[實用新型]基于變頻控制技術的智能電動執行器裝置

無效

• 申請號: 200920095409.0
• 申請日: 2009-01-22
• 公開（公告）號: CN201336607Y
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 孫鶴旭;董硯;鄭易;梁濤;李潔;何林
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02K7/10
• 分類號: H02K7/10;H02K7/116;G05D3/10
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 王小靜

技術領域：

本實用新型涉及電動執行器技術，特別涉及一種基于變頻控制技術的智能電動執行器裝置。

技術背景：

電動執行器是過程自動化鏈的重要組成部分，是工業過程控制系統中重要的終端設備，其能源取用方便、安裝調試簡單，在電力、冶金、石油、礦山等工業部門得到廣泛的應用。

常用的電動執行器采用異步電機作為執行器動力源，電機轉速不可調，無法實現準確定位，在一些精度要求高、穩定性要求高的場合使用效果不佳，并且調節閥門開關速度時需要更換傳動齒輪或減速箱，效率低下；電磁抱閘容易失靈，造成慣走、抱死；堵轉或過載時，電機或分相電容易燒壞；無法與上位機進行通訊連接，不能與其它儀表的狀態相互通訊。隨著能源、化工、鋼鐵、運輸和建筑等現代工業的高速發展，對電動執行器的功能和要求不斷提高，迫切需要智能化的新一代電動執行器產品，以提高生產效率。

發明內容：

本實用新型的目的在于提供一種基于變頻控制技術的智能電動執行器裝置，應用開關磁阻電機步進傳動的動態定位技術，使用變頻控制的開關磁阻電機作為電動執行器的位置控制執行元件，為電動執行器提供高精度的定位、快速控制模式，實現精確微調和定位；本實用新型的電動執行器各行程區間閥門開關速度可自行設定，無需更換減速箱便可以優化閥門調節功能，具備“柔性啟動”和“柔性制動”功能，最大程度的保護閥門。使用的開關磁阻電機缺相、過載仍可運行，不必校正相序。使用的集成芯片DSP實現了過流、過壓、過溫等故障信號軟硬件分級多層次保護，實現了電流、轉矩雙重保護，保證輸出力矩不會超過設定值，防止閥門卡死。

本實用新型提供的基于變頻控制技術的智能電動執行器裝置主要包括：變頻控制的開關磁阻電機，執行器控制器，執行器位置傳感器，減速箱，電氣接線盒，手輪，蝸桿，輸出力臂。所述的變頻控制開關磁阻電機是本實用新型電動執行器的位置控制電機，通過變頻電壓斬波方式調節電機各相繞組的電壓平均值，間接地限制和調節開關磁阻電機的繞組電流，實現電機的無級調速運行。

所述的基于變頻控制技術的電動執行器裝置使用集成芯片DSP為內核、SPM模塊為功率變換單元、PROFIBUS總線為通訊介質的電動執行器整體控制結構，形成集數字化、網絡化、模塊化、變頻控制為一體的智能電動執行器。

所述的變頻控制的開關磁阻電機軸與蝸桿同軸，電機軸與驅動軸套的星型齒輪相連，經過減速箱的渦輪蝸桿傳動減速，轉化為輸出力臂的直線位移。

所述的執行器位置控制執行元件每個步進角為15°，通過電機軸傳動至減速箱，最終實現輸出力臂的精確微調和定位。

所述的開關磁阻電機軸與執行器的星型齒輪相連，經過減速箱體，輸出力臂行程區間閥門開關速度：在全行程開始的S1范圍內以低轉速啟動，之后速度迅速上升到V1運行，在全行程結束前的S2范圍內減速，電機轉速逐步減小直至閥門全關；低轉速行程范圍S1、S2可調，用戶設定速度V1可調，V1可以通過操作面板或者通過PROFIBUS設定；全行程時間20s-160s可調，優化了閥門調節功能。

所述的變頻控制的開關磁阻電機內部有用于電機轉子位置檢測的光電位置傳感器，光電位置傳感器輸出的位置信號與控制器的位置信號輸入引腳(CAP/QEP)連接。

所述的基于變頻控制技術的智能電動執行器裝置的控制電路驅動控制系統包括：數字控制芯片以及外設，總線通信模塊，功率變換模塊，外部輸入輸出單元，位置檢測、電流檢測單元，溫度電壓保護單元，數字電源、人機接口。

所述的執行器控制器中封裝有控制電路板、功率電路板；控制電路板使用集成芯片DSP為內核，DSP綜合處理來自上位機的命令信號、傳感器的輸出信號，通過控制PWM信號，來控制電機使執行機構以一定或可變速度到達某一位置，實現對閥門位置的控制；功率電路板為SPM變頻控制模塊，接收PWM信號，根據所給PWM信號向位置控制執行元件開關磁阻電機提供運轉所需的能量。功率電路板輸出電機的轉子位置信號至控制電路板DSP位置信號輸入引腳(CAP/QEP)，電流檢測信號至AD7863，經A/D轉換后輸入控制電路板DSP的數據總線，故障編碼輸出至控制電路板DSP的數據總線；控制電路板輸出PWM開關信號至功率電路板的CPLD，經譯碼后傳送到功率模塊控制功率電路的開關閉合、執行器運行方向信號由DSP的IOPC6引腳輸出至功率電路板上的CPLD，CPLD(Complex?ProgrammableLogic?Device)使能信號由DSP輸出接至功率電路板上的CPLD。