一、執(zhí)行器的工作原理
1、341/361/381系列電動執(zhí)行器，是一種自動控制領(lǐng)域的常用機電一體化設(shè)備器件，是自動化儀表終端的執(zhí)行設(shè)備。主要是對一些閥門、擋板等設(shè)備進(jìn)行開關(guān)和調(diào)節(jié)控制，代替人工作業(yè)。它由伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。其原理如圖1所示。
圖1 電動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理圖
注：Ii為輸入電流即指令；If為變送器的反饋電流；
輸出量θ為執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)的角度或位移。
角行程電動執(zhí)行器是一個具有深度負(fù)反饋的閉合隨動系統(tǒng)。伺服放大器將輸入信號Ii和來自執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋信號If進(jìn)行比較，將兩者的偏差進(jìn) 行放大以驅(qū)動兩相電機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)減速機減速，帶動輸出軸改變轉(zhuǎn)角。輸出軸轉(zhuǎn)角的變化又經(jīng)過位置發(fā)送器按比例轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的位置反饋電流If，反饋到伺服放大 器的輸入端。當(dāng)Ii與If偏差為0時，兩相電動機停止轉(zhuǎn)動，輸出軸穩(wěn)定在與輸入Ii相對應(yīng)的位置上。電動執(zhí)行機構(gòu)輸出軸轉(zhuǎn)角θ與輸入信號電流之間的關(guān)系 為：
θ=KIi （1）
式中：K=9 /mA，可以近似看成一個比例環(huán)節(jié)。前置磁放大器是伺服放大器的主要部件，它是一個具有內(nèi)部反饋的直流雙推挽式磁放大器，它利用磁鐵材料的非線性原理，將電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出。
2、電動執(zhí)行器工作模式
就地方式、遠(yuǎn)程方式和自動調(diào)節(jié)方式。當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)故障或緊急事故時，旋鈕切到“手動”位置，搖動手輪就可以實現(xiàn)手動操作。遙控方式是把中控室內(nèi)的操作器切換開關(guān)放在“手動”位置時，通過旋轉(zhuǎn)“開”或“關(guān)”旋鈕發(fā)出控制信號控制執(zhí)行機構(gòu)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。
在自動調(diào)節(jié)方式時，其控制過程：輸入信號Iλ1=0時，位置發(fā)送器反饋電流I反=0，此時伺服放大器沒有輸出電壓，電機停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的位。
輸入信號Iλ1>0時，此輸入信號與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器中進(jìn)行磁勢綜合比較，由于這2個信號大小不相 等且性相反就有誤差磁勢出現(xiàn)，從而使伺服放大器有的輸出功率驅(qū)動電機，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動，直到輸入信號和位置反饋信 號兩者相等為止，此時輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號相對應(yīng)的位置上。
二、電動執(zhí)行機構(gòu)的組成及功能
電動執(zhí)行機構(gòu)由電機、減速器及位置發(fā)送器3部分組成。
1 電機
電機是接受伺服放大器或電動操作器輸出的開關(guān)電源，把電能轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。
2 減速器
減速器是將電機的高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的輸出功率，驅(qū)動輸出臂轉(zhuǎn)角限制在90°范圍內(nèi)，產(chǎn)生的扭矩通過聯(lián)桿驅(qū)動閥板開啟。
3 位置發(fā)送器
是通過連桿產(chǎn)生軸向位移，改變鐵芯在差動變壓器線圈中的位置，使差動變壓器輸出對應(yīng)位置的電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號（4~20mA）。減速器輸出軸的轉(zhuǎn)角位移與位置發(fā)送器的輸出電流呈線性關(guān)系。
三、根據(jù)現(xiàn)場控制要求確定電動執(zhí)行器
電動執(zhí)行器的控制模式一般分為開關(guān)型（開環(huán)控制）和調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）兩大類。
（1）開關(guān)型（開環(huán)控制）。開關(guān)型電動執(zhí)行器一般實現(xiàn)對閥門的開或關(guān)控制，即閥門要么處于全開位置，要么處于全關(guān)位置，此類閥門不需對介質(zhì)流量進(jìn)行控制。值得一提的是開關(guān)型電動執(zhí)行器因 結(jié)構(gòu)形式的不同還可分為分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)是屬于互補型，一體化結(jié)構(gòu)適合控制系統(tǒng)工藝要求簡單的情況，容易診斷故障，價格比較 低；分體結(jié)構(gòu)難度高，容易出現(xiàn)故障且不容易診斷維修，同時價格貴。由于礦山自動控制系統(tǒng)中的水系統(tǒng)控制通常集中一個地方，現(xiàn)場的電裝設(shè)備與其他控制設(shè)備通 過信號發(fā)送相互連接，控制整個系統(tǒng)。這種情況采用采用一體化結(jié)構(gòu)電動執(zhí)行器比較合理，不容易出現(xiàn)電動執(zhí)行器功能與系統(tǒng)控制設(shè)計不匹配等現(xiàn)象方面的故障。因 此，在確定電動執(zhí)行器選型時需對此做出說明，不然經(jīng)常會發(fā)生在現(xiàn)場安裝時與控制系統(tǒng)沖突等不匹配現(xiàn)象。
（2）調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）。調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器不具有開關(guān)型一體化結(jié)構(gòu)的功能，它還能對閥門進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。其中控制 信號包括電壓、電流，常見的控制信號有電壓信號（0～5V、1～5V）和電流信號（4～20mA、0～10mA）。在礦山企業(yè)的工藝現(xiàn)場中，對于工藝都是 比較高，自動控制系統(tǒng)的壓力或者水流量都會對生產(chǎn)條件造成很大影響，采用調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器。在遇到線路故障造成控制信號丟失時，可以啟閉到設(shè)定的保護(hù) 值。因此在選擇電動執(zhí)行器時，須明確控制信號的參數(shù)和類型。也就是調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器的工作形式，但是現(xiàn)實中很多產(chǎn)品在出廠后并不能進(jìn)行修改。奧美閥控生 產(chǎn)的智能電動執(zhí)行器可以通過現(xiàn)場設(shè)定進(jìn)行靈活修改，并可設(shè)定任意位置（0~100%）為保護(hù)值。圖2為奧美閥控生產(chǎn)的智能型電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
（3）根據(jù)閥門輸入的扭力確定電動執(zhí)行器的輸出扭力閥門啟閉所需的扭力決定著電動執(zhí)行器選擇多大的輸出扭力，一般由使用者提出或閥門廠家自 行選配，作為執(zhí)行器廠家只對執(zhí)行器的輸出扭力負(fù)責(zé)，閥門正常啟閉所需的扭力由閥門口徑大小、工作壓力等因素決定。閥門實際運行中，啟閉的需要大的扭 力，閥門開啟后，在較長的運行中需要的扭力要小于起閉時的扭力，雖然閥門運行扭力小于起動扭力，在選擇電動執(zhí)行器時要運行扭力大于閥門的扭力，只有這 樣才能閥門的正常工作。因此電動執(zhí)行器需選擇一個合理的扭力范圍。
（4）根據(jù)所選電動執(zhí)行器確定電氣參數(shù)不同型號及不同廠家的執(zhí)行器其電氣參數(shù)也有所不同，電氣參數(shù)主要是額定電流、二次控制回路電壓及電機 功率等，設(shè)計師在選型時要確定這幾項。如果忽略電氣參數(shù)，會造成電機閥門工作時出現(xiàn)跳閘、保險絲斷裂及其他故障。比如由于一般模擬量控制是 0~10mA、1~5V，還有4~20mA等，一般調(diào)節(jié)型（一體化）電動執(zhí)行器都可以用模擬量控制；開關(guān)量控制一般開關(guān)量控制信號是“開”“關(guān)”指令信 號，也有可能還有“停”指令信號，并分為幾種：無源、24VDC、220VAC，如果開關(guān)量為220VAC，則需要配伺服放大器。如果執(zhí)行器控制沒有用伺 服放大器，則選用220VAC開關(guān)型的電動執(zhí)行器時，需要注意執(zhí)行器電機功率要小于提供的這個220V開關(guān)量功率。
四、341/361/381系列電動執(zhí)行器主要技術(shù)參數(shù)：
電源：AC220V、AC380V（定制）
耗電功率：A型執(zhí)行器50W；B型執(zhí)行器150W；C型執(zhí)行器220W；D型執(zhí)行器350W；
驅(qū)動電機：交流可逆單相齒輪減速電機
輸入信號：4～20mAd.c或1~5Vd.c
輸出信號：4～20mAd.c（負(fù)載電阻500Ω以下）
輸出力距：10Nm-16000Nm
區(qū)：0.8～1
點調(diào)整：±25％
通徑：直行程DN20-DN350角行程DN150-DN1600、DN1700-DN3000(定制)
型號：開關(guān)型、調(diào)節(jié)型、爆型都可以做。
五、341/361/381系列電動執(zhí)行器的功能特點:
1、控制模塊采用的混合集成電路，樹脂澆鑄固化，性高、潮、震（341無控制模塊）。
2、執(zhí)行器本身具有伺服功能，無需外加伺服放大器（341直接用220V電源控制）。
3、電機內(nèi)部裝有溫度保護(hù)開關(guān)。
4、電機內(nèi)部裝械阻尼制動。
5、用電位器調(diào)整點、行程、靈敏度方便易行（341無此項）。
6、用功能開關(guān)任意選擇正、反的動作，選擇斷信號的三種保護(hù)狀態(tài)（自銷、全開、全關(guān)）（341無此項）。
7、執(zhí)行器關(guān)閉時有額定輸出負(fù)荷的裝置（角行程時為選擇項）。
8、斷電源后執(zhí)行器自鎖。
