浅谈电动执行机构常见故障

浅谈电动执行机构常见故障
发布时间：2021-11-24T02:06:13.266Z 来源：《当代电力文化》2021年24期作者：石学欢
[导读] 随着我国工业快速发展，电动门执行机构的技术也在不断升级完善。

石学欢
扬州电力设备修造厂有限公司江苏省扬州市 225002
摘要：随着我国工业快速发展，电动门执行机构的技术也在不断升级完善。

火力发电厂中电动执行机构也向数字化和智能化的方向不断发展。

本文就电动执行机构的工作原理和各个组成部件之间功能的介绍，通过日常工作中电动执行机构的常见运行故障分析，以此来提升电动执行机构工作的可靠性和稳定性。

关键词：电动门；原理；伺服阀；执行机构
1、电动执行机构的工作原理
电动执行机构包括伺服放大器及执行机构两大部分，其中执行机构又分为电机、减速器及位置发送器三大部件来自调节器的电流信号Ii(4-20mA)作为伺服放大器的输入，与阀的位置反馈信号If进行比较，当输入信号和反馈信号比较差值不等于零时，其差值经伺服放大器放大后，控制两相伺服电机按相应的方向转动，再经减速器减速后使输出轴产生位移;同时，输出轴位移又经位置发送器转换成阀的反馈信号If;当反馈信号与输入信号相等时，伺服放大器无输出，电机不转动，执行机构就稳定在与输入信号相应的位置上。

电动执行机构的输出轴位移和输入信号成线性关系。

电动执行机构有连续调节、远程手动控制和就地手动操作三种控制方式。

图1 电动执行机构的工作原理图
2、电动执行机构的组成及作用
电动阀门门在自动调节运行过程中电动执行机构切换到自动调节状态是，需要把切换开关切换到自动档。

当电动执行机构处于自动调节状态时，内部运行过程是：（1）输入信号Iλ1≤4mA ，输入信号Iλ1≤4mA DC时，位置发送器反馈电流小于等于4mA。

此时伺服放大器输入的电压值为0，因此此时的工作电机不会工作，输出轴的位置处于预选零位不变。

（2）输入信号Iλ1>4mA，当输入信号Iλ1>4mA时，则此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较。

由于这两种信号存在差值，并且极性互斥，则会产生逆差。

最后，出现的误差磁势为伺服放大器提供了足够的输出功率，此时电机开始驱动工作。

而为了弥补误差磁势的差值，输出轴会通过运动来减少差值。

当输入和反馈的信号差值为零时，输出轴停止工并停在可以与输入信号相平衡的工作位置。

2.1电动执行机构的减速器及位置发送器
减速器是将电机的高转速、小转矩转化成低转速、大转矩的输出结构。

减速器由手动结构，输出轴，限位块这三大部分组成。

位置发送由电源变压器、差动变压器、印刷电路板三个主要部件和一些细小零部件组成。

当减速器输出轴移动时，凸轮随之旋转，是压在凸轮斜面上的差动变压器的铁芯连杆产生轴向位移，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。

2.2电动执行机构的伺服放大器和伺服电动机
伺服放大器是控制伺服电机的一种控制器。

放大器的不同位置具有不同的功能：在伺服放大器的前置板具有对信号的隔绝，信号的甄别，极性判断，以及故障识别的功能。

而电源变压器，交流开关，和电源则分布在主回路板上。

伺服放大器的主要工作流程为，通过安置在主回路板上的前置板来接受反馈信号，以此来决定交流伺服电机转动方向的正反，使得调节阀连续工作，最终使得整个结构实现联动子自我调整。

或者我们可以讲伺服放大器简单理解为一个具有一定范围的调节器，当输入电流信号超过一定数值时（即死区：就是输出变量值不随输入变量值的变化而变化，这个输入变量的区域范围就可以理解为死区）的范围，伺服放大器就会一直发出开指令或者关指令。

死区用于调节阀门的灵敏度。

对电动执行器来说：输入4mA阀门全闭，输入20mA阀门全开。

当把死区调到最小时，灵敏度最大，此时输入4.01mA阀门可能会跟随信号的变化而动作到相应的开度。

如果把死区调大，或许输入信号为4.2mA时，阀门还是关闭。

调节死区的电位器，就是在调节比较器的部分电路。

死区可以使阀门稳定，不灵敏了阀门相对也就稳定了，当微小的扰动信号进入控制系统，在阀门灵敏度高时阀门会在开度附近震荡，死区可以有效的解决这个问题，但是同时也牺牲了灵敏。

2.3伺服电动机
伺服电机即就是我们日常生活接触了解的电动机，具体工作内容为控制整个结构中的机械零部件的运转，帮助电机中的马达进行变速运行。

马达受到伺服电机的影响将电能转化为机械能，开始带动转动，使得阀门不断工作。

3、电动执行机构的故障特征及处理
3.1电动执行机构阀位丢失
电池电源丢失，采用增量编码器计量行程时，执行机构必须有电池作为辅助电源，交流电源消失，电动执行机构阀位的变化仍旧能够被增量编码器检测到，电动执行机构的全开位、全关位不会发生变化，如果交流电源消失，电池电源被耗尽，当电动执行机构实际阀位发生变化时，增量编码器无法检测到阀位的变化，导致阀位丢失，再次恢复交流电源时，部分厂家的产品默认阀位在50%；现在有些使用增量编码器的生产厂家，在硬件上作了改进，增加电容回路，在交流电源消失时，利用电容储存电能将阀位保存，但电动执行机构在无电池供电时，不能手动操作，否则阀位仍旧会丢失。

因而在电池电量低时，及时更换电池。

3.2硬件损坏
电动执行机构编码器断线，编码器输入电压过低，行程传动装置齿轮损坏，编码器电路板腐蚀，主板行程检测和储存元件损坏，均能够导致阀位异常变化或丢失，在处理时，确认编码器输入电压正常前提下，用更换主板或更换行程编码器，逐一进行排除。

3.3电动执行机构力矩故障
力矩保护拒动主要表现在执行机构交流电源跳闸、电动执行机构蜗轮蜗杆严重磨损、门杆弯曲变形、甚至电动执行机构与阀门连接螺丝扭断，应重新设定力矩保护值，并用力矩校验台进行校验。

在阀门力矩选择时，既要保证执行机构可靠开关阀门，又要求电动执行机构力矩不能超过阀门门杆所能承受的最大力矩，在参数设置时有一定困难，因为每种阀门门杆所能承受的最大扭矩，往往不容易获得，电动
执行机构使用厂家常常根据经验进行力矩参数设置，先设定较小力矩保护值，如果力矩保护动作，再将力矩保护参数设定适当增加，直至阀门在冷态能够正常打开和关闭，热态如果力矩保护动作，继续适当增大力矩保护值，保证阀门在热态能够正常打开和关闭。

3.4电动执行机构电机过热故障
原因可能有：1.电动执行机构频繁操作，导致电机真实过热，引发保护动作。

2. 热电阻型测温元件断线或接线端子接触不良，误发电机过热信号。

3. 电机转子轴承损坏无法转动，由电机堵转引起电机过热。

3.5电动执行机构就地、远方均无法操作
原因可能有：1电源板故障，电源板向主板提供控制电源，如果电源板故障，有可能导致远方就地均无法操作。

2主板故障，可能导致控制指令无法执行。

3电源故障，电动装置检测到电源缺相或无电源，电动执行机构无法操作。

对于此类故障，只能用更换主板、电源板逐一排除，因为使用场所，一般不具备对电路板进行测试的条件。

结语：随着电子科学技术和机械制造工艺的发展，电动执行器的电子控制部分和机械传动部分也在向集成化、轻型化发展。

PLC、DCS等控制技术的广泛应用，执行器的操作控制将变得更简单，系统故障率会不断下降。

但就执行器本身而言，其作用和功能仍无可替代。

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