Контроллер — аппарат управления, предназначенный для пуска, останова, регулирования скорости вращения и реверсирования электродвигателей. Контакты контроллера включаются непосредственно в цепи питания электродвигателей с напряжением не свыше 600 В.
По устройству контактных частей различают контроллеры со скользящими контактами и кулачкового типа. Контроллеры со скользящими контактами в свою очередь разделяются на барабанные и плоские (последние применяются редко).
Вал контроллера может поворачиваться вручную или от приводимого в движение механизма или от отдельного электродвигателя. Неподвижные контакты (пальцы) располагаются в корпусе аппарата вокруг вала с контактами и изолированы от него. Контроллеры изготовляются только в защищенном исполнении. Для фиксации коммутационных положений служат храповые рычажно-пружинные механизмы.
Заданная программа переключений контроллера осуществляется соответствующей расстановкой подвижных контактов (сегментов). Для улучшения условий коммутации контроллеров постоянного тока снабжаются магнитным гашением. Количество коммутационных положений обычно от 1 до 8 (иногда до 12—20), величина коммутируемого тока не превышает 200 А.
Контроллеры могут работать в повторно-кратковременном режиме с относит, продолжительностью включения (25—60%) или в продолжит, режиме. Допустимая частота включений контроллеров барабанного типа не превышает 300, а кулачкового типа — до 600 включений в час. Наибольшее распространение контроллеры получили в электроприводе подъемно-транспортных машин и механизмов.
Силовые контроллеры являются комплектными устройствами для обеспечения включения цепей обмоток электродвигателей по заранее заданной программе, заложенной в конструкции контроллера. Простота конструкции, безотказность в работе и малые габариты — основные преимущества силовых контроллеров.
При правильном выборе и использовании силовых контроллеров в соответствии с их коммутационными возможностями контроллеры являются надежными и удобными в эксплуатации комплектными устройствами управления крановыми электроприводами, так как в этих устройствах полностью исключены нарушения заданной программы, а включение и отключение, зависящие от действий машиниста, обеспечивают 100 %-ную готовность привода к работе. Однако к недостаткам этих комплектных устройств можно отнести низкую износостойкость и коммутационную способность, а также отсутствие автоматизированного пуска и торможения.
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
У кулачковых контроллеров размыкание и замыкание контактов обеспечивается смонтированными на барабане кулачками, поворот которых осуществляется с помощью рукоятки маховика или педали и могут коммутировать от 2 до 24 электрических цепей. Кулачковые контроллеры разделяются по количеству коммутируемых цепей, виду привода, диаграммам замыкания контактов.
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 1, 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.
Применение силовых контроллеров в крановом электроприводе
Для управления электродвигателями крановых механизмов применяют контроллеры следующих серий: ККТ-60А на переменном токе и контроллеры пультов DVP15 и UP35/I. Контроллеры этих серий изготовляют в защищенных корпусах с крышками и степенью защиты от внешней среды 1Р44.
Механическая износостойкость силовых контроллеров составляет (3,2 -5) х 10 млн. циклов ВО. Коммутационная износостойкость зависит от силы коммутируемого тока. При номинальной силе тока она составляет около 0,5 х 10 млн. циклов ВО, а при силе тока 50 % номинальной можно получить износостойкость 1 х 10 млн. циклов ВО.
Контроллеры ККТ-60А имеют номинальную силу тока 63 А при режиме работы ПВ = 40 %, но их коммутационная способность весьма невысокая, что ограничивает использование этих контроллеров в тяжелых условиях коммутации. Номинальное напряжение контроллеров переменного тока 38G В, частота 50 Гц.