[實用新型]一種具有轉速閉環控制的電動閥門

有效

• 申請號: 201921721323.4
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN211779266U
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 湯偉;張越;耿逸飛;王博;王權
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: F16K31/04
• 分類號: F16K31/04;F16K31/53;H02P6/08
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 鄭安迪

一種具有轉速閉環控制的電動閥門，用于流程工業的流量調節回路。本實用新型的電動閥門本體由直流無刷電機、圓柱齒輪減速器、蝸輪蝸桿機構、閥桿、閥芯、閥體和限位開關構成，外圍控制電路由單片機開發板、直流無刷電機驅動器、光電隔離轉換器及連接導線組成。直流無刷電機的輸出軸與減速箱首端固接，減速箱尾端與蝸桿固接，蝸桿與蝸輪嚙合，蝸輪與閥桿剛性連接，閥桿與閥芯亦為剛性固接。本實用新型可實現電動閥門的轉速閉環控制，閥芯嚴格按照五段S形定位曲線工作，定位精度得到有效提高。

技術領域

本實用新型屬于可實現轉速閉環控制的電動閥門，特別涉及一種在國產普通ZJKV型電動閥門的硬件單元基礎上進行改進的新型電動調節閥門。

背景技術

國產普通ZJKV型電動閥門是流程工業中負責流量調節的重要執行器，其定位精度對維持流體流量準確起到了決定性的作用。國產電動閥門由三相異步電機驅動，僅有80～100步的定位精度，對于0～90°的角行程閥門，100步就意味著每一個操作步長使閥芯轉動0.9°，并且閥芯轉動的角度完全由通電時間決定，無驅動轉矩控制，執行器本體是一個開環控制系統，不能適應于兩種物料的流量精確配比場合，將難以滿足流程工業未來發展對流量控制的中高精度需求。

與之相比，國外Metro、BTG公司生產的電動閥門具有15000～20000步的精度，僅應用于高精度需求的專用場合，其價格昂貴不適合普及應用，如DN125的高精度閥門單臺售價在18～20萬元之間，令國內諸多企業望而卻步。因此，提升國產普通電動閥門的精度水平具有重要意義。

發明內容

本實用新型在國產普通ZJKV型電動閥門的硬件單元基礎上，將異步電機更換為直流無刷電機，配置直流無刷電機的驅動控制電路，實現電動閥門的轉速閉環控制，并且能夠將控制單元嵌入電動閥門的機罩內，在外觀上實現機電控制一體化。

本實用新型的技術方案是：一種可實現轉速閉環控制的電動閥門，由單片機開發板、直流無刷電機、電機驅動器、圓柱齒輪減速箱、蝸輪蝸桿換向器、閥桿、閥芯、限位開關和閥體組成。所述直流無刷電機的輸出軸依次連接圓柱齒輪減速箱、蝸桿蝸輪換向器，進而由閥桿帶動閥芯轉動；所述電機輸出軸與首端圓柱齒輪為剛性連接，尾端圓柱齒輪與蝸桿為剛性連接，蝸輪與閥桿之間為剛性連接；所述定位控制系統包括單片機開發板、計算機、電機驅動器、直流無刷電機以及外圍電路；所述開發板的輸出端與電機驅動器的控制端口相連，計算機通過型號為U-485G的光電隔離轉換器與驅動器進行通信；所述驅動器的輸入端與直流無刷電機內置的霍爾元件信號線相連，驅動器的三相直流電壓輸出端口與直流無刷電機的電源端口相連。

進一步地，所述單片機開發板的型號為LY-F2。

進一步地，所述電動閥門經歷加速、勻速、減速過程后產生的角位移就是目標轉角；所述電動閥門經歷加速過程后，立即進入減速過程，當減速為零時，閥芯所轉過的角度就是最細操作角；所述最細操作角對應閥門的定位精度；所述最細操作角與閥芯在勻速階段的轉角之和剛好等于目標轉角。

進一步地，所述電動閥門不必受限于驅動電機的額定轉速，可根據執行時間來配置規定轉速，具有一定的柔性調節功能，操作方法是利用型號為AQMD3605BLS的電機驅動器來在配置電機的運行轉速，即不同的執行時間對應不同的規定轉速，電動閥門的執行時間越長，定位曲線的最細操作角值越大，對應電動閥門的定位精度越高，反之亦然。

進一步地，所述電動閥門的設計負載轉矩為110N·M，選用直流無刷電機的型號為42BL50S03-230TR9，額定轉矩為0.095N·M，轉子軸與閥桿之間的減速比為1500:1，折算至轉子軸的應受負載轉矩為0.073N·M，為保留一定裕量，將該值放大18％，得到電機的額定負載轉矩為0.086N·M。以轉子輸出軸為研究對象，不計阻尼轉矩，加速度和驅動轉矩之間的關系可表示為：

T_e＝T_L+J*a_max (1)