[科普中國]-航模無刷電子調(diào)速器

航模無刷電子調(diào)速器，是根據(jù)電子調(diào)速器在航空模型上的應(yīng)用而命名的。航空模型就是通過遙控對(duì)航模無刷電子調(diào)速器的控制以達(dá)到調(diào)整飛機(jī)的各種飛行姿勢和動(dòng)作。

調(diào)速器調(diào)速器（governor）是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，它根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)增減噴油泵的供油量，使柴油機(jī)能夠以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

調(diào)速器已經(jīng)在工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計(jì)算機(jī)電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。

主要分類編輯

按其工作原理

按其工作原理的不同，可分為機(jī)械式，氣動(dòng)式，液壓式，機(jī)械氣動(dòng)復(fù)合式，機(jī)械液壓復(fù)合式和電子式等多種形式。但目前應(yīng)用最廣的當(dāng)屬機(jī)械式調(diào)速器，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，性能良好。

液壓調(diào)速器在感應(yīng)元件和油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間加入一個(gè)液壓放大元件（液壓伺服器），使感應(yīng)元件的輸出信號(hào)通過放大元件再傳到油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上去，因此也叫間接作用式調(diào)速器。

液壓放大元件有放大兼執(zhí)行作用，主要由控制和執(zhí)行兩個(gè)部分組成。

1、無反饋的液壓調(diào)速器

其工作原理如下：

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，由曲軸帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速升高，飛球的離心力增加，推動(dòng)速度桿右移。

調(diào)速器（圖1）

于是，搖桿以A點(diǎn)為中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑閥右移，壓力油進(jìn)入伺服器油缸的右部空間。與此同時(shí)，油缸的左部空間通過油孔與低壓油路相通，其中的油被泄放。在壓差的作用下，伺服活塞帶動(dòng)噴油泵齒條左移，以減少供油量。當(dāng)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來數(shù)值時(shí)，滑閥也回到中央位置，調(diào)節(jié)過程結(jié)束。

當(dāng)負(fù)荷增加，轉(zhuǎn)速降低時(shí)，調(diào)速過程按相反方向進(jìn)行。

從上述分析可知，調(diào)速器飛球所產(chǎn)生的離心力僅用來推動(dòng)滑閥，因而飛球的重量尺寸就可以做得較小。而作為放大器的液壓伺服器的作用力，則可根據(jù)需要，選擇不同尺寸的伺服活塞和不同滑油壓力予以放大。

但是，在這種調(diào)速器中，因?yàn)楦袘?yīng)元件直接驅(qū)動(dòng)滑閥，無論它朝哪個(gè)方向往動(dòng)，均難準(zhǔn)確地回到原來位置而關(guān)閉油孔。這樣就使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，而產(chǎn)生嚴(yán)重的波動(dòng)。

為了使調(diào)速器能穩(wěn)定調(diào)節(jié)，在調(diào)速器中還要加入一個(gè)裝置，其作用是在伺服活塞移動(dòng)的同時(shí)對(duì)滑閥產(chǎn)生一個(gè)反作用，使其向平衡的位置方向移動(dòng)，減少柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的可能性。這種裝置稱為反饋機(jī)構(gòu)。

2、具有剛性反饋機(jī)構(gòu)的液壓調(diào)速器

它的構(gòu)造與上述無反饋液壓調(diào)速器基本相同，只有杠桿義AC的上端A不是裝

調(diào)速器（圖2）

在固定的鉸鏈上，而是與伺服活塞的活塞桿相連。這一改變使感應(yīng)元件、液壓放大元件和油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系發(fā)生如下的變化。

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，飛球向外張開帶動(dòng)速度桿向右移動(dòng)。此時(shí)伺服活塞尚未動(dòng)作，因此反饋杠桿AC的上端點(diǎn)A暫時(shí)作為固定點(diǎn)，杠桿 AC繞A反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滑閥向右移動(dòng)，把控制孔打開，高壓油便進(jìn)入動(dòng)力缸的右腔，左腔與低壓油路相通。這樣高壓油便推動(dòng)伺服活塞帶動(dòng)噴油調(diào)節(jié)桿向左移動(dòng)，并按照新的負(fù)荷而減少燃油供給量。

在伺服活塞左移的同時(shí)，杠桿AC繞C點(diǎn)向左擺動(dòng)與B點(diǎn)相連接的滑閥也向左移動(dòng)，從而使滑閥向相反的方向運(yùn)動(dòng)。這樣在伺服活塞移動(dòng)時(shí)能對(duì)滑閥運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了相反作用的杠桿裝置稱為剛性反饋系統(tǒng)。當(dāng)調(diào)節(jié)過程終了時(shí)，滑閥回到了起始位置，把控制油孔關(guān)閉，切斷通往伺服油缸的油路。這時(shí)伺服活塞就停止運(yùn)動(dòng)，噴油泵調(diào)節(jié)桿隨之移動(dòng)到一個(gè)新的平衡位置，發(fā)動(dòng)機(jī)就在相應(yīng)的新負(fù)荷下工作。因此，相應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)不同的負(fù)荷，調(diào)速器就具有不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化時(shí)需要改變供油量，所以A點(diǎn)位置隨負(fù)荷而變。

調(diào)速器（圖3）

與滑閥相連接的B點(diǎn)在任何穩(wěn)定工況下均應(yīng)處于原來的位置，與負(fù)荷無關(guān)。這樣C點(diǎn)的位置必須配合A點(diǎn)作相應(yīng)的變動(dòng)，因而導(dǎo)致了轉(zhuǎn)速的變化。假如當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，調(diào)速過程結(jié)束后，滑閥回到中間原來位置時(shí)，伺服活塞處于減少了供油量位置，使A點(diǎn)偏左，C點(diǎn)偏右，因C點(diǎn)偏右，彈簧進(jìn)一步受壓，只有在稍高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)才能使飛球的離心力與彈簧壓力平衡。這說明負(fù)荷減小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速比原來稍有升高。同理，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速比原來稍有降低。具有 剛性反饋的液壓調(diào)速器，可以保證調(diào)速過程具有穩(wěn)定的工作特性，但負(fù)荷改變后，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，穩(wěn)定調(diào)速率d不能為零。

如果要求負(fù)荷變化時(shí)即要調(diào)速過程穩(wěn)定，又能保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變（即入就必須采用另一種帶有彈性反饋系統(tǒng)的液壓調(diào)運(yùn)器。

3、具有彈性反饋的液壓調(diào)速器

它實(shí)際上是在"剛性反饋"裝置中加入一個(gè)彈性環(huán)節(jié)－－緩沖器和彈簧。彈簧的一端同固定的支點(diǎn)相連，而另一端則與緩沖器的活塞相連。緩沖器的油缸同伺服器的活塞成剛體聯(lián)接。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小時(shí)，轉(zhuǎn)速增大，飛球的離心力增加。同樣，滑閥右移，

調(diào)速器（圖4）

而伺服活塞則左移，減少噴油泵的供油量。當(dāng)活塞的運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，緩沖器和緩沖活塞就象一個(gè)剛體一樣地運(yùn)動(dòng)。隨著伺服活塞5的左移，緩沖器和AC杠桿上的A點(diǎn)也向左移動(dòng)。這一過程和上述剛性反饋系統(tǒng)的調(diào)速器完全相同。但當(dāng)調(diào)速過程接近終了時(shí)，滑閥已回到原來的位置，遮住了通往伺服油缸的油路，此時(shí)緩沖器和伺服活塞已停留在新負(fù)荷相應(yīng)的位置上。被壓縮的彈簧由于有彈性復(fù)原的作用，因此使A點(diǎn)帶動(dòng)緩沖器活塞相對(duì)于緩沖器油缸移向右方，回到原來位置。緩沖活塞右方油缸中的油經(jīng)節(jié)流閥流到左方。于是，AC杠桿上的各點(diǎn)都恢復(fù)到原來的位置，此時(shí)調(diào)速器的套筒亦因轉(zhuǎn)速復(fù)原而回到原來的位置。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就保持不變，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，動(dòng)作過程相反。這種調(diào)速器的穩(wěn)定調(diào)速率d為零。

運(yùn)轉(zhuǎn)方式編輯

調(diào)速器用于減小某些機(jī)器非周期性速度波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。

全程調(diào)速器的基本結(jié)構(gòu)

可使機(jī)器轉(zhuǎn)速保持定值或接近設(shè)定值。水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)等與電動(dòng)機(jī)不同，其輸出的力矩不能自動(dòng)適應(yīng)本身的載荷變化，因而當(dāng)載荷變動(dòng)時(shí)，由它們驅(qū)動(dòng)的機(jī)組就會(huì)失去穩(wěn)定性。這類機(jī)組必須設(shè)置調(diào)速器，使其能隨著載荷等條件變化，隨時(shí)建立載荷與能源供給量之間的適應(yīng)關(guān)系，以保證機(jī)組作正常運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速器的理論和設(shè)計(jì)問題，是機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容。調(diào)速器的種類很多。其中應(yīng)用最廣泛的是機(jī)械式離心調(diào)速器。而以測速發(fā)電機(jī)或其他電子器件作為傳感器的調(diào)速器，已在各個(gè)工業(yè)部門中廣為應(yīng)用。

調(diào)速器必須滿足穩(wěn)定性條件：

①當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速與設(shè)定值出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)速器能做出相應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)又必須有一經(jīng)常作用的恢復(fù)力使調(diào)速器回復(fù)初始狀態(tài)。離心調(diào)速器中的彈簧就是產(chǎn)生恢復(fù)力的零件。這樣的調(diào)速器稱靜態(tài)穩(wěn)定的調(diào)速器。但是靜態(tài)穩(wěn)定的調(diào)速器也可能在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，當(dāng)調(diào)節(jié)動(dòng)作過度而出現(xiàn)反向調(diào)節(jié)時(shí)，實(shí)際調(diào)節(jié)動(dòng)作會(huì)形成一個(gè)振蕩過程。使振蕩能很快衰減的調(diào)速器，稱為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的調(diào)速器，否則是動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定的調(diào)速器，后者不能保證機(jī)器正常工作。

②在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增加阻尼是提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的一種方法。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的阻尼，

高壓變頻調(diào)速器

例如運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，使調(diào)速器具有一定的不靈敏性，即當(dāng)被控制軸的轉(zhuǎn)速稍微偏離設(shè)定值時(shí)，調(diào)速器不產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)械式調(diào)速器的不靈敏性一般約為其設(shè)定值的1%。靈敏性過高的調(diào)速器，也會(huì)由于機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)中周期性的速度波動(dòng)而產(chǎn)生不應(yīng)有的調(diào)節(jié)動(dòng)作。

調(diào)速器是用來保持柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的。在柴油機(jī)的負(fù)載變化的過程中，它的轉(zhuǎn)速是會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化的。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，如果調(diào)速器不調(diào)節(jié)，柴油機(jī)最終將停掉；當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，如果調(diào)速器不作用，柴油機(jī)最終將無法承受過大的離心力而損壞。調(diào)速器的作用就是保持柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。另外，調(diào)速器還可以保持柴油機(jī)的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速，防止，低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)熄火和高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)“飛車”，造成機(jī)械損壞。

航模無刷電子調(diào)速器航模無刷電子調(diào)速器，是根據(jù)電子調(diào)速器在航空模型上的應(yīng)用而命名的。如市面上常見的好盈航模無刷電子調(diào)速器，鳳凰航模無刷電子調(diào)速器等。它的輸入是直流，通常由2-6節(jié)鋰電池來供電。輸出是三相交流，可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。另外航模無刷電子調(diào)速器還有三根信號(hào)輸出線，用于接接收機(jī)。信號(hào)線可以引出穩(wěn)定的5V電壓，一般可以帶2-4個(gè)舵機(jī)供電。航空模型就是通過遙控對(duì)航模無刷電子調(diào)速器的控制以達(dá)到調(diào)整飛機(jī)的各種飛行姿勢和動(dòng)作。

航空模型包括航模飛機(jī)，飛艇，飛碟等等，航模上的電機(jī)有有刷和無刷兩種，在同功率下，有刷電機(jī)比無刷電機(jī)的體積幾乎大一倍，所以現(xiàn)在普遍流行的是用無刷電機(jī)在作為航模動(dòng)力。由于航模產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和航模愛好者的不斷增加，航模無刷電子調(diào)速器逐漸成了航模愛好者關(guān)注的對(duì)象。國外的鳳凰，國內(nèi)的好盈等品牌用起來手感都比較好，受到許多航模愛好者的推崇。航模產(chǎn)業(yè)開始步入一個(gè)興盛的時(shí)期1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)