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AG娱乐下载电动调节阀的结构与工作原理

2020-04-30 11:46
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  电动调节阀的结构与工作原理_物理_自然科学_专业资料。电动调节阀的结构与工作原理 课前准备:多媒体课件制作、演示实验设备 调试、以 4 人/小组进行分组。 一、课程导引——执行器的作用 在过程控制系统中,执行器接受调节器的指 令信号,经执行机构将其转

  电动调节阀的结构与工作原理 课前准备:多媒体课件制作、演示实验设备 调试、以 4 人/小组进行分组。 一、课程导引——执行器的作用 在过程控制系统中,执行器接受调节器的指 令信号,经执行机构将其转换成相应的角位移或 直线位移,去操纵调节机构,改变被控对象进、 出的能量或物料,以实现过程的自动控制。在任 何自动控制系统中,执行器是必不可少的组成部 分。如果把传感器比拟成控制系统的感觉器官, 调节器就是控制系统的大脑,而执行器则可以比 拟为干具体工作的手。 执行器常常工作在高温、高压、深冷、强腐 蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状 态下,使用条件恶劣,因此,它是整个控制系统 的薄弱环节。如果执行器选择或使用不当,往往 会给生产过程自动化带来困难。在许多场合下, 会导致控制系统的控制质量下降、调节失灵,甚 至因介质的易燃、易爆、有毒而造成严重的事故。 为此,对于执行器的正确选用和安装、维修等各 个环节,必须给予足够的注 意。 执行器根据驱动动力 的不同,可划分为气动执行 器、液动执行器和电动执行 器,本次课将结合实验装置 所用的智能电动调节阀使 用知识进行介绍。 执 行 机构 调节阀 二、产品知识——电动调节阀的结构与工作原理(20 分钟) 1、电动调节阀的基本结构 在 THJ-2 的实验装置上,配置了上海万迅 仪表有限公司生产的智能型电动调节阀,其型号 为 QSVP-16K,图 1 是电动调节阀的典型外形, 它由两个可拆分的执行机构和调节阀(调节机 构)部分组成。上部是执行机构,接受调节器输 出的 0~10mADC 或 4~20mADC 信号,并将其 转换成相应的直线部电动的调节调阀外节形机阀构 动 作,直接调节流体的流量。各类电动调节阀的执 行机构基本相同,但调节阀(调节机构)的结构 因使用条件的不同类型很多,最常用的是直通单 阀座和直通双阀座两种。 2、电动执行机构的基本结构(部分摘自上 海万迅仪表产品说明书) 执行机构采用了德国进口的 PSL 电子式一 体化的电动执行机构,该产品体积小、重量轻, 功能强、操作方便,已广泛应用于工业控制。 其直行程电动执行器主要是由相互隔离的 电气部分和齿轮传 动部分组成,电机 传动部分 显示器 作为连接两个隔离 部分的中间部件。 控制器 电机按控制要求输 出转矩,通过多级 伺服电机 正齿轮传递到梯形 功率驱动 丝杆上,梯形丝杆 通过螺纹变换转矩 为推力。因此梯形 壳体 输出轴 螺杆通过自锁的输 行程标尺 支架 联接螺母 出轴将直线行程传递到阀杆。执行机构输出轴带 有一个防止传动的止转环,输出轴的径向锁定装 置也可以做动位置指示器。输出轴止动环上连有 一个旗杆,旗杆随输出轴同步运行,通过与旗杆 连接的齿条板将输出轴位移转换成电信号,提供 给智能控制板作为比较信号和阀位反馈输出。同 时执行机构的行程也可由齿条板上的两个主限 位开关开限制,并由两机械限位保护。 3、执行机构工作原理 电动执行机构是以电动机为驱动源、以直流 电流为控制及反馈信号,原理图 2方智块能电动图执行如机构图 3 所 示。当控制器的输入端有一个信号输入时,此信 号与位置信号进行比较,AG娱乐下载当两个信号的偏差值大 于规定的死区时,控制器产生功率输出,驱动伺 服电动机转动使减速器的输出轴朝减小这一偏 差的方向转动,直到偏差小于死区为止。此时输 出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。 控制信号 控制器 伺服 电机 减速器 调 节 阀 位置反馈 图 3 电动执行机构工作原理 4、控制器结构 控制器由主控电路板、传感器、带 LED 操 作按键、分相电容、接线端子等组成。智能伺服 放大器以专用单片微处理器为基础,通过输入回 路把模拟信号、阀位电阻信号转换成数字信号, 微处理器根据采样结果通过人工智能控制软件 后,显示结果及输出控制信号。 调 节 阀 图 3 智能控制器组成结构 5、调节阀的基本结构 调节阀与工艺管道中被调介质直接接触,阀 芯在阀体内运动,改变阀芯与阀座之间的流通面 积,即改变阀门的阻力系数就可以对工艺参数进 行调节。 图 4、图 5 给出直通单阀座和直通双阀座的 典型结构,它由上阀盖(或高温上阀盖)、阀体、 下阀盖、阀芯与阀杆组成的阀芯部件、阀座、填 料、压板等组成。 图 4 直通双座调节阀 图 5 直通单座调节阀 直通单阀座的阀体内只有一个阀芯和一个 阀座,其特点是结构简单、泄漏量小(甚至可以 完全切断)和允许压差小。因此,它适用于要求 泄漏量小,工作压差较小的干净介质的场合。在 应用中应特别注意其允许压差,防止阀门关不 死。直通双座调节阀的阀体内有两个阀芯和阀 座。它与同口径的单座阀相比,流通能力约大 20%~25%。因为流体对上、下两阀芯上的作用 力可以相互抵消,但上、下两阀芯不易同时关闭, 因此双座阀具有允许压差大、泄漏量较大的特 点。故适用于阀两端压差较大,泄漏量要求不高 的干净介质场合,不适用于高粘度和含纤维的场 合。 三、动手实践——电动调节阀的基本使用(35 分钟) 1、识读铭牌 识读电动调节阀的铭牌,并回答问题:a) 口径多少?b)阀杆行程多 大 ? c) 工 作 压 力 是 多 少 ? 控制信号 d)流量系数多少?e)最大 推力是多少? 2、线路联接 由于 PSL 执行机构采 用了一体化技术,自带伺服 220V 放大器,在不需要阀位显示 的情况下,线路联接极为方 便,只需二路线——电源线 是其线路联接图。 打开机壳即可看见如图示意,对应图示插上 智能控制板,嵌入定位销将其固定。执行机构外 壳内有端子条用于电气接线,选择适当的电源线 与执行机构相连,建议使用 Φ1图.06(执行m机构m电2气)联接导图 线。 注:线路联接时电源线一定要正确,不然会 造成控制器损坏。 3、调试 执行机构在出厂前都进行了整定,一般使用 时不需要再调试。实际使用中可能需对调节阀开 度进行整定,为此,就 PSL 的限位开关整定问 题作介绍。 (1)基本原则 执行器与调节阀门安装连接组合后的产品 调试必须作到三位同步:调节阀位置、行程开关 位置、对应信号位置。例:输入信号为 4mA, 下限位开关是断电位置;输入信号为 20mA,调 节阀处于满度开位置,上限位开关是断电位置。 判断行程限位开关力办法:上、下行程由调节凸 块碰撞到限位开关时,会听到“咔嗒”声均可,反 作用时相反操作。 (2)整定方法 ? 手动执行器驱动阀门的阀芯接触阀座。 当阀杆开始轴向动作 时,阀杆受力为执行器 盘簧的反作用力。 ? 继续向同一方向 驱动执行器,直到执行 机构盘簧被压缩到盘 簧图表所示相应数值。 这样保证关断力,防止 泄漏。 ? 不通电转动手轮 使阀杆下降至“0”位置时,调整下限限位 开关正好动作(图 2)(右凸块)。同时左旋 反馈电位器到“0”欧姆位置。再转动手轮 使阀杆上升至标尺 100%位图置7 时限位,开关调调整节图 上限 限位开关正好动作(左凸块)。重复上述动 作直至上、下限限位都调整好。 四、理论提高——电动执行机构工作原理(选学 25 分钟) 1、电动执行机构的结构原理 通过以上部分的学习,我们已经知道电动执 行机构由伺服放大器和执行单元两大部分,其典 型结构原理方框图如图 8 所示,对其工作原理在 此作进一步讨论。加深知识的理解与掌握,达到 举一反三之目的。 图 8 电动执行机构组成框图 伺服放大器将输入信号 Ii 和反馈信号 If 相比 较号Δ,得I>到0差时值,信Δ号I 经Δ伺I(服Δ放I=大∑器Ii-功I率f)放。当大差后值,信驱 动伺服电机正转,再经机械减速器减速后,使输 出转角θ 增大。输出轴转角位置经位置发送器转 换成相应的反馈电流 If ,反馈到伺服放大器的输 入端使ΔI 减小,直至ΔI=0 时,伺服电机才停 止转动,输出轴就稳定在与输入信号相对应的位 置上。反之,当ΔI<0 时,伺服电机反转,输出 轴伺转服角电机θ 才减停少止,I转f 也动相,应输减出小轴,稳直定至在使另Δ一I新=0的时位, 置上。 2、伺服放大器 伺服放大器主要由前置磁放大器、触发器和 可控硅交流开关等构成。它与电机配合工作的伺 服驱动电路如图 9 所示。 图9 前置放大器是一个增益很高的放大器,根据 输入信号与反馈信号相减后偏差的正负,在 a、 b 两点产生两位式的输出电压,控制两个可控硅 触发电路中一个工作,一个截止。当前置放大器 输出电压的极性为 a(+)、b(-)时,触发电 路 2 截止,可控硅 SCR2 接在二极管桥式整流器 的直流端,它的导通使桥式整流器的 c、d 两端 近于短接,故 220V 的交流电压直接接到伺服电 机这的样绕,组绕Ⅰ组,Ⅱ同中时的经电分流相相电位容比C绕F组加Ⅰ到超绕前组Ⅱ90上o,, 形成旋转磁场,使电机朝一个方向转动。如果前 置放大器的输出电压极性和上述相反,即 a(-)、 b而整(触流+)发器时电的,路两触端2发控e电、制路fS近C1 R截于2止短完,接全可,导控电通硅源,电使SC压另R直一1 不接桥通加式, 于这电样机,绕绕组组ⅡⅠ,中并的经电分流相相电位容比C绕F组供Ⅱ电超给前绕组90Ⅰo,。 电机朝相反的方向转动。由于前置放大器的增益 很高,只要偏差信号大于不灵敏区,触发电路便 可使可控硅导通,电动机以全速转动,这里可控 硅起的是无触点开关的作用。当 都不导通,伺服电机停止转动。 SCR1 和 SCR2 3、执行单元 执行单元由伺服电机、机械减速和位置发送 器三部分组成。执行单元接受伺服放大器或电动 操作器的输出信号,控制伺服电机的正、反转, 经机械减速器减速后变成输出力矩推动调节机 构动作。与此同时,位置发送器将调节机构的角 位移转换成相对应的 0~10mA,DC 信号,作为 阀位批示,并反馈到前置放大器的输入端作为位 置反馈信号以平衡输入信号。 (1)伺服电机 伺服电机实际上是一个二相电容异步电机, 它将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩, 作为执行器的动力部件。 伺服电机由一个用冲槽硅钢片叠成的定子 和鼠笼式转子组成。定子上均布着两个匝数、线o 电角度的定子绕组Ⅰ和Ⅱ。由 于相分差相90电o,容其C合F 成的向作量用产,生Ⅰ定和子Ⅱ旋的转电磁流场相,位定总子是 旋转磁场又在转子内产生感应电流并构成转子 磁场,两个磁场相互作用,使转子旋转。如前所 述,转子旋转方向取决于Ⅰ和Ⅱ中的电流相位 差,即取决于分相电容 CF 串接在哪一个定子绕 组中。 为了消除电机输 出轴的惰走现象 (断电后,电机由 于惯性而继续运 转),提高整机的稳 定性,在伺服电机 的尾部还装有制动 图 10 机构。其基本结构 如图 8-6 所示。在 电机转子 2 的尾端 环上嵌装了几块磁 路相互隔离的衔铁 3,电机转动时,定子磁场通 过此衔铁吸动制动轮 8,使它和制动盘 9 脱开, 电机便自由转动。当电机断电时,定子磁场消失, 衔铁的吸力随即消失,制动轮 8 在压缩弹簧 5 的 作用下,压紧在制动盘上,依靠轮和盘的磨擦力 使转子迅速停止转动。制动轮上的调整螺钉 6, 可以调整压缩弹簧 5 的压紧力,以改变衔铁与制 动轮套轴之间的间隙,保证可靠的吸与放。除了 这种旁磁式制动机构外,还有杠杆式制动机构和 电磁式制动机构。 电动机后罩端盖上还有手动按钮 7,揿上手 动按钮可使制动轮和制动盘脱开,以便就地手动 操作执行器。 (2)减速器 电动执行机构中的减速器常在整个机构中 占很大体积,是造成电动执行器结构复杂的主要 原因。由于伺服电机大多是高转速小力矩的,必 须经过近千倍的减速,才能推动调节机构。目前 电动执行机构中常用的减速器有行星齿轮和蜗 轮蜗杆两种,其中行星齿轮减速器由于体积小、 传动效率高、承载能力大、单级速比可达 100 倍 以上,获得广泛的应用。近年来,人们为简化减 速机构,努力研制各种低速电机,希望直接获得 低速度、大推力、小惯性的动力。但这些执行器 的性能目前还不太理想。 (3)位置发送器 位置发送器的作用是将电动执行机构输出 轴的位移转变为 0~10mA,DC 反馈信号的装 置。其主要部分是差动变压器,如图 11(b)所示。 图 11 差动变压器 差动变压器采用三段式结构,中间一段绕有 一全电个相势初同的级的差激次值磁级作线在, ,线两 它圈边 们骨对 反架称 向中地 串有绕 联一有 ,个两 其可个 感动完 应 铁芯。 在差动变压器的初级加上交流稳压电源后, 两个次级绕组分别感应出交流电压 V34、V56。由 于两个次级绕组匝数相等,因此感应电压的大小 和极性取决于铁芯的位置。 当铁芯位于差动变压器的中间位置时, ≠V34 0?,V56 此,时输输出出V0=V00的;极当性铁取芯决右于移时V5,6;V5当6 ?铁V34 芯,左V0 移于时V3,4。V34 ? V56 ,同样有 V0≠0,其 V0 的极性取决 执行机构输出轴与差动变压器之间的联接 如图 11(a)所示。差动变压器的铁芯与凸轮斜 面是靠弹簧相接触的,因此当输出轴转动时带动 凸轮使铁芯左右移动。凸轮斜面将保证铁芯位置 与输出轴之转角成线o 时, 铁芯在线mm。 五、小结,学生课后自学布置(10 分钟) 1、小结 通过本次课学习,必须明确电动调节阀的工 作原理及结构,熟悉直通单阀座和直通双阀座的 应用特点。能根据系统特点进行正确的电气联 接,较熟练地实施执行机构的行程调整。同学们 是否还有问题,可当场提问。 2、作业布置 (1)复习上课内容。 (2)基本读懂 PSL 执行机构产品说明书, 并写出 PSL 执行机构的参数设置方法。

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