Контролёры, командоаппараты и реостаты. Исполнитель

Контролёры, командоаппараты и реостаты.

                                                                            План:

              1.Общие сведения.

              2.Контролёры

              3.Командоаппараты.

              4.Резисторы пусковых и пускорегулирующих реостатов.

              5.Реостаты.

{spoiler=Подробнее}

                                                          1.Общие сведения.

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

         Командоаппаратом называется устройство, предназначенное для переключение 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, командоконтролёры) или могут приводиться в действие контролируемым механизмом (путевые выключатели).

         Реостат является совокупностью резисторов и контролёра, позволяющей изменять сопротивление, вводимое в цепь.

                                                         2.Контролёры 

         а)Барабанные контроллёры. На валу укреплён сегментодержатель с подвижным контактом (сегментом). Сегментодержатель изолирован от вала бакелитизированной бумагой. Неподвижный контакт расположен на изолированной рейке. При вращении вала сегмент набегает  на неподвижный контакт. Осуществляется  замыкание цепи. Необходимое нажатие  контакта обеспечивается пружиной. Вдоль вала расположено большое число контактных элементов. Сегментодержатели соседних элементов могут соединяться между собой, образуя необходимую электрическую схему. Последовательность замыкания  различных цепей достигается различной длиной сегментов. Положение вала фиксируется с помощью звездочки и защелки.

         Вследствие малой износоустойчивости  контактов контроллёр  имеет ограниченное число включений в час (до 240). Поэтому он применяется при редких включениях.

         б)Кулачковые контролёры. В контролёре используется перекатывающийся линейный контакт. Сменный подвижный контакт имеет возможность вращаться относительно центра О₂, расположенного на контактном рычаге. Этот контакт соединяется с выходным зажимом с помощью гибкой связи.

         Замыкание контактов и необходимое нажатие создаются пружиной, воздействующей на контактный рычаг через шток. При размыкании контактов кулачок действует на ролик. При этом сжимается пружина, а контакты размыкаются. Момент включения и отключения контактов зависит от профиля кулачковой шайбы, приводящей в действие контактные элементы. 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 ПВ=60%. Контактные элементы расположены по обе стороны кулачковой шайбы, что позволяет резко сократить осевую длину контролёра. Обычно вдоль оси аппарата располагается несколько контактных элементов, аналогичных рассмотренным. Так же как и барабанный, кулачковый контролёр имеет механизм для фиксации положения вала. На переменном токе ввиду облегченного гашения дуги между кулачковыми элементами устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные перегородки, препятствующие перекрытию между полюсами аппарата. Дугогасительные устройства в этих случаях можно не ставить. Если контролёр отключает цепь постоянного тока, устанавливается дугогасительное устройство, аналогичное применяемому в контакторах.

         в)Плоские контролёры. Они предназначены для плавного регулирования возбуждения. Неподвижные контакты , имеющие форму призмы, укреплены на изоляционной плите, являющейся основанием контролёра. Расположение неподвижных контактов по линии даёт возможность иметь большее число ступеней. При той же длине контролёра число ступеней может быть увеличено путём 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 и изолируется от нее. Нажатие создается цилиндрической пружиной. Передача тока с контактной щетки на выходной зажим осуществляется с помощью токосъёмной щетки и токосъёмной шины. Котроллер может одновременно производить переключения в трёх независимых цепях. Траверса перемещается с помощью двух винтов, приводимых в движение вспомогательным двигателем. При наладочных работах перемещение траверсы вручную производится рукояткой. В конечных положениях. В конечных положениях  траверса воздействует на конечные выключатели, 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 контролёр может иметь и ручной привод.

                                                  3.Командоаппараты.

           а)Кнопки управления. Основной частью кнопки является кнопочный элемент. Для повышения  надежности работы контакты выполняются из серебра. При  переменном токе  дуга  хорошо гаснет при напряжении до 500 В и токе 3 А благодаря наличию двух разрывов. Н постоянном токе дуга гаснет хуже: при напряжении 440 В элемент может отключать только 0,15 А. Поскольку кнопка включена и электромагниты переменного тока, контакты должны в замкнутом положении надежно пропускать  пусковой ток обмотки контактора,  который может достигать 60 А.

         б)Командоконтролёры. Принцип действия аналогичен принципу действия силового кулачкового контролёра. При отключении мостиковый контакт создает два разрыва, что облегчает гашение дуги. Кулачковый привод контактов, большое расстояние контактов от центра вращения рычага, большой раствор контактов позволяют почти в 4 раза увеличить ток отключения по сравнению с кнопочным элементом. Положение вала фиксируется с помощью рычажного фиксатора. Моменты замыкания и размыкания контактов зависят от профиля кулачка. При вращении вала командконтроллёра происходит управление соответствующими силовыми контакторами, которые в свою очередь осуществляют коммутацию в силовых цепях двигателя.

         в)Путевые, конечные выключатели и микровыключатели. Принцип действия: контролируемый орган воздействует на ролик, укреплённый на конце рычага. На другом конце рычага находится подпружиненный ролик, который может перемещаться вдоль оси рычага

         Замыкание и размыкание контактов происходит с большой скоростью, не зависящей от скорости движения ролика. Это даёт возможность отключать токи до 6 А при напряжении до 220 В постоянного тока. Возврат выключателя в исходное положение после того, как прекратится воздействие на ролик, производится пружиной.

         г)Универсальные переключатели (УП). Для схем управления электроприводом и аппаратами широко применяются УП.

         Каждая секция имеет два разрыва. Секция даёт возможность использовать и один разрыв. Тогда цепь присоединяется к неподвижному контакту и выводу подвижного. При вращении вала поворачивается кулачок, который воздействует на контактный рычаг подвижного контакта. Происходит замыкание контактов.

         Учитывая относительно большую отключающуюся способность переключателя УП, большое количество цепей и коммутационных положений, их широко используют для пуска, реверса двигателей мощностью до 5 кВт при напряжении до 500 В. Эти переключатели удобно применять для изменения направления и скорости асинхронных двигателей путём переключения катушек обмоток.

                         4.Резисторы пусковых и пускорегулирующих реостатов.

         а)Общие сведения. В зависимости от назначения резисторы делят на следующие группы: пусковые, тормозные, регулировочные, добавочные, экономические, разрядные, балластные, нагрузочные, нагревательные, заземляющие, установочные.

         Пусковые,  тормозные, разрядные, заземляющие резисторы в основном предназначены для работы в кратковременном режиме и должны иметь возможно большую постоянную времени нагрева. Особых требований к стабильности  резисторов на предъявляется. Все остальные резисторы работают в основном  в двигательном режиме, требуют развитой поверхности охлаждения. Сопротивление резистора должно быть стабильным. В зависимости от материала проводника различают резисторы металлические, жидкостные, угольные и керамические. В промышленном электроприводе наибольшее распространение получили металлические резисторы, Керамические (нелинейные) резисторы широко применяются в высоковольтных аппаратах – разрядниках.

         б)Материалы резисторов. С целью сокращения габаритов резисторов удельное сопротивление материала должно быть возможно выше. Рабочая температура материала резистора также должна быть возможно больше, что позволяет сократить массу материала и поверхность охлаждения реостата.

         Сталь имеет малое удельное сопротивление. На воздухе сталь интенсивно окисляется, поэтому может применяться только в масляных реостатах. Единственное достоинство этого материала – дешевизна.

         Электротехнический чугун имеет значительно большее, чем у стали, удельное сопротивление, относительно небольшой температурный коэффициент сопротивления.

         Листовая электротехническая сталь Э11 за счёт присадки кремния имеет удельное сопротивление почти втрое выше, чем у обычной стали. Зигзагообразные элементы из листовой стали получают  штамповкой. Температурный коэффициент сопротивления велик, поэтому она применяется только для пусковых резисторов.

         Константан имеет малый температурный коэффициент сопротивления. Материал не подвергается коррозии при работе на воздухе и имеет максимальную рабочую температуру 500 °С. Большое значение удельного сопротивления позволяет создать элементы малого габарита. Нихромы, обладая высоким ρ и высокой рабочей температурой, употребляются в основном для изготовления нагревательных резисторов, где удаётся более полно использовать их рабочие характеристики.

         в)Конструкция резисторов. Резисторы в виде свободной спирали из проволоки или ленты изготавливаются путём навивки  проволоки или ленты на цилиндрической оправке «виток к витку». Необходимый зазор между витками получается при растяжении спирали в момент крепления её к опорным изоляторам – роликам, изготовленным из фарфора. Недостатком такой конструкции является малая жесткость, что заставляет снижать рабочую температуру материала (100°С для константовой  спирали).

         Для увеличения жесткости спирали проволока может наматываться на фарфоровый каркас в виде трубки (рис.1).Спиральная канавка на поверхности предотвращает замыкание витков между собой. Такая  конструкция позволяет повысить рабочую  температуру резистора из константана до500°C.   

         Выбор резисторов и схемы их соединения.  Величина электрического сопротивления пускового резистора выбирается таким образом, чтобы в процессе пуска избежать больших толчков тока, опасных для двигателя и сети, и, с другой стороны, обеспечить разгон двигателя за требуемое время.

 После расчёта величины сопротивления производятся выбор и расчёт резистора по нагреву. Температура резистора в любых режимах не должна превышать допустимой для данной конструкции.

         В процессе пуска двигателя ток в  резисторе меняется во времени. Если длительность обтекания резистора током мала по сравнению с его постоянной времени Т, то расчёт можно вести по эквивалентному току I_э.т., тепловой эффект которого за время работы таков же, как и реального тока (эквивалентный ток по теплу):

                                                        (1)

Где t_p – время прохождения тока через резистор. В этом случае теплоотдачей можно пренебречь. Температура нагрева от реального тока и тока, эквивалентного по теплу, будет одинакова.

         Наряду с эквивалентным током по теплу I_э.т. существует эквивалентный ток по нагреву I_э.н. – ток, который, проходя по сопротивлению, нагревают его до той же температуры, что и реальный ток. При сделанном допущении t_p<<T эквивалентный ток по теплу равен эквивалентному току по нагреву:

                                                             I_э.т.=I_э.н.

         Зная I_э.т. и I_э.н. можно найти необходимый резистор, если в каталоге приведён ток кратковременного режима для заданного времени работы t_p/

         Аналогичным путём ведётся расчёт для самого общего случая – перемежающегося режима. Если время цикла t_p1+t_p2 мало по сравнению с постоянной времени Т, то уравнение (1) можно упростить:

                                                 (2)

         Таким образом, при сделанных допущениях эквивалентный по нагреву длительный ток равен току, эквивалентному по теплу за время одного цикла.                                                                                                                                         

                                                                5.Реостаты.

         а) Классификация реостатов и требования к ним. В зависимости от назначения реостаты делятся на пусковые, пускорегулирующие, регулировочные, нагрузочные и реостаты возбуждения.

         Согласно существующим нормам пусковой реостат нагревается до предельной температуры после трёхкратного пуска с интервалами времени между пусками, равными двойной длительности времени пуска.

         Ко всем остальным реостатам предъявляются требования стабильности сопротивления. Они должны быть рассчитаны на работу в длительном режиме. В цепях электропровода наибольшее применение получили реостаты с металлическими резисторами.

         б) Конструкция реостатов с воздушным охлаждением. В реостатах с воздушным охлаждением переключающее устройство и элементы резисторов располагаются в воздухе так, чтобы обеспечить наилучшие условия охлаждения при малых габаритах. Конвективные потоки воздуха, перемещаясь снизу вверх, омывают резисторы.

         Для выбора реостата необходимо знать мощность двигателя, условия пуска и вид нагрузки (запуск при полной или половинной мощности, вентиляторный характер нагрузки), напряжение питания двигателя.

         в) Масляные реостаты. В масляном реостате металлические элементы резисторов и контроллёр располагаются в трансформаторном масле. По сравнению с воздухом масло обладает значительно большей удельной теплопроводностью и удельной теплоёмкостью.

         Масляные реостаты широко применяются для пуска в ход трёхфазных асинхронных двигателей с фазным ротором. При мощностях двигателей до 50 кВт используются плоские контроллёры с круговым движением подвижного контакта (рис.1).

Рис.1. Пусковой реостат с плоским контроллёром.

г) Жидкостные реостаты. Для регулирования скорости двигателей мощностью несколько тысяч киловатт необходимы реостаты с элементами и переключающим устройством, рассчитанными на большую, длительно рассеиваемую мощность (порядка 500 – 600 кВт).

         Металлические реостаты с воздушным охлаждением получаются очень громоздкими. Усложняется вопрос отвода тепла, выделяющегося в элементах. Для переключения резисторов приходится использовать сложную систему управления с применением мощных контакторов.

         При мощностях более 3000 кВт целесообразен переход на жидкостные реостаты. В этом случае резистивным материалом служит раствор электролита. Сопротивление такого реостата может изменяться либо за счёт расстояния между электродами, погружёнными в электролит, либо за счёт изменения площади электродов. Удельное сопротивление электролита зависит от температуры. Поэтому для стабилизации сопротивления реостата необходимо, чтобы рабочая температура электролита мало менялась.

         Тепло, выделяющееся в электролите, отводится с помощью специальных радиаторов-труб, по которым протекает охлаждающая вода.

{/spoilers}