2.2 智能楼宇中的典型执行器

2.2.1 执行器概述

执行器由执行机构和调节机构组成，它接收来自调节器的调节信号，由执行机构转换成角位移或线位移输出，再驱动调节机构改变被调介质的物质的量（或能量），以达到要求的状态。执行器是自控调节系统中的重要环节。

执行机构与调节机构的连接有直接连接和间接连接两种方式。

（1）直接连接。执行机构一般安装在调节机构（如阀门）的上部，直接驱动调节机构，这类执行机构有直行程电动执行机构、电磁阀的线圈控制机构、电动阀门的电动装置、气动薄膜执行机构和气动活塞执行机构等。

（2）间接连接。执行机构与调节机构分开安装，通过转臂及连杆连接，转臂做回转运动。此类执行机构有角行程电动执行机构、长行程气动执行机构。

按使用的能源种类不同，执行器可分为气动、电动和液动3种。智能楼宇的空调系统中常用电动和气动两种执行器。

2.2.2 电动执行器

电动执行器的组成一般采用随动系统的方案，如图2-6所示。

由图2-6可见，从控制器来的输入信号通过伺服放大器驱动电动机，经减速器带动调节阀，同时经位置传感器将阀杆行程反馈给伺服放大器，组成位置随动系统，恢复位置负反馈，保证输入信号准确地转换为阀杆的行程。

电动执行机构根据配用的调节机构不同，其输出方式有直行程（见图2-7（a））、角行程（见图2-7（b））和多转式3种类型。在结构上，电动执行机构除可与调节阀组装成整体的执行器外，常单独分装以适应各方面需要，使用比较灵活。

智能楼宇中，空调、通风控制系统常用的电动执行器有以下几种。

（1）电磁阀。电磁阀是常用的电动执行器之一，其结构简单，价格低廉，结构原理如图2-8所示。它利用线圈通电后产生的电磁吸力提升活动铁心，带动阀塞运动控制气体或液体通断。

（2）电动调节阀。电动调节阀在空调控制中使用比较普遍，其基本结构由电动执行机构和调节阀两大部分组成，电动调节阀是以电动机为动力元件，将控制器输出信号转换为阀门开度。它是一种连续动作的执行器。

图2-9所示为直线移动的电动调节阀结构原理，阀杆的上端与执行机构相连接，当阀杆带动阀芯在阀体内上下移动时，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，其流过阀的流量也就相应地改变，从而达到了调节流量的目的。

电动调节阀因结构、安装方式及阀芯形式不同，可分为多种类型，以阀芯形式分类，有平板型、柱塞型、窗口型和套筒型等。不同的阀芯结构，其调节阀的流量也不一样。

空调中的调节介质为水和蒸汽，压力较低，使用情况单一，一般采用两通阀和三通阀，如图2-10所示。

两通阀：它有直通单座和直通双座两种形式。单座阀适用于低压差场所；双座阀有两个阀芯、阀座，结构复杂，流体作用于上下阀芯的两个推力方向相反，大小近似相等，相互抵消，因此，阀芯的不平衡力非常小，适用于阀前后压差较大的场合。

三通阀：这种阀由3个出入口与3条管道连接，按作用方式分为合流式和分流式两种。合流式是两路流体汇合成一路，而分流式则是由一路流体分为两路流出。

空调中使用合流式三通阀时，是将两种不同温度的水混合成空调中所需要的、介于两种水温之间的某一温度的水，以供温度、湿度调节用。由于这种三通阀有两个入口、一个出口，当两个阀芯同时上下移动时，一路流量增加，另一路流量减少，相当于与两个阀门反并联，并且联动工作。

在实际应用中应了解调节阀的流量特性，根据控制系统的要求选择不同特性的调节阀。调节阀的流量特性是指流过阀门的相对流量值与阀门的相对开度值之间的关系。

（3）风门。在智能楼宇的空调系统和通风系统中，使用较多的执行器还有风门。风门用来精确控制风的流量，其结构原理如图2-11所示。

风门由若干叶片组成，当叶片转动时改变风道的等效截面积，即改变了风门的阻力系数，其流过的风量也就相应地改变，从而达到了调节风流量的目的。

叶片的形状将决定风门的流量特性，同调节阀一样，风门也有多种流量特性供应用选择。风门的驱动可以是电动的，也可以是气动的，在智能楼宇中一般采用电动式风门。单叶式蝶阀结构简单，密封性能好；多叶式风阀又分为平行叶片式、对开叶片式及菱形等。菱形风阀是通过改变菱形叶片的张角来调节风量。风门如图2-12所示。

（4）电加热器的执行设备。在采用电加热器的空调温度自动调节系统中，执行元件一般是电气控制设备；在采用位式调节的系统中，执行元件为继电器、接触器或晶闸管（可控硅）交流开关等。

由于晶闸管的特性近似于开关特性，所以采用双向晶闸管或者由两个反并联的普通晶闸管组成的交流开关的基本电路很简单。而且，因为晶闸管交流开关具有无触点、动作迅速、寿命长和几乎不用维修等优点，又没有通常电磁式开关的拉弧、噪声和机械疲劳等缺点，所以得到广泛应用。

2.2.3 气动执行器

气动执行器就是驱动方式为气动的调节阀。气动调节阀具有结构简单、动作可靠、性能稳定、安全价廉以及维修方便等特点。它可以经电/气转换器或电/气转换阀门定位器与电动调节器配套使用。但由于受气源的限制，气动调节阀在空调中不如电动调节阀应用普遍。

气动调节阀也是由执行机构和调节阀两部分组成的。

执行机构一般分为气动薄膜式和活塞式两种。活塞式输出力大，适用于高静压、高压差、大口径等场合。在空调中一般使用薄膜式气动调节阀。

与执行机构配套的调节阀有气开式和气关式两种。气开式即气动信号压力增大时，阀开启；气关式即在气动信号压力增大时，阀关闭。气开式和气关式是由执行机构的正、反作用及调节阀的正、反方式决定的。