6. Определение, назначение, принцип работы и устройство барабанного, кулачкового и плоского контроллера.

Контроллером называется многоступенчатый, многоцепной аппарат с ручным управлением, предназна­ченный для изменения схемы главной цепи двигателя или цепи возбуждения. Кроме того, контроллеры также при­меняются для изменения сопротивлений, включенных в эти цепи. По своему конструктивному исполнению кон­троллеры делятся на барабанные, кулачковые и плоские.

Барабанные контроллеры. На рис.1 показан контакт­ный элемент барабанного контроллера. На валу 1 укреплён сегментодержатель 2 с подвижным контактом в виде сегмента 3. Сегментодержатель изо­лирован от вала изоляцией 4. Неподвижный кон­такт 5 расположен на изолированной рейке 6. При вращении вала 1 сегмент 3 набегает на неподвижный контакт 5, чем осуществляется замыкание цепи. Необходимое контактное нажатие обеспечивается пру­жиной 7. Вдоль вала расположено большое число контактных эле­ментов. На одном валу устанавливается ряд таких контактных элементов. Сегментодержатели соседних контактных элементов можно соединять между собой в раз­личных необходимых комбинациях. Определенная последовательность замыкания различных контактных элементов обеспечивается различной длиной их сегментов.

Рис.1. Контактный элемент барабанного контроллера.

Кулачковые контроллеры. В кулачковом контроллере переменно­го тока (рис.2) перекатывающийся подвижный контакт 1 имеет воз­можность вращаться относительно центра О2, расположенного на кон­тактном рычаге 2. Контактный рычаг 2 поворачивается относительно центра O1. Контакт 1 замыкается с неподвижным контактом 3 и соеди­няется с выходным контактом с помощью гибкой связи 4. Замыкание контактов 1,3 и необходимое контактное нажатие создаются пружиной 5, воздействующей на контактный рычаг через шток 6. При размыкании контактов кулачок 7 действует через ролик 5 на контактный рычаг. При этом сжимается пружина 5 и контакты /, 3 размыкаются. Момент вклю­чения и отключения контактов зависит от профиля кулачковой шайбы 9, приводящей в действие контактные элементы. Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ-60 %. В контроллер входят два комплекта контактных элементов / и //, расположенных по обе стороны кулачковой шайбы 9, что поз­воляет резко сократить осевую длину устройства. Как в бара­банном, так и в кулачковом контроллере имеется механизм для фиксации положения вала. Контроллеры переменного то­ка в виду облегченного гаше­ния дуги могут не иметь дугогасительных устройств. В них устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные пе­регородки 10. Контроллеры по­стоянного тока имеют дугогасительное устройство, анало­гичное применяемому в кон­такторах.

Выключение рассмотренного контроллера происходит при воздей­ствии на рукоятку и передаче этого воздействия через кулачковую шай­бу, включение происходит с помощью силы пружины 5 при соответст­вующем положении рукоятки. Поэтому контакты удается развести даже в случае их сваривания. Недостаток конструкции заключа­ется в большом моменте на валу за счет включающих пружин при значительном числе контактных элементов. Надо отметить, что возможны и другие конструктивные решения привода контактов кон­троллера.

Рис.2. Кулачковый контроллер.

Плоские контрол­леры. Для плавного регу­лирования поля возбуж­дения крупных генерато­ров и для пуска в ход и регулирования частоты вращения больших дви­гателей необходимо иметь большое число сту­пеней. Применение ку­лачковых контроллеров здесь нецелесообразно, так как большое число ступеней ведет к резкому возрастанию габаритов аппарата. Число операций в час при регулировании и пуске невелико (10—12). Поэтому особых требований к контроллеру с точки зрения износостойкости не предъявляется. В этом случае широкое распространение получили плоские контроллеры.

На рис.3 показан общий вид плоского контроллера для регу­лирования возбуждения. Неподвижные контакты 1, имеющие форму призмы, укреплены на изоляционной плите 2, являющейся основани­ем контроллера. Расположение неподвижных контактов по линии дает возможность иметь большое число ступеней. При той же длине контроллера число ступеней может быть увеличено путем примене­ния параллельного ряда контактов, сдвинутого относительно первого ряда. При сдвиге на полшага число ступеней удваивается. Подвижный контакт выполнен в виде медной щетки. Щетка распо­лагается в траверсе 3 и изолируется от нее. Нажатие создается ци­линдрической пружиной. Передача тока с контактной щетки 4 на выходной зажим осуществляется с помощью токосъемной щетки и токосъемной шипы 5. Контроллер рис.3 может одновременно производить переключения в трех независимых цепях. Траверса пе­ремещается с помощью двух винтов 6, приводимых в движение вспомогательным двигателем 7. При наладочных работах перемеще­ние траверсы вручную производится рукояткой 8. В конечных поло­жениях траверса воздействует на конечные выключатели 9, которые останавливают двигатель. Для того чтобы иметь возможность точной остановки контактов на желаемой позиции, скорость движения кон­тактов берется малой: (5—7)10^-3 м/с, а двигатель должен иметь торможение. Плоский контроллер может иметь и ручной привод.

Рис.3. Плоский контроллер.

Преимущества и недостатки разных типов контроллеров.

Барабанные контроллеры.

Вследствие малой износостойкости контактов допустимое число включений контроллера в час превышает 240. При этом мощность запускаемого двигателя приходится снижать до 60% номинальной, из-за чего такие контроллеры применяются при редких включениях.

Кулачковые контроллеры.

В контроллере используется перекатывающийся линейный кон­такт. Благодаря пере­катыванию контактов дуга, загорающаяся при размыкании, не воз­действует на поверхность контакта, участвующую в проведении тока в полностью включенном состоянии.

Малый износ кон­тактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при продолжительности включения 60%.

Конструкция контроллера имеет следующую особенность: выключение происходит за счет выступа кулачка, а включение за счет силы пружины. Благодаря этому контакты удается развести даже в случае их сваривания.

Недостатком этой систе­мы является большой момент на валу, создаваемый включающими пружинами при значительном числе контактных элементов. Возможны и другие конструктивные оформления привода кон­тактов. В одном из них контакты замыкаются под действием кулач­ка и размыкаются под действием пружины, в другом и включение и отключение совершается кулачком. Однако они приме­няются редко.

Плоские контрол­леры.

Плоские контроллеры получили широкое распространение для плавного регу­лирования поля возбуж­дения крупных генерато­ров и для пуска в ход и регулирования частоты вращения больших дви­гателей. Так как необходимо иметь большое число сту­пеней, то применение ку­лачковых контроллеров здесь нецелесообразно, потому что большое число ступеней ведет к резкому возрастанию габаритов аппарата.

При размыкании между подвижным и неподвижным контактом появляется напряжение, равное падению напряжения на ступени. Для того чтобы не появлялась дуга, допустимое падение напряжения на ступени берется от 10 В (при токе 200 А) до 20 В (при токе 100 А). Допустимое число включений в час определяется износом контактов и не превосходит обычно 10—12. Если напряже­ние на ступени равно 40—50 В, то применяется специальный кон­тактор, который перемыкает соседние контакты во время перемеще­ния щетки.

В случае, когда необходимо производить коммутацию цепи при токах 100 А и более с частотой включений в час 600 и выше, при­меняется система, состоящая из контактора и командоаппарата.

Примеры применения контроллеров в электроприводе.

Командоаппаратом называется устройство, предназначенное для переключений в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов). Иногда они применяются для непосредственного пуска электри­ческих машин малой мощности, для включения электро­магнитов и другого оборудования. Командоаппараты могут иметь ручной привод (кнопки, ключи управления, командоконтроллеры) или могут приводиться в действие контролируемым механизмом (путевые выключатели).

На рис.4 показана схема для пуска асинхронного двигателя с фаз­ным ротором с помощью кулачкового контроллера. Контакты обо­значены римскими циф­рами, арабскими — пози­ции вала аппарата. При пуске «вперед» работа­ют контактные элементы, расположенные справа. Рассмотрим третью по­зицию. В этой позиции замкнуты контакты /, //, ///,IV. При этом статор подключен к сети, а в роторе выведены первые ступени пусковых рези­сторов в двух фазах. В пятом положении все контакты замкнуты и ро­тор двигателя закорочен.

Рис.4. Схема соединений кулачкового контроллера для

пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Кнопки управления. Простейшим командоаппаратом является кнопка управления. Кнопка используется для различных схем пуска, остановки и реверса двигателей путем замыкания и размыкания обмоток контакторов, которые коммутируют главную цепь, а также для управления самыми различными схемами автоматики. Основной частью кнопки является кнопочный элемент, разрез которого показан на рис.5. Для повышения надежности работы контакты выполняются из серебра.

Рис.5. Кнопка управления.

Командоконтроллеры.

Широкое распространение получили не­регулируемые кулачковые командоконтроллеры. На рис.6 представлен разрез командоконтроллера постоянно­го тока. Принцип действия аналогичен принципу действия силового кулачкового контроллера. С помощью мостикового контакта 1 в отключаемой цепи создаются два разрыва, что облегчает гашение дуги. Кулачковый привод, большое расстояние контактов от центра вращения О рычага 2, большой межконтактный промежуток позволяют получить высокую скорость расхождения контактов и увеличить ток отключения почти в 4 раза по сравнению с током отключения кнопочного элемента. Моменты замыкания и размыкания контактов зависят от профиля кулачка 3. Положение вала фиксируется с помощью рычажного фиксатора 4. При вращении вала командоконтроллера происходит управление соответствующими силовыми контакторами, которые в свою очередь осуществляют коммутацию в силовых цепях дви­гателя.

При необходимости точной регулировки момента срабатывания применяются регулируемые кулачковые командоконтроллеры. Достоинством такого механизма является независимость скорости размыкания контактов от частоты вращения вала. Это даёт возможность использовать регулируемый командоконтроллер в качестве путевого выключателя с малой частотой вращения вала.

Рис.6. Нерегулируемый кулачковый командоконтроллер.

Путевые, конечные выключатели и микровыключатели. Путе­вой выключатель предназначен для замыкания или размыкания кон­тактов цепи с небольшим током в зависимости от положения рабоче­го органа управляемой машины или аппарата. Конечные выключа­тели являются частным случаем путевых, поскольку конечный вы­ключатель служит для коммутации цепей в крайних положениях органа управляемой машины.

Путевые выключатели в зависимости от способа привода кон­тактов можно разбить на кнопочные, рычажные и шпиндельные. В кнопочном путевом выключателе контролируемый орган ма­шины воздействует на шток кнопочного элемента (рис.5). Особен­ностью этого выключателя является размыкание и замыкание кон­тактов с такой же скоростью, что и скорость контролируемого органа. При небольшой величине тока гашение дуги происходит за счет ме­ханического растяжения, и при малом растворе контактов она вооб­ще может не погаснуть.

В том случае, когда требуется остановить машину или сделать соответствующие переключения с высокой точностью применяются микропереключатели (рис.7).

Рис.7. Путевой микропереключатель.

Неподвижные контакты 1 и 2 укреплены в пластмассовом корпусе 7. Подвижный контакт 3 укреплён на конце специальной пружины. Пружина состоит из двух частей: плоской 4 и фигурной 5. В указанном положении пружина создаёт давление на верхний контакт 2. При нажатии на головку происходят деформация пружины и переброс контакта в крайнее нижнее положение. Переход контакта из верхнего положения в нижнее совершается очень быстро.

Если необходимо обеспечить надежную работу переключателя при больших ходах и больших токах, применяются рычажные пере­ключатели. Принцип действия одного из таких переключателей показан на рис.8. Контролируемый орган воздействует на ролик 1, укреп­ленный на конце рычага 2. На другом конце ры­чага находится подпружиненный ролик 12, кото­рый может перемещаться вдоль оси рычага. В указанном на рисунке положении замкнуты кон­такты 7 и 8. Положение механизма надежно зафиксировано защелкой 6. При воздействии на ролик 1 рычаг 2 пово­рачивается против часовой стрелки. Ролик 12 поворачивает тарелку 11 и связанные с ней контакты 8 и 9. При этом контакты 7 и 8 раз­мыкаются, а 9 и 10 замыкаются. Замыкание и размыкание контактов происходит с большой ско­ростью, не зависящей от скорости движения ролика 1.

Рис.8. Рычажный путевой переключатель.