采用直流无刷电机的电动执行机构特点

1、LSBD3/LSBK3型电动执行器控制部件简介一、概述LSBD3/LSBK3型控制部件是我公司开发的第三代直流无刷电机电动执行器控制电路。LSBD3为调节型控制电路，LSBK3为开关型控制电路。LSBD3与LSBK3硬件部分完全相同，区别仅在软件部分。二、基本功能1、执行器的开、关阀速度可分档设置或速度按行程分段设置（开关型）。2、输出力矩可分段设置，过力矩回退，再以最低速度试冲，试冲失败停电机。3、可实时显示输出力矩。4、多项电机保护功能。包括转子位置检测故障、过电流、过压、欠压等。5、强干扰死机自恢复。6、电子行程限位。7、给定信号失效保护。8、行程检测故障保护。9、就地手动操作与远方手动

2、自动操作。10、行程方向可选（行程检测采用编码器），或自适应（行程检测采用电位器）。11、电机旋转方向自调整。12、给定信号、位置反馈信号0/420mA电流可选。13、紧急事件处理功能。14、行程力矩关阀可选(开关型)。15、瞬间防反转。16、运行数据记录、浏览功能。17、继电器组态功能。18、“柔性开启”与“柔性关闭”功能。19、无机械摩擦自动刹车功能。20、输入信号正/反作用可选。21、输出力矩峰值记录功能。22、中英文显示界面可切换功能。23、模拟量输入采用电磁隔离，数字量输入采用光电隔离。24、可选配现场总线通信（HART、PROFIBUS等）。三、主要技术指标1、给定信号：电流：0/

3、420mA，输入电阻180。2、位反信号：电流：0/420mA，输出负载电阻750。3、位置检测传感器：可选以下任一种。1)绝对编码器： 24Bit。圈数计数12Bit（4096），单圈计数12Bit（分辨率1/4096）。可定位行程范围：90°4050圈。2)电位器。阻值500、1K、2K、5K、10K。可定位行程范围与所配的信号齿轮组有关。4、死区设置： 010%可调。步距0.1。5、电气定位误差（基本误差。含非线性误差和回差）：行程检测采用编码器，误差不大于±0.1（满行程时间大于6S）；行程检测采用电位器，误差不大于±0.2%（满行程时间大于6S）。6、速

4、度调节范围：1：10。分10档可调。7、力矩设置范围：额定力矩的30130可选，设定步距：10。力矩大于100%，小于130%允许工作时间10秒。8、过力矩回退试冲次数：3次。9、阻尼特性：无振荡。10、迟滞：不大于0.2S。11、分段变速的分段数量：任意。12、远方操作开关量信号：无源接点、集电极开路（OC）、电平（24V）、脉冲（24V、大于100mS）。灌电流10mA。13、工作电源:单相 AC220V±15； 三相 AC380V±15。14、中途限位范围：关限位0<100；开限位>0100%。15、工作环境温度：2570。16、环境湿度：95RH。17、

5、显示精度： 0.2级。18、继电器：6只继电器。其中一只输出就地/远方工作状态，一只为综合报警。其它4只为可组态输出。继电器引出常开、常闭接点各一组。输出接点容量：AC250V，5A；DC60V，5A。19、数据记录运行时间最大记录：65535小时59分59秒。开关次数最大记录：655359999次。全开次数最大记录：65535次。全关次数最大记录：65535次。过力矩次数最大记录：65535次。输出力矩峰值：开向力矩峰值；关向力矩峰值。电机运行累计时间最大值：65535时59分59秒。执行器带电运行累计时间最大值：65535时59分59秒。20、工作制式S5工作制。开、关频度不小于1200次

6、/小时。四、设置界面中文显示界面英文显示界面设置内容进入设置状态显示语言选择。中英文同一显示界面。开阀速度设置。设置范围1X10X关阀速度设置。设置范围1X10X。全关位置标定。全开位置标定。关限位设置。设置范围：0100%。开阀最大力矩设置。设置范围0130%关阀最大力矩设置。设置范围0130%中文显示界面英文显示界面设置内容给定信号失效阀门位置选择。可选“保持”或“指定”开度。指定开度设置。设置紧急事件或给定失效时要求阀门的停止位置。给定信号020mA或420mA选择。输出的阀门开度信号020mA或420mA选择。输入信号正/反向作用选择。继电器组态。分别为1号到4号继电器分配所输出的信号

7、。五、数据浏览界面中文显示界面英文显示界面显示内容说明开、关阀次数总和。过力矩次数总和。全开次数。全关次数。开向力矩峰值记录。关向力矩峰值记录。开关阀工作累计时间。投运累计时间。退出。清零并退出。六、就地操作显示面板外形示意图输入 80.5% 开度 80.5%就地 开 故障 正常 关 E/停 就地/远程对码 远程自动 正常 输入 80.5% 开度 80.5%就地 开 故障 正常 关 E/停 就地/远程对码 四行显示就地操作面板示意图设置时显示四行。运行时参数显示字体变大，为三行显示。两行就地操作面板示意图 七、外形尺寸11011055直流无刷电机电动执行机构的特点一、采用调速电机的电动执行器特

8、点1、运行速度可调用户可根据自己的需要设置开、关阀速度。2、变速运行可在不同的行程段设置不同的运行速度，实现变速运行，替代传统的多速执行器。也可在“紧急”状态下以最高速度将阀门调至指定位置。3、柔性启动电机运行时总以最低速度启动，匀加速至设定的速度，称为“柔性启动”。柔性启动带来以下几点好处：1）启动电流不大于额定电流。不会因频繁启动导致电机、驱动电路发热。可使启动频度轻松地大于1200次/时。2）减小对减速机械的冲击，延长减速机构寿命。3）阀门开度不会突变，避免了液体管道中水锤等现象的发生。4、柔性关闭电机在停机前先匀减速至最低速度，然后断电停机，实现了所谓的“柔性关闭”。柔性关闭带来以下几

9、点好处：1）停机时转子惯量降至最低，在执行器开度与给定开度基本相等时断电并制动，定位精度大大提高。2）减小了对减速机构的冲击，可有效延长执行器寿命。3）阀门开度不会突变，避免了水锤现象的发生。5、低速推进易解决因阀杆“憋劲”造成的过力矩阀门出现卡涩，经常是由于热膨胀不均匀或受到偏心力矩发生了“憋劲”。人工解决的办法是让执行器回退，再向前推进。向前推进时如果能以低速运行，更易解决“憋劲”现象，恢复正常运行。所以采用调速电机的执行器在发生过力矩时，先向反方向运行（回退）一小步，再改为低速按原方向运行，冲过原卡涩位置后恢复正常速度运行。现场出现阀门卡涩，由“憋劲”原因造成的占多数。因此执行器在出现过

10、力矩时自动回退，低速推进，无需人工干预，即可自动回复。如果回退试冲仍过力矩，控制电路即停电机并报警。二、直流无刷电机的特点（相对交流感应电机变频调速）直流无刷电机的寿命和运行平稳程度与交流电机相当。但作为控制电机的诸多性能，则是任何交流电机所无法比拟的。1、机械特性和调速特性均为平行直线。是电动执行器最理想的电机特性。2、无需激磁电流，输出同样的机械功率，比交流电机节电近30%。3、永磁体转子不发热，整体温升较交流电机低约20。4、体积比同功率的交流电机小一个机座号。5、调速范围更大，可达1：100以上。6、调速精度不受电源电压、负载变化（200%内）等的影响，误差可控制在1rpm。7、输出力

11、矩只与工作电流有关。力矩检测电路简单，检测结果更精确。8、利用断电时转子动能发出的电势，在转子与定子间产生反向电磁制动力矩，实现无摩擦刹车。制动力矩与转子惯量成正比，稳定可靠，且不产生额外的热量。配合柔性关闭，可使执行器的定位精度大大提高（误差不大于±0.1%）。制动由软件控制IPM实现，无需增加硬件电路。9、启动力矩大，过载能力强。10、驱动电路较变频电路简单，成本更低，可靠性更高。产生的电磁干扰和对电网的污染更小。11、没有无功电流，功率因数高。三、当前国产直流无刷电机的技术水平我国目前已可生产1100KW以下，各种电压等级的直流无刷电机。生产直流无刷电机的关键材料是高性能的稀土

12、永磁材料。我国是世界稀土资源最丰富的国家。稀土永磁材料的生产技术也居世界前列。广泛用于永磁电机的钕铁硼磁体，如牌号为38EH的材料，剩磁Br>1220mT；矫顽力Hc>899KA/m;最大磁能积BHmax3639MGOe;最高工作温度Tw 200；温度特性-0.04%-0.1%/;居里点Tc 800。由此可见，我国现有的永磁材料性能已完全可满足工业永磁电机的需要。早期（上世纪90年代前）永磁电机磁材料退磁、高温下强度下降等弊病已荡然无存。电力电子工业可提供的IPM功率模块（电机驱动集成电路），可工作于150的霍尔芯片，其性能也远可满足需要。应该说在电动执行机构有广阔应用前景的直流无

13、刷电机，低速交流永磁同步电机，其技术已完全成熟。四、产品开发背景西安华星电子有限公司成立于1993年。主要从事自动控制设备的研制生产，承接火力发电厂自动控制工程。2004年受华电陕西蒲城发电厂委托，为其开发替代奥玛电动执行器的控制电路板。此后公司专门组织人力进行了电动执行器控制电路的开发。2006年，开发人员提出直流无刷电机非常适合作为电动执行机构的动力，随立项开始研制。2007年拿出了样机LSBD1型。2008年初被国内一家公司选用，安装在REGADA的减速机上，投入市场。2008年10月，美国VSI公司（控制阀门生产厂）因其自行开发直流无刷电机电动执行器失败，经其中国代理介绍，考察了我们的LSBD1型，并在SIPOS5减速机上，按照他们提出的要求带载做了寿命试验（选用0.75KW电机）。2009年3月，与VSI中国公司签订了LSDF2（第二代）的开发合同。同年8月完成样机。后应VSI要求，把原选用的利用电机转子位置检测霍尔信号作为增量型编码器的方案改为选用多圈绝对编码器，取掉了后备电源。10月份改变方案后的LSBD2交