1020台，气动执行器946台。铁前电动执行器较多，钢后则气动执行器较多。
1、电动执行机构原理
电子式电动执行器内部原理基本一致，本文主要以焦化厂使用较多的韩国NOAH电子式角行程执行器为例进行原理分析。NOAH角行程电动执行机构主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、控制单元、手轮和机械限位装置以及位置发送器等组成。内部结构图如下：
1.1 电动机
电动机主要采用单相电容分相启动异步电动机。其接线如图2（a）所示，其副绕组回路串联一个电容器，然后再和主绕组并联到同一个电源上。电容器的作用是使副绕组回路的阻抗成容性，从而使副绕组在启动时的电流领先电源U一个相位角。由于主绕组的阻抗是感性的，它的启动电流落后电源电压U一个相位角。因此电动机启动时，副绕组启动电流Ia领先主绕组启动电流Im一个相当大的相位角，如图2（b）所示。
与其他异步电动机相比较，电容分相异步电动机具有高启动力矩、低启动电流和较小的轉动惯量，因而有较好的伺服特性。单相异步电动机改变转子转向只需将单相电源端子对调即可。电动机定子内部装有热敏开关（详见图3所示）做过热保护，当电动机出现异常过热（内部温度超过130℃）时该开关将控制电动机的电路断开以保护电动机和执行机构，当电动机冷却以后开关恢复接通，电路恢复工作。
1.2 减速器
角行程执行机构采用行星减速加涡轮涡杆传动机构，既有较高的机械效率，又具有机械自锁特性。
1.3力矩行程限制器
由内部力矩保护开关、形成限位开关等相关线路组成，起力矩保护和位置调整限制作用。
1.4 控制单元
电子式执行器的核心部件，将外部的（4～20）mA标准给定信号与执行器的反馈位置信号进行比较，输出动作信号驱动电机工作。
1.5 位置传感器
由1kΩ的高精密、长寿命导电塑料电位器作为传感器，通过凸轮组与输出轴相连接，再经过控制单元转换为（4～20）mA标准信号供DCS采集显示。
1.6 手轮机构
通过手柄的切换，可将蜗杆分别与电机或手轮相连，从而实现手动/电动切换，以便紧急情况下开关阀门。
2、故障处理实践
电动执行器故障现象主要有如下几种情形：①调节阀卡在某个位置不动作；②执行器控制反馈对不上；③执行器显示开度与阀门实际位置不一致；④执行器频繁不动作等等。电动执行器的故障总体来说分为两类，一为机械故障，二是电气故障。
2.1机械故障判断
机械故障较好判断，只需手动开关阀门看是否卡涩即可，一般来说执行器带涡轮蜗杆驱动，手动开关都比较省力，如果手摇开关较费劲基本可判断机械阀门卡死，一般来说执行器内部齿轮故障较少。阀门卡死的另外一个直观判断就是电机过热，用手触摸电机会明显感觉发烫导致电机内部热敏开关动作，从而保护电机。
若不能确定是机械故障，可将执行器与阀门连接断开，单独测试电动执行器动作情况。
由于工厂环境比较恶劣，尤其是焦化厂用于焦炉煤气调节的阀门，焦炉煤气含焦油、奈等杂质，极易卡涩阀门阀芯，这种情况通常通过蒸汽吹扫或者离线清洗能得到较好解决。
2.2 电气故障
现场常见的故障情况有：
（1）计算机执行机构控制反馈对不上。有两种情况，一种是信号隔离器故障，输入输出有衰减，这种情况通常能通过更换隔离器解决；另一种情况则是执行机构本身故障，此时需要通过调零调满来重新调试设备以达到控制反馈一致，若不能通过调试来达到控制反馈一致，则需要考虑定位器或者控制器损坏，更换相应配件即可。
（2）执行器显示阀位与实际翻板不符。这种情况需要考虑阀门翻板曲柄与执行机构曲柄长度是否一致，内部电气元件零点是否漂移。对于90度角行程执行机构必须保证阀门翻板曲柄与执行机构曲柄长度一致，否则不可能实现执行机构与阀门开度的一致。
（3）执行机构不动作，或者动作不正常。这时候需要考虑电机是否过负荷、测量移相电容是否在标准范围（一般为±5%）、控制盒是否损坏。
3、结束语
正确的理解和掌握电子式电动执行机构内部原理和结构，是我们如何正确使用和维护设备的理论基础。只有在此基础上我们才能快速地查找设备故障原因，及时解决现场的各种问题，减少故障时间，为生产稳定顺行提供坚实的设备保障。
参考文献：
[1]李发海，王岩. 电机与拖动基础[M]. 北京：清华大学出版社. 2006.10.
[2]乐嘉谦. 仪表工手册[M].北京：化学工业出版社. 2015.7.
（作者单位：湖南华菱湘潭钢铁有限公司）