电动执行器控制模块LSB系列

LSB型直流无刷电机电动执行器控制部件简介

   一、概述 

    LSB型电动执行器控制部件是以直流无刷电机（BLDC）为动力的电动执行器控制电路。将直流无刷电机用于电动执行器，使得电动执行器的功能、性能都得到了极大地提升。

与交流变频电机相比，直流无刷电机具有以下明显的优点：

    1、调速范围更大，可达1：100以上。

    2、调速不受电源电压、负载变化（200%内）等的影响，误差可控制在1rpm。

    3、由于无需激磁电流，效率比交流电机高约30%。

    4、体积比同功率的交流电机小一个机座号。

    5、由于磁铁不发热，整体温升较交流电机低约20℃。

    6、输出力矩只与工作电流有关。力矩检测电路简单，检测结果更。

    7、可将断电时的转子动能回收用于制动，利用转子与定子间的反向电磁力矩，实现无摩擦刹车。配合柔性关闭，可使执行器的定位大大提高（误差不大于±0.1%）。

    8、启动力矩大。

    9、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。

    10、没有无功电流，功率因数高。

    直流无刷电机与交流感应电机的运行稳定性与寿命比较基本相当。但直流无刷电机启动力矩大，温升小，可靠地能量回收式无摩擦制动，易于实现力矩控制，驱动电路简单可靠性高，成本低，电磁辐射和对电网污染小等特点，作为电动执行器的动力更具优势。美国能源部对各种调速电机的性能作对比后给了直流无刷电机“三高”（高效率，高，高转矩）的评价。直流无刷电机本身的电气、机械特性，也完全符合电动执行器对电机特性的要求，是当前作为高端电动执行器动力的选择。直流无刷电机电动执行器具有以下主要特点：

    1、开、关阀速度可调

    执行器的开、关阀速度分别分档可选。也可在不同的行程段提供不同的开、关阀速度（开关型）。

    2、更高的启动频度

    电机工作时以速度启动，匀加速至设定的速度，即所谓的“柔性启动”。柔性启动使得电机的启动电流不大于额定工作电流。电机频繁启动不会导致电机和驱动电路过热，可轻易实现大于1200次/小时的启动频度。

    3、更高的定位

    在执行器开、关运行期间，阀门的实际开度值逐步接近给定开度值，在两值相等停电机前一定的时间内，控制电机开始降速，在两值相等时使电机速度已将至，即所谓的“柔性关闭”。此时停止电机转动，电机的转动惯量已很小，在停电机的同时发出制动指令，执行器立即停止，因此执行器的定位更高（定位误差不大于0.1%），机械冲击更小。可轻易地实现小步矩（≥0.2%）的调节要求。

    4、的力矩监测与控制

    直流无刷电机的输出力矩与工作电流成线性正比关系，这就使得执行器的输出力矩检测与控制更容易。可由用户根据需要在30%～130%的范围内选择力矩控制值。

    5、可靠的无摩擦制动

    直流无刷电机的制动能量来自转子的转动惯量。及转动惯量愈大，制动能量越大。在电机的定子、转子间产生电磁制动力矩，因此可保证长期稳定的制动效果。

我国目前已可生产1100KW以下，各种电压的直流无刷电机。所使用的高密度永磁材料温度可达200℃，矫顽力达到1033KA/m。常用的转子位置检测霍尔器件，温度也可达150℃。这就保证了直流无刷电机具有足够高的环境适应能力。

    我公司于2006年研制出台直流无刷电机电动执行器样机。2008年LSBDⅠ/LSBKⅠ开始投入运行。2009年LSBDⅡ/LSBKⅡ投入运行。LSBDⅢ/LSBKⅢ型是在前两代产品基础上推出的功能更完善，性能、可靠性更高的新一代产品。

    采用LSB型的电动执行器全部设置与就地操作均通过就地显示操作面板完成，为“非侵入式”操作。就地操作按键可采作用普通按键，也可采用非通透式磁性按钮。就地操作面板内有红外接收电路，也可采用红外手持遥控实现全部的设置与操作功能。

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

LSBD为调节型控制电路；LSBK为开关型控制电路。后缀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为所具有的功能与性能区别。

   二、主要功能

    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／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0/4～20mA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：0/4～20mA，输入电阻180Ω。

    2、位反信号：电流：0/4～20mA，输出负载电阻≤750Ω。

    3、位置检测传感器：可选以下任一种。

    1)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500Ω、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：0～10%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、速度调节范围：1：10。分10档可调。

    7、力矩设置范围：额定力矩的30％～130％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>0～100%。

    15、工作环境温度：－25～70℃。

    16、环境湿度：≤95％RH。

    17、显示：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

    运行时间记录：65535小时59分59秒。

    开关次数记录：次。

    全开次数记录：65535次。

    全关次数记录：65535次。

    过力矩次数记录：65535次。

    输出力矩峰值：开向力矩峰值；关向力矩峰值。

    电机运行累计时间值：65535时59分59秒。

    执行器带电运行累计时间值：65535时59分59秒。

    20、工作制式

    S5工作制。开、关频度不小于1200次/小时。

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