книги / Электрические аппараты. Общий курс
.pdfА П П А Р А Т Ы У П Р А В Л Е Н И Я
Г л ав а д е в я т а я
КОНТРОЛЛЕРЫ , КОМАНДОАППАРАТЫ И РЕОСТАТЫ
9-1. Общие сведения
К о н т р о л л е р о м называется многоступенчатый, многоцепной аппарат с ручным управлением, предназна ченный для изменения схемы главной цепи двигателя или цепи возбуждения. Кроме того, контроллеры также при меняются для изменения сопротивлений, включенных в эти цепи. По своему конструктивному исполнению кон троллеры делятся на барабанные, кулачковые и плоские.
К о м а н д о а п п а р а т о м называется устройство, предназначенное для переключений в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов). Иногда они применяются для непосредственного пуска электри ческих машин малой мощности, для включения электро магнитов и другого оборудования. Командоаппараты могут иметь ручной привод (кнопки, ключи управления, командоконтроллеры) или могут приводиться в действие контролируемым механизмом (путевые выключатели).
Р е о с т а т является совокупностью резисторов и кон троллера, позволяющей изменять сопротивление, вводи мое в цепь.
9-2. Контроллеры
а) Барабанные контроллеры. На рис. 9-1 показан один контакт ный элемент контроллера. На валу 1 укреплен сегментодержатель 2 с подвижным контактом 3 (сегментом). Сегментодержатель изо лирован от вала бакелитизированной бумагой 4. Неподвижный кон такт 5 расположен на изолированной рейке 6. При вращении вала 1
сегмент 3 набегает на неподвижный контакт 5. Осуществляется за мыкание цепи. Необходимое нажатие контакта обеспечивается пру жиной 7. Вдоль вала расположено большое число контактных эле ментов. Сегментодержатели соседних элементов могут соединяться между собой, образуя необходимую электрическую схему. Последо вательность замыкания различных цепей достигается различной дли ной сегментов 3. Положение вала фиксируется с помощью звездочки и защелки (рис. 9-6).
Рис. 9-1. Контактный элемент барабанного контроллера.
Вследствие малой износоустойчивости контактов контроллер имеет ограниченное число включений в час (до 240). Поэтому он применяется при редких включениях.
б) Кулачковые контроллеры. Поперечный разрез кулачкового контроллера переменного тока изображен на рис. 9-2.
В контроллере используется перекатывающийся линейный кон такт. Сменный подвижный контакт 1 имеет возможность вращаться относительно центра 02, расположенного на контактном рычаге 2. Этот контакт соединяется с выходным зажимом с помощью гибкой
связи 4.
Замыкание контактов и необходимое нажатие создаются пружи ной 5, воздействующей на контактный рычаг через шток б. При размыкании контактов кулачок 7 действует на ролик 8. При этом сжимается пружина 5, а контакты 1 и 3 размыкаются. Момент вклю чения и отключения контактов зависит от профиля кулачковой шай бы 9, приводящей в действие контактные элементы. Благодаря пере катыванию контактов дуга, загорающаяся при размыкании, не воз действует на поверхность контакта, участвующую в проведении тока в полностью включенном состоянии (см. § 3-4). Малый износ кон тактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ= 60%, Контактные элементы / и II расположены по обе стороны
кулачковой шайбы 9, что позволяет резко сократить осевую длину контроллера. Обычно вдоль оси аппарата располагается несколько контактных элементов, аналогичных рассмотренным. Так же как и ба рабанный, кулачковый контроллер имеет механизм для фиксации положения вала. На переменном токе ввиду облегченного гашения дуги между кулачковыми элементами устанавливаются только дуго
стойкие асбестоцементные перегородки 10, препятствующие перекры тию между полюсами аппарата. Дугогасительные устройства в этих случаях можно не ставить. Если контроллер отключает цепь постоян ного тока, устанавливается дугогасителыюе устройство, аналогичное применяемому в контакторах (§ 10-2).
Рассмотренная нами конструкция контроллера имеет следующую особенность: выключение происходит за счет выступа кулачка, а включение за счет силы пружины. Благодаря этому контакты уда
ется развести даже в случае их сваривания. Недостатком этой систе мы является большой момент на валу, создаваемый включающими пружинами при значительном числе контактных элементов.
Возможны и другие ‘конструктивные оформления привода июнтактов. В одном из них контакты замыкаются под действием кулач ка и размыкаются под действием пружины, в другом и включение и отключение совершается кулачком [Л. 9-1]. Однако они приме
няются редко.
На рис. 9-3 показана схема пуска асинхронного двигателя с фаз ным ротором с помощью кулачкового контроллера. Контакты обо
|
|
значены |
римскими |
циф |
||||||
|
|
рами, |
арабскими — пози |
|||||||
|
|
ции вала |
аппарата. При |
|||||||
|
|
пуске |
«вперед» |
работа |
||||||
|
|
ют контактные элементы, |
||||||||
|
|
расположенные |
справа. |
|||||||
|
|
Рассмотрим |
третью |
по |
||||||
|
|
зицию. |
В |
этой |
позиции |
|||||
|
|
замкнуты контакты /, |
//, |
|||||||
|
|
///, IV. При этом статор |
||||||||
|
|
подключен к сети, а в |
||||||||
|
|
роторе |
выведены первые |
|||||||
|
|
ступени |
пусковых |
рези |
||||||
|
|
сторов |
в двух фазах. В |
|||||||
|
|
пятом |
положении |
все |
||||||
|
|
контакты замкнуты и ро |
||||||||
|
|
тор двигателя закорочен. |
||||||||
|
|
в) |
|
Плоские контрол |
||||||
|
|
леры. Для плавного регу |
||||||||
|
|
лирования |
поля |
возбуж |
||||||
|
|
дения крупных генерато |
||||||||
|
|
ров и для пуска в ход и |
||||||||
|
|
регулирования |
частоты |
|||||||
|
|
вращения |
больших |
дви |
||||||
|
|
гателей |
|
|
необходимо |
|||||
|
|
иметь большое число сту |
||||||||
|
|
пеней, |
Применение |
|
ку |
|||||
|
|
лачковых |
контроллеров |
|||||||
|
|
здесь • |
нецелесообразно, |
|||||||
Рис. 9-3. Схема включения кулачко |
так |
как |
большое число |
|||||||
ступеней ведет к резкому |
||||||||||
вого контроллера для пуска |
асин |
|||||||||
возрастанию |
габаритов |
|||||||||
хронного двигателя с короткозамкну |
||||||||||
аппарата. |
|
операций |
в |
|||||||
тым ротором. |
|
Число |
|
|||||||
|
|
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. 9-4 показан общий вид плоского контроллера для регу лирования возбуждения. Неподвижные контакты /, имеющие форму призмы, укреплены на изоляционной плите 2, являющейся основани ем контроллера. Расположение неподвижных контактов по линии дает возможность иметь большое число ступеней. При той же длине контроллера число ступеней может быть увеличено путем примене ния параллельного ряда контактов, сдвинутого относительно перво
го ряда. При сдвиге на полшага число ступеней удваивается. Подвижный контакт выполнен в виде медной щетки. Щетка распо лагается в траверсе 3 и изолируется от нее. Нажатие создается ци линдрической пружиной. Передача тока с контактной щетки 4 на
Рис. 9-4. Плоский контроллер.
выходной зажим осуществляется с помощью токосъемной щетки и токосъемной шины 5. Контроллер рис. 9-4 может одновременно производить переключения в трех независимых цепях. Траверса пе ремещается с помощью двух винтов 6, приводимых в движение вспомогательцым двигателем 7. При наладочных работах перемеще ние траверсы вручную производится рукояткой 8. В конечных поло жениях траверса воздействует на конечные выключатели 9, которые останавливают двигатель. Для того чтобы иметь возможность точной
остановки контактов на желаемой позиции, скорость движения кон тактов берется малой: (5—7) -10—3 м/с, а двигатель должен иметь торможение. Плоский контроллер может иметь и ручной привод.
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) [Л. 9-1]. Допустимое |
число включений |
в |
час определяется |
износом контактов и не превосходит обычно 10—12. Если напряже ние на ступени равно 40—50 В, то применяется специальный кон тактор, который перемыкает соседние контакты во время перемеще ния щетки [Л. 9-1].
В случае, когда необходимо производить коммутацию цепи при токах 100 А и более с частотой включений в час 600 и выше, при меняется система, состоящая из контактора и командоаппарата.
9-3. Командоаппараты
а) Кнопки управления. Простейшим командоаппаратом является кнопка управления. Кнопка используется для различных схем пуска, остановки и реверса двигателей путем замыкания и размыкания це пей электромагнитов контакторов, которые коммутируют главную цепь.
Основной частью кнопки является кнопочный элемент, разрез
которого показан на рис. |
9-5. Для повышения надежности работы |
|||||||
|
|
контакты выполняются из серебра. |
При |
|||||
|
|
переменном токе дуга хорошо гаснет при |
||||||
|
|
напряжении до 500 В и токе 3 А благо |
||||||
|
|
даря наличию двух разрывов. На посто |
||||||
|
|
янном токе дуга гаснет хуже: при напря |
||||||
|
|
жении 440 В элемент |
может |
отключать |
||||
|
|
только 0,15 А. Поскольку кнопка вклю |
||||||
|
|
чает и электромагниты переменного то |
||||||
|
|
ка, контакты должны в замкнутом поло |
||||||
|
|
жении надежно пропускать пусковой ток |
||||||
|
|
обмотки контактора, который может до |
||||||
|
|
стигать 60 А. Следует отметить, что схе |
||||||
|
|
мы управления желательно |
проектиро |
|||||
|
|
вать так, чтобы отключение цепи произ |
||||||
|
|
водилось не кнопкой, |
а |
другим, |
более |
|||
|
|
мощным аппаратом, включенным |
после |
|||||
|
|
довательно |
с ней. |
В том случае, когда |
||||
Рис. |
9-5. Кнопочный |
необходимо |
производить |
переключение |
||||
нескольких цепей управления по опреде |
||||||||
|
элемент. |
ленной программе |
с большой частотой |
|||||
|
|
включений в час, применяются командо- |
||||||
б) |
|
контроллеры. |
|
|
|
|
|
|
Командоконтроллеры. Широкое распространение получили не |
регулируемые кулачковые командоконтроллеры.
На рис. 9-6 представлен разрез командоконтроллера постоянно го тока. Принцип действия аналогичен принципу действия силового кулачкового контроллера. При отключении мостиковый контакт / создает два разрыва, что облегчает гашение дуги. Кулачковый при
вод контактов, большое расстояние контактов от центра вращения О рычага 2, большой раствор контактов позволяют почти в 4 раза увеличить ток отключения по сравнению с кнопочным элементом. Положение вала фиксируется с помощью рычажного фиксатора 4.
Моменты замыкания и размыкания контактов зависят от профиля кулачка 3. При вращении вала командокоитролллера происходит управление соответствующими силовыми контакторами, которые в свою очередб осуществляют коммутацию в силовых цепях дви гателя.
В случае необходимости более точной регулировки момента сра батывания применяют регулируемые кулачковые командоконтрол
леры. Устройство и принцип действия -элемента такого контроллера показаны на рис. 9-7, а.
На стальном валу / укрепляется диск 3 из изоляционного мате риала. По окружности' диска располагаются отверстия, с помощью которых крепятся кулачки 2 и 7. При набегании кулачка 7 на ро-
Рис. 9-7. Регулируемый командоконтроллер.
лик 9 контактный рычаг 8 поворачивается против часовой стрелки и неподвижные контакты 4 и 5 замыкаются мостиком 6. Контактный рычаг удерживается во включенном положении защелкой 12, которая удерживается пружиной 13 в пазу хвоста рычага 8 (рис. 9-7,6).
Одновременно сжимается возвратная пружина 10. При дальнейшем вращении диска кулачок 2 набегает на ролик И защелки 12 и выби
вает последнюю. Под действием пружины 10 происходит размыкание контактов (рис. 9-7, г).
Большим достоинством такого механизма является независи мость скорости размыкания контактов от скорости вращения вала выключателя. Это дает возможность использовать регулируемый командоконтроллер как путевой выключатель при малой скорости вращения вала.
Момент замыкания и размыкания контактов может регулиро ваться в широких пределах с большой точностью. Грубая регулиров ка момента работы контактов достигается путем установки кулачка в различные положения на диске (точность установки 18°). Для более точной регулировки кулачок имеет овальное отверстие для крепления, которое позволяет смещать кулачок на 10°30' в обе сто роны относительно центра отверстия для крепления кулачка. Точ ность работы аппарата ±25'.
Регулируемый командоконтроллер позволяет установить на каж дом диске до трех включающих и трех выключающих кулачков. Чис ло контролируемых цепей может меняться от 4 до 12. Большое число управляемых цепей создает возможность управления очень сложными схемами автоматики электропривода.
Привод командоконтроллера осуществляется специальным серво
двигателем, |
что позволяет производить дистанционное управление |
командоконтроллером. |
|
в) |
Путевые, конечные выключатели и микровыключатели. Путе |
вой выключатель предназначен для замыкания или размыкания кон тактов цепи с неболошим током в зависимости от положения рабоче го органа управляемой машины или аппарата. Конечные выключа тели являются частным случаем путевых, поскольку конечный вы ключатель служит для коммутации цепей в крайних положениях органа управляемой машины.
Путевые выключатели в зависимости от способа привода кон
тактов |
можно разбить на кнопочные, рычажные и шпиндельные. |
В |
кнопочном путевом выключателе контролируемый орган ма |
шины воздействует на шток кнопочного элемента (рис. 9-5). Особен ностью этого выключателя является размыкание и замыкание кон тактов с такой же скоростью, что и скорость контролируемого органа. При небольшой величине тока гашение дуги происходит за счет ме ханического растяжения, и при малом растворе контактов она вооб ще может не погаснуть. Поэтому при скорости движения штока меньше 0,4 м/мин необходимо применять выключатели с быстродей ствующими контактами, обеспечивающие необходимую скорость раз мыкания при любой скорости контролируемого органа.
В том случае, когда требуется остановить машину или сделать соответствующие переключения с высокой точностью (0,3—0,7) • 10~3 м, применяются микропереключатели. Схематический разрез такого ап парата дан на рис. 9-8. Переключатель имеет один замыкающий и один размыкающий контакты с общей точкой.
Неподвижные контакты 1 и 2 укреплены в пластмассовом кор пусе 7. Подвижный контакт 3 укреплен на конце специальной пру жины. Пружина состоит из двух частей: плоской 4 и фигурной 5. В указанном положении пружина создает давление на верхний кон такт 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 (0,01— 0,02 с), что обеспечивает надежное отключени цепи. Ход головки составляет десятые доли миллиметра. Микровыключатели серии BKM-ВЗГ отключают ток 2,5 А при постоянном напряжении 220 В и переменном 380 В.
Если необходимо обеспечить надежную работу переключателя при больших ходах и больших токах, применяются рычажные пере
ключатели.
Принцип действия одного из таких переключателей показан на рис. 9-9. Контролируемый орган воздействует на ролик 1, укреп
ленный на конце рычага 2. На другом конце ры- |
|
\ j |
чага находится подпружиненный ролик 12, кото- |
|
|
рый может перемещаться вдоль оси рычага. В |
, |
^ « |
указанном на рисунке положении замкнуты кон- |
||
такты 7 и 8. Положение механизма надежно за- |
jJ |
' J |
|
|
|
10 |
9 |
8 |
Рис. 9-8. Путевой микропереклюРис. |
9-9. Рычажный путе- |
||
чатель. |
вой переключатель. |
фиксировано защелкой 6. При воздействии на ролик 1 рычаг 2 пово рачивается против часовой стрелки. Ролик 12 поворачивает тарелку 11 и связанные с ней контакты 8 и 9. При этом контакты 7 и 8 раз мыкаются, а 9 и 10 замыкаются.
Замыкание и размыкание контактов происходит с большой ско ростью, не зависящей от' скорости движения ролика 1. Это дает возможность отключать токи до 6 А при напряжении до 220 В по стоянного тока. Возврат выключателя в исходное положение после того, как прекратится воздействие на ролик 1, производится пру жиной 5.
При необходимости производить переключение большого числа цепей с большой точностью в качестве путевого выключателя при меняется регулируемый командоконтроллер. Его вал связывается с управляющим валом либо непосредственно, либо через редуктор, согласующий скорости вращения управляющего вала и кулачко вой шайбы.