比例阀控制型调速器
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这种阀的优点是对制造和安装无特殊要求，通用性好、调整 方便。其主要缺点是主阀芯的阀口开度易受摩擦力、液动力等 干扰的影响，即主阀芯定位精度不高。
为提高阀口开度控制精度、优化整阀的动态特性，可采用 带主阀芯位置电反馈结构的先导式比例方向流量阀，或在主阀 芯位置电反馈的基础上，给先导阀也增设位置电反馈，构成先 导级及主级－二级位置电反馈。由于这两种改进型结构的先导 式比例方向流量阀在水轮机调速器中的应用极少，故不在此专 门介绍了。 图3. 先导式比例方向流量阀
比例阀控制型调速器
2020年5月31日星期日
•GLT系列比例阀控制型调速器就是专为贯流式水轮发电机组
研制的新型电液调速器，其机械部分采用了武汉长江控制设
备研究所研制的 “水轮机调速器的电液比例随动装置”。
机械部分由比例集成式电液随动装置配以相应的油压装置
，构成一个完整的电液调速器。其相关内容介绍如下：
2）直控式比例方向流量阀
图1为不带位置反馈的直控式比例方向流量阀的结构示意图
，属于节流控制型方向流量阀。图中，进油口为P、出油口
为A/B、回油口为T。
•比例伺服
图1. 不带位置反馈的直控式比例方向流量阀 阀
•图1. 不带位置反馈的直控式比例方向流量阀
•出油 口 •进油 口
•出油 口
•回油 口
当比例电磁铁不通电时，阀芯由复位弹簧保持在中位，当向 左侧电磁铁输入一个电流信号时，电磁铁就会产生一定的推力， 推动阀芯克服弹簧力向右移动一定距离，阀芯相对于阀体的控制 台阶移动一定的开口量，P腔到B腔、A腔到T腔流过一定的流量。 若输入连续的电流信号，则开口量就会随之呈线性变化，使通过 阀的液流流量成比例变化。右侧电磁铁输入电流信号时，也会产 生类似的变化，只不过液流方向相反。改变左、右比例电磁铁的 信号，就可使液流改变方向和流量。而普通的电磁铁换向阀只有 左、中、右3个位置，不可能在中间任一位置停留。
比例阀控制流体属于模拟式流体控制，比例阀是介于普 通工业液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀。
一般由比例电磁铁与相应机能的阀件组成。比例电磁铁 由线圈、铁芯、固定件组成，而由其推动的阀件可以是压力 阀、流量阀、方向/流量阀或复合阀。比例电磁铁巧妙地利 用了磁性材料磁通密度的饱和特性，使电磁作用力与电流成 比例。由于比例阀铁芯的电磁力与输入比例线圈的电流成正 比，而铁芯的反作用力则由复位弹簧来平衡，这就决定了电 流与铁芯位移之间具有一定比例关系。而比例阀的阀芯则由 电磁铁铁芯带动，从而实现对液压参量的比例控制。至于比 例阀的电气操纵方式，可以使用模拟信号，也可采用耗电小 和电流放大简单的脉宽调制信号(PWM信号)。
比例方向流量控制阀按其流量控制方式，可分为节流控
制型和流量控制型两大类。前者受控量只是阀芯位移即阀口
开度，输出流量受负载及供油压力变化的影响；后者采用压
力补偿或流量反馈，其被控流量只取决于控制电流，而与负
载及供油压力变化无关。为降低使用要求、简化控制环节，
在水轮机调速器中常采用前者作为电液转换元件。
其大致工作过程是：电液比例减压型先导阀电磁铁接收输入 的电流信号，输出与之成比例的控制压力信号，与输入信号极性 相对应的两个出口压力(左侧电磁铁控制右出口压力，右侧电磁铁 控制左出口压力)，
分别引至主阀芯2的两端，利用它在两个端面上所产生的液 压作用力与对中弹簧3的弹簧力平衡，而使主阀芯2与输入信号 成比例地定位。
⑵比例电磁铁的输入功率较大，比伺服阀大一个数量级，这是
提高其工作可靠性的技术措施之一；
•比例伺服 阀
⑶比例方向流量阀的额定工作压差比伺服阀低一个数量级， 与普通换向阀相当，单阀口压降约(0.25～0.8)MPa，其系统 能耗和温升远比采用伺服阀的系统低； ⑷中位搭叠量较大，这是为降低成本而作出的一种抉择。但 因此也成了一个附带的优点，在失电时能保证受控负载的位 置不漂移； ⑸可以象普通换向阀一样，采用不同的滑阀中位机能； ⑹存在着(3～5)%的静态滞环、较大的非线性，且动态响应 要比伺服阀低； ⑺由于存在较大的中位搭叠量，对中弹簧又具有一定的预压 缩量，因此其零位控制死区很大，其起始控制电流值可达额 定控制电流的(10～20)%.
检测电磁铁铁芯的位置，即阀芯的确切位置，若有一定的位
置误差，就会产生一个反馈信号给放大器，输入信号和反馈
信号在放大器内比较，两个数值比较后，产生一个偏差信号
输入电磁铁，以补偿干扰产生的阀口开度误差；此时阀口开
度仅取决于输入的电流信号，而与摩擦力、液动力等干扰无
关。
•比例伺服
图2. 带位置反馈的直控式比例方向流量阀 阀
比例阀在水轮机调速器中的应用，主要是比例方向流量控
制阀、比例伺服阀，后者其实是特殊形式的高性能比例方向流
量控制阀，也称闭环比例阀。
1）比例方向流量控制阀的特点及分类
比例方向流量控制阀是一种能按输入电流信号连续控制液
流方向和流量的电液控制阀，它具有下列主要特点：
⑴滑阀配合间隙仅和一般换向阀相当，因此对油质要求较低；
一、主要技术参数
导叶主配压阀直径
φ150mm
桨叶主配压阀直径
φ100mm
工源自文库油压
6.3 MPa
压力油罐容积
10.0m3
滤油精度
≤20μm
二、液压阀的应用与改进 就水轮机调速器的电液随动系统而言，高档伺服阀(如喷
嘴挡板伺服阀)、工业伺服阀(如动圈－滑阀式伺服阀)的正式 应用起步于上世纪70年代，到90年代中期已十分普及；自90 年代后期比例阀、高速开关阀也已开始逐渐得到应用，如今 这类系统已得到大量使用，并得到水电行业用户的广泛认可 与采纳。
不带位置反馈的直控式比例方向流量阀由于受摩擦力及阀口 液动力等干扰的影响，阀芯定位精度不高，尤其在高压大流量情 况下，液动力的影响更加突出。
为提高阀口开度控制精度，可采用带位移电反馈的比例
方向流量阀。
如果在图1所示的比例电磁铁末端加装位移传感器，就
可构成电反馈比例方向流量阀。参见图2，位置传感器可以
•图2. 带位置反馈的直控式比例方向流量阀
3）先导式比例方向流量阀 与普通换向阀一样，大通径比例方向流量阀由于主阀芯运动
所需的操纵力很大，需要采用先导结构。图3的结构系减压型先导 阀＋主阀弹簧定位型比例方向流量阀，这种结构比较常见。与直 控式比例阀的主要区别在于增加了先导阀，图中的导阀系比例电 磁铁操作的压力控制阀(三通减压阀)，用减压阀作导阀的好处是 不必持续消耗控制油。主阀采用单弹簧对中，弹簧有预压缩量， 当先导阀无输入信号时，主阀芯2的两端无压力，主阀芯对中。
为提高阀口开度控制精度、优化整阀的动态特性，可采用 带主阀芯位置电反馈结构的先导式比例方向流量阀，或在主阀 芯位置电反馈的基础上，给先导阀也增设位置电反馈，构成先 导级及主级－二级位置电反馈。由于这两种改进型结构的先导 式比例方向流量阀在水轮机调速器中的应用极少，故不在此专 门介绍了。 图3. 先导式比例方向流量阀
比例阀控制型调速器
2020年5月31日星期日
•GLT系列比例阀控制型调速器就是专为贯流式水轮发电机组
研制的新型电液调速器，其机械部分采用了武汉长江控制设
备研究所研制的 “水轮机调速器的电液比例随动装置”。
机械部分由比例集成式电液随动装置配以相应的油压装置
，构成一个完整的电液调速器。其相关内容介绍如下：
2）直控式比例方向流量阀
图1为不带位置反馈的直控式比例方向流量阀的结构示意图
，属于节流控制型方向流量阀。图中，进油口为P、出油口
为A/B、回油口为T。
•比例伺服
图1. 不带位置反馈的直控式比例方向流量阀 阀
•图1. 不带位置反馈的直控式比例方向流量阀
•出油 口 •进油 口
•出油 口
•回油 口
当比例电磁铁不通电时，阀芯由复位弹簧保持在中位，当向 左侧电磁铁输入一个电流信号时，电磁铁就会产生一定的推力， 推动阀芯克服弹簧力向右移动一定距离，阀芯相对于阀体的控制 台阶移动一定的开口量，P腔到B腔、A腔到T腔流过一定的流量。 若输入连续的电流信号，则开口量就会随之呈线性变化，使通过 阀的液流流量成比例变化。右侧电磁铁输入电流信号时，也会产 生类似的变化，只不过液流方向相反。改变左、右比例电磁铁的 信号，就可使液流改变方向和流量。而普通的电磁铁换向阀只有 左、中、右3个位置，不可能在中间任一位置停留。
比例阀控制流体属于模拟式流体控制，比例阀是介于普 通工业液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀。
一般由比例电磁铁与相应机能的阀件组成。比例电磁铁 由线圈、铁芯、固定件组成，而由其推动的阀件可以是压力 阀、流量阀、方向/流量阀或复合阀。比例电磁铁巧妙地利 用了磁性材料磁通密度的饱和特性，使电磁作用力与电流成 比例。由于比例阀铁芯的电磁力与输入比例线圈的电流成正 比，而铁芯的反作用力则由复位弹簧来平衡，这就决定了电 流与铁芯位移之间具有一定比例关系。而比例阀的阀芯则由 电磁铁铁芯带动，从而实现对液压参量的比例控制。至于比 例阀的电气操纵方式，可以使用模拟信号，也可采用耗电小 和电流放大简单的脉宽调制信号(PWM信号)。
比例方向流量控制阀按其流量控制方式，可分为节流控
制型和流量控制型两大类。前者受控量只是阀芯位移即阀口
开度，输出流量受负载及供油压力变化的影响；后者采用压
力补偿或流量反馈，其被控流量只取决于控制电流，而与负
载及供油压力变化无关。为降低使用要求、简化控制环节，
在水轮机调速器中常采用前者作为电液转换元件。
其大致工作过程是：电液比例减压型先导阀电磁铁接收输入 的电流信号，输出与之成比例的控制压力信号，与输入信号极性 相对应的两个出口压力(左侧电磁铁控制右出口压力，右侧电磁铁 控制左出口压力)，
分别引至主阀芯2的两端，利用它在两个端面上所产生的液 压作用力与对中弹簧3的弹簧力平衡，而使主阀芯2与输入信号 成比例地定位。
⑵比例电磁铁的输入功率较大，比伺服阀大一个数量级，这是
提高其工作可靠性的技术措施之一；
•比例伺服 阀
⑶比例方向流量阀的额定工作压差比伺服阀低一个数量级， 与普通换向阀相当，单阀口压降约(0.25～0.8)MPa，其系统 能耗和温升远比采用伺服阀的系统低； ⑷中位搭叠量较大，这是为降低成本而作出的一种抉择。但 因此也成了一个附带的优点，在失电时能保证受控负载的位 置不漂移； ⑸可以象普通换向阀一样，采用不同的滑阀中位机能； ⑹存在着(3～5)%的静态滞环、较大的非线性，且动态响应 要比伺服阀低； ⑺由于存在较大的中位搭叠量，对中弹簧又具有一定的预压 缩量，因此其零位控制死区很大，其起始控制电流值可达额 定控制电流的(10～20)%.
检测电磁铁铁芯的位置，即阀芯的确切位置，若有一定的位
置误差，就会产生一个反馈信号给放大器，输入信号和反馈
信号在放大器内比较，两个数值比较后，产生一个偏差信号
输入电磁铁，以补偿干扰产生的阀口开度误差；此时阀口开
度仅取决于输入的电流信号，而与摩擦力、液动力等干扰无
关。
•比例伺服
图2. 带位置反馈的直控式比例方向流量阀 阀
比例阀在水轮机调速器中的应用，主要是比例方向流量控
制阀、比例伺服阀，后者其实是特殊形式的高性能比例方向流
量控制阀，也称闭环比例阀。
1）比例方向流量控制阀的特点及分类
比例方向流量控制阀是一种能按输入电流信号连续控制液
流方向和流量的电液控制阀，它具有下列主要特点：
⑴滑阀配合间隙仅和一般换向阀相当，因此对油质要求较低；
一、主要技术参数
导叶主配压阀直径
φ150mm
桨叶主配压阀直径
φ100mm
工源自文库油压
6.3 MPa
压力油罐容积
10.0m3
滤油精度
≤20μm
二、液压阀的应用与改进 就水轮机调速器的电液随动系统而言，高档伺服阀(如喷
嘴挡板伺服阀)、工业伺服阀(如动圈－滑阀式伺服阀)的正式 应用起步于上世纪70年代，到90年代中期已十分普及；自90 年代后期比例阀、高速开关阀也已开始逐渐得到应用，如今 这类系统已得到大量使用，并得到水电行业用户的广泛认可 与采纳。
不带位置反馈的直控式比例方向流量阀由于受摩擦力及阀口 液动力等干扰的影响，阀芯定位精度不高，尤其在高压大流量情 况下，液动力的影响更加突出。
为提高阀口开度控制精度，可采用带位移电反馈的比例
方向流量阀。
如果在图1所示的比例电磁铁末端加装位移传感器，就
可构成电反馈比例方向流量阀。参见图2，位置传感器可以
•图2. 带位置反馈的直控式比例方向流量阀
3）先导式比例方向流量阀 与普通换向阀一样，大通径比例方向流量阀由于主阀芯运动
所需的操纵力很大，需要采用先导结构。图3的结构系减压型先导 阀＋主阀弹簧定位型比例方向流量阀，这种结构比较常见。与直 控式比例阀的主要区别在于增加了先导阀，图中的导阀系比例电 磁铁操作的压力控制阀(三通减压阀)，用减压阀作导阀的好处是 不必持续消耗控制油。主阀采用单弹簧对中，弹簧有预压缩量， 当先导阀无输入信号时，主阀芯2的两端无压力，主阀芯对中。