电动执行器的结构原理和常见故障分析

过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而过程控制仪表及装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分，一个简单的自动控制系统，由变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。方框图如下图，执行器是过程控制系统中的一个重要的组成部分，人们常把执行器比喻为生产过程自动化的“手脚”，执行器由执行机构和调节机构两个部分组成。简单介绍执行器的种类及特点、执行器的作用方式，电动执行器工作原理及选用的原则，电动执行器的应用现状及发展趋势。

一、执行器的定义 

执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调节工艺介质的流量，从而将被空数控制在生产过程所要求的范围内。 

二、执行器分类特点

1、分类 

（1） 执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。 （2） 按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。 

（3） 按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。 

（4） 按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通

断信号、脉冲信号等几类。 

2、优点 

电动执行器的能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信号传送，便于与电子计算机配合使用。 

3、缺点  

电动执行器一般不适用与防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。

单回路系统控制方框图

三、结构原理

以MD系列电动执行机构的整体式比例调节型为例。 

MD系列电动执行机构以交流伺服电动机为驱动装置的位皿伺服机构，由配接的位置定位器PM-2控制板接受调节系统的4～20mA直流控制信号与位置发送器的位置反馈借号进行比较，比较后的信号偏差经过放大使功率级导通，电动机旋转驱动执行机构的输出件朝着减小这一偏差的方向移动（位置发送器不断将输出件的实际位置转变为电信号—位盈反馈信号送至位致定位器），直到偏差信号小于设定值为止。此时执行机构的输出件就稳定在与输人信号相对应的位置上。该系列角行程机构示意图如图1、直行程机构示意图如图2所示，其实际使用接线图如图3所示。 

MD系列角行程调节电动执行机构由动力部件和位置定位器（PM-2控制板）两大部分组成。其中动力部件主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、开关控制箱、手轮和机械限位装置以及位置发送器等组成，其各部分作用简述如下： 

1、电动机：电动机是特种单相或三相交流异步电动机，具有高启动力矩、低启动电流和较小的转动惯量，因而有较好的伺服特性。在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。为了克服惯性惰走，调节型电动执行机构的电动机控制电路均有电制动功能。 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。直行程执行机构的减速器由多转执行机构减速器配接丝杆螺母传动装置组成。 

3、力矩行程限制器：它是一个设置在减速器内的标准单元，由过力矩保护机构、行程控制机构（电气限位）、位置传感器及接线端子等组成。 

（1）过力矩保护机构：内行星齿轮在传递力矩时产生的偏转拨动嵌装在齿轮外圈的摆杆，摆杆的两端各装有一个测力压缩弹赞作为正、反向力矩的传感元件，当输出力矩超过设定限制力矩时，内齿轮的偏转使摆杆触动力炬开关，切断控制电路使电动机停转。调整力炬限制弹资的压缩量即可调整力炬的限定值。该保护具有记忆功能，对应于接线图中的电器设备是力矩开关LEF、LEO。当该保护动作以后，在排除机械力矩故障后，执行机构断电或信号瞬间反向一下即可恢复（即记忆解除）正常工作。 

（2）行程控制机构：由凸轮组和微动开关组成。该凸轮组通过齿轮减速装殷，与减速器传动轴相连，通过调整分别作用于正、反方向微动开关（即行程限位开关）的凸轮板的位置可限定执行机构的行程（行程开关FCO，FCF）。该电气限位的范围在出厂时已经调好，一般情况下请勿随便调整，以免损坏机构。 

（3）位置传感器：采用高精度、长寿命的导电塑料电位器作为位置传感元件，它与凸轮组同轴连接，整体式比例调节型电动执行机构位置指示信号，是将电位器随输出轴行程变化的电阻值送入PM-2控制板的比较放大电路，并由它送出一个4-20mA的DC电流信号用于指示。 

4、开关控制箱：在开关控制箱内装有PM电子位置定位器。 

5、手轮：在故障状态和调试过程中，可通过转动手轮来实现手动就地操作。 

6、机械限位装置：主要用于故障时以及防止手动操作时超过极限位置保护。角行程电动执行机构的机械限位采用内置扇形涡轮限位结构，外形体积小，限位可靠；直行程电动执行机构的机械限位采用内置挡块型限位结构，可十分有效地保护阀座、阀杆、阀芯。 位置定位器实质上是一个将控制信号与位置反馈信号进行比较并放大以控制电动机开停和旋转方向的多功能大功率放大板，它与执行机构的动力部件相连以控制执行机构按系统规定的状态工作。位置定位器主要由比较、逻辑保护、放大驱动及功率放大等电路组成。控制单相电动机的位置定位器功率放大部分主要由光电祸合过零触发固态继电器（无触点电子开关）构成。其主体部分示意如图4所示。需要注意的是“手动一自动”转换开关，该开关的作用是在没有外加信号时，与手动调整电位器P1配合使用，以便观察或调试执行机构。用后一定要将其拨回“自动”位世，以免影响投人系统自动控制。

三、执行器常见故障

（1）执行机构接收控制系统发出的开关信号后，电机不转并有嗡嗡声。

其原因可能是： 

1）减速器的行星齿轮部分卡涩、损坏或变形； 

2）减速器的斜齿轮传动部分变形或过度磨损或损坏； 

3）减速器的涡轮涡杆或丝杆螺母传动部分变形损坏、卡涩等； 4）整体机械部分配合不好，不灵活，需调整加油。 

（2）电气部分故障 结构原理 

1）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，也无嗡嗡声。可能原因是：没有交流电源或电源不能加到执行机构的电机部分或位置定位器部分；PM放大板工作不正常，不能发出对应的控制信号；固态继电器部分损坏，不能将放大板送来的弱信号转变成电机需要的强电信号；电机热保护开关损坏；力矩限制开关损坏；行程限制开关损坏；手动/自动开关位置选错或开关损坏；电机损坏。 

2）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，有嗡嗡声。其可能原因是：电机的启动电容损坏；电机线圈匝间轻微短路；电源电压不够。 

3）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机抖动，并伴有咯咯声，其原因可能是：PM放大板的输出信号不足不能使固态继电器完全导通，造成电机的加载电压不足；固态继电器性能变坏，造成其输出端未完全导通。

（3）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机能正常转动，但没有阀位反馈。

其可能原因是： 

1）位置传感器的电位器与行程控制机构不能同轴旋转，需检查连接部分是否损坏；

2）电位器损坏或性能变坏，阻值不随转动而发生变化；

3）位置传感器的电位器及放大板间连接导线是否正常；

4）PM放大板是否损坏，有无反馈信号送出。 

（4）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机能正常转动，但阀位反馈始终为一固定值，不随阀门的开、关而变化，

其可能原因是： 

1）导电塑料电位器的阻值为一恒值，不随转动而变，检修更换电位器；

2）放大板中有关部分异常，检查处理。 

审核编辑：郭婷