電動執行器控制模塊LSB系列

LSB型直流無刷電機電動執行器控制部件簡介

   一、概述 

    LSB型電動執行器控制部件是以直流無刷電機（BLDC）為動力的電動執行器控制電路。將直流無刷電機用于電動執行器，使得電動執行器的功能、性能都得到了極大地提升。

與交流變頻電機相比，直流無刷電機具有以下明顯的優點：

    1、調速范圍更大，可達1：100以上。

    2、調速不受電源電壓、負載變化（200%內）等的影響，誤差可控制在1rpm。

    3、由于無需激磁電流，效率比交流電機高約30%。

    4、體積比同功率的交流電機小一個機座號。

    5、由于磁鐵不發熱，整體溫升較交流電機低約20℃。

    6、輸出力矩只與工作電流有關。力矩檢測電路簡單，檢測結果更。

    7、可將斷電時的轉子動能回收用于制動，利用轉子與定子間的反向電磁力矩，實現無摩擦剎車。配合柔性關閉，可使執行器的定位大大提高（誤差不大于±0.1%）。

    8、啟動力矩大。

    9、驅動電路較變頻電路簡單，成本更低，可靠性更高。產生的電磁干擾和對電網的污染更小。

    10、沒有無功電流，功率因數高。

    直流無刷電機與交流感應電機的運行穩定性與壽命比較基本相當。但直流無刷電機啟動力矩大，溫升小，可靠地能量回收式無摩擦制動，易于實現力矩控制，驅動電路簡單可靠性高，成本低，電磁輻射和對電網污染小等特點，作為電動執行器的動力更具優勢。美國能源部對各種調速電機的性能作對比后給了直流無刷電機“三高”（高效率，高，高轉矩）的評價。直流無刷電機本身的電氣、機械特性，也完全符合電動執行器對電機特性的要求，是當前作為高端電動執行器動力的選擇。直流無刷電機電動執行器具有以下主要特點：

    1、開、關閥速度可調

    執行器的開、關閥速度分別分檔可選。也可在不同的行程段提供不同的開、關閥速度（開關型）。

    2、更高的啟動頻度

    電機工作時以速度啟動，勻加速至設定的速度，即所謂的“柔性啟動”。柔性啟動使得電機的啟動電流不大于額定工作電流。電機頻繁啟動不會導致電機和驅動電路過熱，可輕易實現大于1200次/小時的啟動頻度。

    3、更高的定位

    在執行器開、關運行期間，閥門的實際開度值逐步接近給定開度值，在兩值相等停電機前一定的時間內，控制電機開始降速，在兩值相等時使電機速度已將至，即所謂的“柔性關閉”。此時停止電機轉動，電機的轉動慣量已很小，在停電機的同時發出制動指令，執行器立即停止，因此執行器的定位更高（定位誤差不大于0.1%），機械沖擊更小。可輕易地實現小步矩（≥0.2%）的調節要求。

    4、的力矩監測與控制

    直流無刷電機的輸出力矩與工作電流成線性正比關系，這就使得執行器的輸出力矩檢測與控制更容易。可由用戶根據需要在30%～130%的范圍內選擇力矩控制值。

    5、可靠的無摩擦制動

    直流無刷電機的制動能量來自轉子的轉動慣量。及轉動慣量愈大，制動能量越大。在電機的定子、轉子間產生電磁制動力矩，因此可保證長期穩定的制動效果。

我國目前已可生產1100KW以下，各種電壓的直流無刷電機。所使用的高密度永磁材料溫度可達200℃，矯頑力達到1033KA/m。常用的轉子位置檢測霍爾器件，溫度也可達150℃。這就保證了直流無刷電機具有足夠高的環境適應能力。

    我公司于2006年研制出臺直流無刷電機電動執行器樣機。2008年LSBDⅠ/LSBKⅠ開始投入運行。2009年LSBDⅡ/LSBKⅡ投入運行。LSBDⅢ/LSBKⅢ型是在前兩代產品基礎上推出的功能更完善，性能、可靠性更高的新一代產品。

    采用LSB型的電動執行器全部設置與就地操作均通過就地顯示操作面板完成，為“非侵入式”操作。就地操作按鍵可采作用普通按鍵，也可采用非通透式磁性按鈕。就地操作面板內有紅外接收電路，也可采用紅外手持遙控實現全部的設置與操作功能。

    LSB型控制部件分為LSBDⅠ/LSBKⅠ;LSBDⅡ/LSBKⅡ;LSBDⅢ/LSBKⅢ。

LSBD為調節型控制電路；LSBK為開關型控制電路。后綴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為所具有的功能與性能區別。

   二、主要功能

    1、執行器的開、關閥速度可分檔設置或速度按行程分段設置（開關型）。

    2、輸出力矩可分段設置，過力矩回退，再以速度試沖，試沖失敗停電機。

    3、可實時顯示輸出力矩。

    4、多項電機保護功能。包括轉子位置檢測故障、過電流、過壓、欠壓等。

    5、強干擾死機自恢復。

    6、電子行程限位。

    7、給定信號失效保護。

    8、行程檢測故障保護。

    9、就地手動操作與遠方手動／自動操作。

    10、行程方向可選（行程檢測采用編碼器），或自適應（行程檢測采用電位器）。

    11、電機旋轉方向自調整。

    12、給定信號、位置反饋信號0/4～20mA電流可選。

    13、緊急事件處理功能。

    14、行程／力矩關閥可選(開關型)。

    15、瞬間防反轉。

    16、運行數據記錄、瀏覽功能。

    17、繼電器組態功能。

    18、“柔性開啟”與“柔性關閉”功能。

    19、無機械摩擦自動剎車功能。

    20、輸入信號正/反作用可選。

    21、輸出力矩峰值記錄功能。

    22、中英文顯示界面可切換功能。

    23、模擬量輸入采用電磁隔離，數字量輸入采用光電隔離。

    24、可選配現場總線通信（HART、PROFIBUS等）。

   三、主要技術指標

    1、給定信號：電流：0/4～20mA，輸入電阻180Ω。

    2、位反信號：電流：0/4～20mA，輸出負載電阻≤750Ω。

    3、位置檢測傳感器：可選以下任一種。

    1)編碼器： 24Bit。圈數計數12Bit（4096），單圈計數12Bit（分辨率1/4096）。可定位行程范圍：90°～4050圈。

    2)電位器。阻值500Ω、1K、2K、5K、10K。可定位行程范圍與所配的信號齒輪組有關。

    4、死區設置：0～10%可調。步距0.1％。

    5、電氣定位誤差（基本誤差。含非線性誤差和回差）：行程檢測采用編碼器，誤差不大于±0.1％（滿行程時間大于6S）；行程檢測采用電位器，誤差不大于±0.2%（滿行程時間大于6S）。

    6、速度調節范圍：1：10。分10檔可調。

    7、力矩設置范圍：額定力矩的30％～130％可選，設定步距：10％。力矩大于100%，小于130%允許工作時間10秒。

    8、過力矩回退試沖次數：3次。

    9、阻尼特性：無振蕩。

    10、遲滯：不大于0.2S。

    11、分段變速的分段數量：任意。

    12、遠方操作開關量信號：無源接點、集電極開路（OC）、電平（24V）、脈沖（24V、大于100mS）。灌電流≥10mA。

    13、工作電源:單相 AC220V±15％； 三相  AC380V±15％。

    14、中途限位范圍：關限位0～<100％；開限位>0～100%。

    15、工作環境溫度：－25～70℃。

    16、環境濕度：≤95％RH。

    17、顯示：0.2級。

    18、繼電器：6只繼電器。其中一只輸出就地/遠方工作狀態，一只為綜合報警。其它4只為可組態輸出。繼電器引出常開、常閉接點各一組。輸出接點容量：AC250V，5A；DC60V，5A。

    19、數據記錄

    運行時間記錄：65535小時59分59秒。

    開關次數記錄：次。

    全開次數記錄：65535次。

    全關次數記錄：65535次。

    過力矩次數記錄：65535次。

    輸出力矩峰值：開向力矩峰值；關向力矩峰值。

    電機運行累計時間值：65535時59分59秒。

    執行器帶電運行累計時間值：65535時59分59秒。

    20、工作制式

    S5工作制。開、關頻度不小于1200次/小時。

                
       LSBD/K1型                    LSBD/K2型                 LSBD/K3型