عملگر الکتریکی

اکچویتور‌ الکتریکی | Electrical Actuator نوع مدرن اکچویتور‌ها، مجهز به موتورهای الکتریکی که می‌توان از آن‌ها برای به کار انداختن دستی و از راه دور شیرهای صنعتی استفاده کرد. همچنین با نام های شیر برقی، محرک برقی، عملگر برقی، اتوماسیون شیرهای کارگاهی، نیز معروف هستند، برای کنترل دبی و نظارت بر عملکرد شیرها در سیستم‌ها و صنایع مختلف استفاده می‌شود.

این نوع اکچویتور­ها از یک موتور الکتریکی، سیستم کنترلی، گیربکس و سوئیچ حدی تشکیل می‌شود.

در عملگر برقی، سرعت موتور الکتریکی با استفاده از گیربکس کاهش یافته و به سادگی، به سرعت چرخشی مورد نظر می‌رسد. گیربکس اکچویتور­ را دقیق و پایدار می‌کند. در سیستم‌هایی که نیاز به کنترل دقیق دارند از سیستم کنترلی در اکچویتور­ها استفاده می‌کنند چرا که کنترل کردن را بسیار ساده می‌کند.

با توجه به منبع تغذیه این اکچویتور­ها و عدم نشتی و آلودگی، جزء تجهیزات تمیز محسوب می‌شوند. به نسبت دیگر اکچویتور­ها قیمت بالایی دارند اما به دلیل قطعات متحرک کم از هزینه تعمیر و نگهداری پایینی برخوردار و از نظر مصرف انرژی نیز بازده بالاتری دارند.

این نوع از اکچویتور‌ ها بر طبق استاندارد های IP67 و IP68 و ICE اروپا تولید می‌شود و بر روی تمامی شیرآلات اعم از شیر های چند دور چرخش مانند موارد زیر با اطمینان کامل استفاده می‌گردد:

• شیرهای کشویی (شیرهای دروازه ای)
• شیرهای گلاب (کروی)
• شیرهای یک چهارم چرخش (دورانی) مانند بال ولو ها (شیرهای توپی) و باتر فلای ولو ها (شیر های پروانه ای)
• نیدل ولوها (شیرهای سوزنی)
• پلاگ ولوها (شیرهای سماوری)
• دریچه‌های صنعتی
• دمپرها

عملگرهای تمام گرد یا چند دور مناسب برای شیرآلات گلاب، گیت، اسلایس، پنستاک، دمپر ولو ها و… که به همراه گیربکس خود می‌تواند تا 100 هزار نیوتن متر توان حرکتی ایجاد نماید.

مزایای اکچویتور الکتریکی (عملگر برقی)

• قابلیت تنظیم سرعت انجام کار
• دقت و انعطاف پذیری
• سبک و کم حجم بودن
• هزینه‌های کم عملیاتی
• خروجی اطلاعات به صورت یکنواخت
• قابل کنترل از راه دور
• ماندگاری و دوام بالا

این نقاط قوت در نهایت منجر به استفاده در صنایع رباتیک، الکترونیک و مونتاژ الکترونیکی، ابزارآلات و بسیاری از بخش‌های دیگر صنعتی می‌‌شود.

معایب اکچویتور الکتریکی (عملگر برقی)

• هزینه بالاتر نسبت به محرک های پنوماتیکی.
• درصورت قطع انرژی الکتریکی، در همان وضعیت باقی می‌ماند. و موقعیت ایمن برای خرابی نمی‌تواند به راحتی بدست آید مگر اینکه منبع مناسبی برای انرژی الکتریکی ذخیره شده وجود داشته باشد.
• محرک های الکتریکی باید در محیطی باشند که دارای ایمنی کافی است و به طور کلی برای محیط های قابل اشتعال توصیه نمی‌شود.
• باید توجه داشت که بی جهت از موتورهای قوی تر استفاده نکرد.

اجزای ساختمان اکچویتور الکتریکی (عملگر برقی)

• اجزای ساختمان موتور اکچویتور الکتریکی

با چرخش روتور یا اسپیندل (Spindle)، موتور الکتریکی یک حرکت جرخشی را ایجاد می‌کند. اسپیندل از طریق یک پیچ به شافت متصل می‌شود و آن را می‌‌چرخاند. موتور توسط یک درایو الکتریکی کنترل می‌شود. برای کارکرد عملگرهای برقی تأمین برق مناسب و کابل کشی مربوط به تجهیزات ضروری و برای سیگنال‌های قدرت و کنترل بین موتور و درایو به کابل کشی نیاز است. در شکل زیر بطور کلی شرح دادیم.

موتور:

غالباً موتور های AC سه فاز و تک فاز جهت ایجاد گشتاور مورد نیاز اکچویتور، مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته موتور های DC نیز بسته به نیاز کاربرد دارند. انتظار می‌رود که محرک‌ها در شرایط محیطی شدید کار کنند، اما معمولاً از آنها برای کار مداوم استفاده نمی‌شود زیرا افزایش گرمای موتور می‌تواند بیش از حد باشد.

سنسور گشتاور:

این سنسورها معمولاً برای تعیین موقعیت دیسک و متوقف کردن موتور هنگام رسیدن به موقعیت مورد نظر استفاده می‌شوند.

چرخ دنده:

اغلب از چرخ دنده حلزونی برای کاهش سرعت خروجی بالای موتور الکتریکی استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد چرخ دنده کاهش سرعت چرخش شفت متصل به الکتروموتور و تبدیل آن به نیروی گشتاور مورد نیاز جهت چرخش دیسک است. بنابراین چرخ دنده خود قفل می‌شود یعنی با عمل بر روی عنصر بسته شدن شیر از تغییرات تصادفی و ناخواسته موقعیت سوپاپ جلوگیری می‌کند.

اتصال: 

اکچویتور از دو قسمت به شیر از متصل می‌شود. اول، فلنج آن است که اکچوئیتور را روی بدنه شیر متصل می‌کند. هرچه گشتاور مورد نیاز جهت باز و بست شیر بیشتر باشد، فلنج قوی تر مورد نیاز است و دوم بخشی است که شفت موتور را به استم شیر وصل می‌کند.

عملگر دستی شیر:

هنگامی که به هر دلیلی کارکرد موتور مختل می‌شود، ممکن است نیاز به باز یا بسته شدن شیر با دست باشد، به همین دلیل است که بسیاری از محرک ها به یک اهرم یا فلکه دستی مجهز هستند تا موقعیت شیر را به صورت دستی تغییر دهند.

کلیدهای محدود کننده گشتاور الکترونیکی در حین کار دستی کار نمی‌کنند. دستگاه های مکانیکی محدود کننده گشتاور معمولاً برای جلوگیری از اضافه بار گشتاور در حین کار دستی استفاده می‌شوند.

اجزای ساختمان اکچویتور الکتریکی خطی

موتور الکتریکی

سیستم کنترلی

گیربکس

سوئیچ حدی (لیمیت سوئیچ)

مشخصات فنی اکچویتور الکتریکی

این اکچویتورها بر اساس گشتاور تولیدی و ولتاژ ورودی انتخاب می‌شوند. انتخاب قدرت عملگرهای برقی با توجه به سایز شیری که بر روی آن نصب می‌شود و فشار سیال درون خط می‌باشد.

اکچیتورهای برقی می‌توانند به دو صورت باز – بسته و یا کنترل درصدی (با ورودی سیگنال آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر و یا 0 تا 10 ولت) شیر را کنترل کنند. همچنین این شیرهای کنترلی به صورت شیربرقی موتوری دو راهه و شیر موتوری سه راهه عرضه می‌شوند.

دسته بندی انواع اکچویتور عملگر برقی در صنعت HVAC

اچ‌وی‌ای‌سی (HVAC) مخفف حروف ابتدایی Heating, Ventilating and Air Conditioning که به معنای «گرمایش، تهویه و تهویه‌مطبوع» است و شامل فن آوری های مربوط به ایجاد راحتی برای محیط های داخلی ساختمان است. طراحی سیستم های HVAC یکی از زیرگروه های اصلی مهندسی مکانیک و بر اساس اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت است.

شیرهای دو طرفه و سه طرفه موتوردار در صنعت و تاسیسات تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارند. این شیرها در انواع روشن/خاموش، تدریجی و فلوتینگ کاربرد دارند. نکته مهم در مورد عملگرهایی که به طور گسترده در صنعت HVAC استفاده می‌شود این است که اغلب فقط می‌توان از اکچویئتور های ساخت یک برند خاص روی شیر همان برند نصب می‌شود استفاده کرد، به عنوان مثال محرک هانیول روی شیر دانفوس قابل نصب نیست.

سه دسته اکچویتور عملگر برقی در صنعت: HVAC

• اکچویتور On/Off

عملکرد آن به شکل قطع و وصل بوده و غالباً دارای عنصر فیدبک نیز هستند.

• اکچویتور عملگر برقی تدریجی

عملکرد این اکچویتور ها به شکل تدریجی است یعنی  با توجه به آمپر ورودی ( جریان ورودی ) می‌توانند وضعیت دیسک را به شکل باز 100%، 75%، 50% و… در بیاورند.

• اکچویتور ضد انفجار

اکچویتور ضد انفجار یا ضد جرقه برای محیط های با خطر انفجار و آتش سوزی کاربرد دارند.

پارامترهای انتخاب اکچویتور برقی

• قدرت گشتاور مورد و ولتاژ ورودی آن
• سایز شیرمتناسب بااکچویتور برقی
• نوع شیری که بر روی اکچویتور برقی باید سوار شود (توپی-پروانه ای…)
• فشار جریان سیال درون خط
• تدریجی یا on-off بودن اکچویتور
• محیط و شرایطی که سیستم در آن قرار دارد.

انواع اکچویتور الکتریکی

عملگرهای الکتریکی به دو نوع مختلف تقسیم می‌شوند:

• اکچویتور‌ الکتریکی چرخشی

محرک های چرخشی الکتریکی با استفاده از شیرهای پروانه ای، شیرهای توپی و دریچه‌های پلاگین از باز به بسته می‌چرخند. در محرک های دوار الکتریکی، توان الکترومغناطیسی تولیدی از موتور باعث چرخش قطعات می‌شود و این چرخش باعث می‌شود عملکرد محرک در طی هر یک از توقف‌ها ثابت بماند.

علاوه بر این، یک شفت دایره ای نیز می‌تواند به عنوان یک عنصر چرخان در چنین محرک ها استفاده شود. هنگام انتخاب یک موتور دوار الکتریکی، گشتاور محرک و دامنه حرکت باید در نظر گرفت. گشتاور محرک به قدرت موتور اشاره دارد که باعث چرخش می‌شود، در حالی که دامنه حرکت می‌تواند به صورت جزئی، حرکت یک چهارم یا چندگانه باشد.

• اکچویتور‌ الکتریکی خطی

این نوع عملگرها با استفاده از گوی، دیافراگم، گیت یا دریچه‌های زاویه دار باز و بسته می‌شوند. آن‌ها اغلب در شرایط سخت استفاده می‌شوند. این موتورهای الکتریکی با استفاده از پیچ موتور برای ایجاد حرکت خطی کار می‌کنند. در موتورهای الکتریکی خطی، بار الکتریکی به انتهای پیچی که تسمه یا چرخ دنده را به قسمت های دیگر متصل می‌کند، منتقل می‌شود.

عوامل مهمی که در انتخاب محرک های الکتریکی خطی در تجهیزات صنعت نفت و گاز و پتروشیمی باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از: تعداد چرخ ها، نیروی اعمالی و طول مغزی شیر.

عملگرهای الکتریکی خطی، حرکت خطی را از طریق یک پیچ بلبرینگ موتور یا مونتاژ پیچ انجام می‌دهند. بار محرک خطی به انتهای یک پیچ یا میله متصل می‌شود.

یک پیچ می‌تواند از یک میله مستقیم، تسمه یا چرخ دنده تشکیل شود. مهمترین ویژگی های عملکردی که برای موتورهای خطی باید در نظر گرفت. شامل: محدوده حرکت، حداکثر بار الکتریکی یا حداکثر نیرو، حداکثر سرعت، توان پیوسته و پاسخ سیستم است.

انواع اکچویتور های الکتریکی از لحاظ عملکرد به سه دسته تسیم می‌شوند:

• On/Off

این نوع محرک هم در دسته بندی، محرک الکتریکی و هم محرک پنوماتیکی می‌تواند قرار بگبرد. زمانی است که کارفرما یا مشتری می‌خواهد محرک مربوطه پس از فرمانی که از اتاق کنترل برای عملکرد اکچویتور می‌آید. و عملگر مربوطه شروع به حرکت کند و شیر و یا دریچه مربوطه خود را به حداکثر مرز انتهایی خود در قسمت باز یا بستن ببرد.

در این عملیات، عملگرها همیشه دو نوع فرمان (روشن و خاموش) را از DCS دریافت می‌کنند. این نوع شیرها و دریچه ها همیشه یا در حالت کاملا بسته و یا در حالت کاملا باز هستند.

• Position Feedback

محرک بازخورد نوعی محرک خطی هم است که بازخورد موقعیتی را در خود جای می‌دهد. و آن را با برنامه هایی که به یک سیستم حلقه بسته نیاز است، سازگار می‌کند.

یک سیستم حلقه بسته شامل خواندن سیگنال خروجی یک سیستم با استفاده از یک سنسور و ارسال آن سیگنال به یک کنترل کننده است. کنترل کننده مقدار خطای سیگنال را تعیین می‌کند و یک سیگنال تصحیح را از طریق سیستم ارسال می‌کند. این تصحیح بازخورد تا زمانی ادامه می‌یابد که سیگنال خطا در محدوده قابل قبولی قرار گیرد.

• Modulating

محرک های الکتریکی تعدیل کننده دارای یک سیستم داخلی هستند که شفت خروجی را متناسب با سیگنال کنترل ورودی قرار می‌دهد. برخلاف محرک‌های الکتریکی روشن و خاموش، محرک‌های مدوله‌کننده لزوماً کل طول را از روشن به خاموش کردن در یک حرکت می‌پوشانند، موقعیت با توجه به سیگنال ورودی تنظیم می‌شود، اما فقط بر اساس تغییر در سیگنال کنترل ورودی حرکت می‌کنند. به عنوان مثال 0-10 ولت که در آن 0 ولت بسته است و 10 ولت باز است، 5 ولت 50٪ باز است.

با کنترل سیگنال ورودی و خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و همچنین پروتکل های دیگر شبکه مانند Profi-bus، Mod-bus وField-bus

از دیگر تقسیم بندی های اکچویتور برقی همانطور که از اسم آن مشخص است بر اساس تقسیم بندی الکتروموتور های آنها یا سیستم انتقال قدرت نیز صورت گیرد، که با توجه به استاندارد اروپا IEC که مخفف The International Electrotechnical Commission به مدل های مختلف تقسیم بندی می‌شوند.

با توجه به عملکرد آن ها که در قسمت قبل توضح دادیم دارای مدل های S2-15 min، S4-25% و مدل های دیگر تقسیم بندی می‌شوند. و از جهت نوع الکترموتور به گروه های تک فاز 220 ولت، سه فاز 400،380، 415 و... .

انواع اکچویتور‌ الکتریکی

با توجه به نوع شیرها و دریچه ها از انواع مختلف عملگرها استفاده می‌گردد.

• چرخشی (روتاری)
• ۱۸۰ درجه
• ۹۰ درجه (ربعگرد)
• خطی
• تک عملکردی و چند عملکردی
• two stage (دو مرحله ای)
• کنترلر عملگر که در اکثر انواع عملگرها مشترک می‌باشد و عمدتا در دو نوع موجود می‌باشند.
• کنترلر AM
• کنترلر AC

اکچویتور‌ الکتریکی چه کاربردهایی دارد؟

اکچویتور‌ های الکتریکی Electrical Actuator که از جمله دستگاه های ابزار دقیق به شمار می‌روند که در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی یافت می‌‌شوند. در صنایع غذایی و آشامیدنی، برای تولید بطری ‌هایPET، سیستم‌های پر کردن و برچسب زدن کاربرد دارند.

کاربرد اکچویتور‌ الکتریکی در صنایع آب و فاضلاب:

• توزیع آب آشامیدنی
• تاسیسات تصفیه آب
• نمک زدایی آب دریا
• تاسیسات تصفیه فضلاب
• استحصال فاضلاب
• سازه‌های فولادی برای سیستم‌های آب

اکچویتور‌ الکتریکی در صنایع انرژی:

• نیروگاه‌های سوخت فسیلی (ذغال، سنگ، گاز، نفت)
• نیروگاه‌های انرژی خورشیدی
• نیروگاه‌های هیدروالکتریک
• نیروگاه‌های سیکل ترکیبی
• نیروگاه‌های اتمی
• نیروگاه‌های ژئوترمال

کاربرد اکچویتور‌ الکتریکی در صنایع نفت و گاز:

• پالایشگاه‌ها
• انبارهای نفت
• سکوهای استخراج
• خطوط لوله
• ایستگاه‌ها پمپاژ

اکچویتور‌ الکتریکی در سایر صنایع:

• کارخانه‌های تولید فولاد
• سیستم‌های تهویه مطبوع
• صنایع استخراج معادن
• صنایع شیمیایی و دارویی
• صنایع کاغذسازی
• صنایع سیمان
• صنایع تولید کشتی و زیر دریایی

نکاتی که هنگام خرید اکچویتور‌‌ الکتریکی باید به آن توجه کنیم؟

• نحوه نصب
• ابعاد و وزن دستگاه
• فشار کاری عملگر
• گشتاور کاری
• قطر و اندازه پیستون
• محدوده تغییرات دمایی
• محدوده کاری ولتاژ و جریان
• سرعت کاری (دور موتور)
• توان خروجی

امیدوارم از خواندن مقاله (اکچویتور‌ الکتریکی | Electrical Actuator) لذت برده باشید.

در صورت هرگونه سوال و پیشنهاد با مجموعه پرگاران تماس حاصل نمایید.