Устройство для переключения в цепях управления силовых электрических аппаратов (контакторов) называют команодаппаратом. Иногда они могут применяться для включения электромагнитов, непосредственного пуска электродвигателей малой мощности и другого электрооборудования. Командоаппараты могут приводиться в действие управляемым механизмом (например, путевой выключатель) или вручную (ключи управления, кнопки, командоконтроллеры).
Кнопки управления
Одним из простейших командоаппаратов является кнопка управления. Кнопка используется в различных схемах остановки, пуска и реверса электродвигателей путем замыкания/размыкания цепей электромагнитных контакторов, коммутирующих главную цепь.
Кнопочный элемент является основной частью кнопки. Его разрез показан на рисунке ниже:
Чтобы повысить надежность контакты выполняют из серебра. В случае переменного тока дуга хорошо гаснет при 3 А и напряжении до 500 В благодаря наличию двух разрывов. На постоянном токе дела обстоят несколько хуже. Дуга гаснет при напряжении до 440 В, а ток при этом нем должен превышать 0,15 А. Так как кнопка включает электромагниты переменного тока, контакты в замкнутом положении должны надежно пропускать пусковой ток обмотки контактора, который может достигать 60 А. Также стоит отметить, что проектировать схемы управления желательно так, чтобы отключение цепи производилось не кнопкой, а более мощным аппаратом, включенным последовательно с кнопкой. В случае, когда необходимо производить переключение нескольких цепей управления с большой частотой включений в час по определенной программе, применяют командоконтроллеры.
Командоконтроллеры
В свое время широкое распространение получили кулачковые нерегулируемые командоконтроллеры.
На рисунке ниже показан командоконтроллер постоянного тока:
Принцип его работы аналогичен принципу работы силового кулачкового контроллера. Мостиковый контакт 1 при отключении создает два разрыва – это облегчает гашение дуги. Большое расстояние контактов кулачкового привода от центра О до рычага 2 благодаря большому раствору контактов позволяют увеличить ток отключения почти в 4 раза по сравнению с кнопочным элементом. С помощью рычажного фиксатора 4 фиксируется положение вала.
От профиля кулачка 3 будут зависеть моменты включения и отключения контактов. При вращении вала командоконтроллера происходит управление соответствующими контакторами которые, в свою очередь, управляют коммутационными процессами в силовой цепи электродвигателя.
При необходимости более точной регулировки момента срабатывания применяются регулируемые кулачковые командоконтроллеры. Принцип работы и устройство такого контроллера показан на рисунке ниже:
На стальном валу 1 закрепляется диск 3, изготовленный из изолирующего материала. По окружности диска имеются отверстия, с помощью которых крепятся кулачки 2 и 7. Когда кулачок 7 набегает на ролик 9, контактный рычаг 8 повернется против часовой стрелки и неподвижные контакты 4 и 5 замкнуться мостом 6. Во включенном положении контактный рычаг удерживается защелкой 12, которая, в свою очередь, удерживается пружиной 13 в пазу хвоста рычага 8 (рисунок выше б)).
Одновременно сжимается возвратная пружина 10. При последующем вращении диска кулачок 2 набегает на ролик 11 защелки 12 и выбивает последнюю. Размыкание контактов происходит под действием пружины 10 (рисунок выше г)).
Огромным плюсом такой механической конструкции является независимость скорости вращения вала и скорости размыкания контактов. Это дает возможность использовать командоконтроллер в качестве путевого выключателя при малой скорости вращения вала.
С большой точностью и в широких пределах можно регулировать момент размыкания и замыкания контактов. Установка кулачка в различные положения на диске (точность установки 180) называется грубой регулировкой. Для более точной регулировки используют овальное отверстие для крепления, которое позволяет смещать кулачок на 10030/ относительно центра отверстия для крепления кулачка в обе стороны. Точность работы аппарата ±25/.
До трех включающих и выключающих кулачков позволяет установить регулируемый командоконтроллер. Число контролируемых цепей может варьироваться от 4 до 12. Возможность управления большим количеством цепей делает этот аппарат пригодным для использования в сложных системах автоматического управления электроприводами.
Специальный серводвигатель используется в качестве приводного для командоконтроллера, что позволяет осуществлять дистанционное управление данным командоаппаратом.
Конечные, путевые выключатели и микровыключатели
Назначение путевого выключателя заключается в замыкании / размыкании контактов слаботочной цепи в зависимости от положения рабочего органа аппарата или управляемой машины. Конечный выключатель это частный случай путевого выключателя, так как он служит для коммутации электрических цепей в крайних положениях органа рабочей машины.
В зависимости от способа привода контактов путевые выключатели подразделяют на шпиндельные, кнопочные и рычажные.
Контролируемый орган воздействует на шток кнопочного элемента в путевом кнопочном выключателе. Особенностью данного типа путевого выключателя является то, что замыкание и размыкание контактов происходит со скоростью, равной скорости движения контролируемого органа. При небольших значениях тока гашение дуги происходит за счет механического растяжения контактов, а при малом их растворе может и вовсе не погаснуть. Именно поэтому при скорости движения штока меньше 0,4 м/с обязательно применяются выключатели с быстродействующими контактами, которые обеспечивают минимально необходимую скорость размыкания в независимости от скорости рабочего органа.
При необходимости остановить машину или сделать переключение с высокой точностью (0,3 – 0,7) · 10-3 м применяют микропереключатели. Схематический разрез такого аппарата показан на рисунке ниже а). Переключатель имеет один размыкающий и один замыкающий контакт с общей точкой.
Неподвижные контакты 1 и 2 крепятся в пластмассовом корпусе 7. На конце специальной пружины крепится подвижной контакт 3. Пружина состоит из двух частей – плоской 4 и фигурной 5. Пружина создает давление на верхний контакт 2 в указанном положении. При нажатии на головку пружина деформируется и происходит переброс контакта в крайнее нижнее положение. Переход контакта с верхнего в нижнее положение происходит довольно быстро (0,01 – 0,02 с), что обеспечивает надежное отключение цепи. Ход головки составляет десятые доли миллиметра. Микровыключатели серии ВКМ-В3Г могут отключать ток в 2,5 А при 380 В переменного напряжения, и при 220 В постоянного напряжения.
Рычажные переключатели применяются при больших токах или больших ходах.
Принцип действия одного из таких переключателей показан на рисунке выше б). На ролик 1 воздействует контролируемый рабочий орган. Ролик крепится на конце рычага 2. На другом конце рычага расположен подпружиненный ролик 12, который способен перемещаться вдоль оси рычага. Контакты 7 и 8 замкнуты в указанном на рисунке положении. Положение механизма надежно фиксируется защелкой 6. Рычаг 2 поворачивается при воздействии на рычаг 1 против часовой стрелки. Тарелку 11 поворачивает ролик 12 и связанные с ней контакты 8 и 9. При этом контакты 9 и 10 замыкаются, а 7 и 8 размыкаются.
Контакты замыкаются и размыкаются с большой скоростью, которая не зависит от скорости движения ролика 1. Это дает возможность при напряжении 220 В постоянного тока отключать токи до 6 А. После прекращения воздействия на ролик 1 пружиной 5 производится возврат выключателя в исходное положение.
В случае необходимости переключения большого количества цепей с большой точностью в качестве путевого выключателя может применяться регулируемый командоконтроллер. Его вал связан с управляющим валом либо непосредственно, либо через редуктор, согласующий скорости вращения кулачковой шайбы и управляющего вала.
Универсальные переключатели (УП)
Для схем управления электроприводом широко применяются универсальные переключатели (УП). Устройство секции такого переключателя показано на рисунке ниже:
У каждой секции есть два разрыва 1 и 2. Секция также дает возможность использовать и один разрыв. Тогда цепь подключается к подвижному контакту 3 и выводу подвижного контакта 4. Кулачок 6 поворачивается при вращении вала 5. Кулачок воздействует на контактный рычаг 7 подвижного контакта 8. В этот момент и происходит замыкание контактов.
В зависимости от напряжения источника и отключаемого тока используется один или два разрыва. В тяжелых случаях контакты двух соседних секций могут соединяться последовательно. При этом получается четыре разрыва, включенных последовательно.
Номинальный ток переключателя 20 А. Количество контролируемых цепей (секций) от 2 до 16.
Поскольку универсальные переключатели обладают хорошей отключающей способностью и большим количеством управляемых цепей они широко применялись для пуска и реверса электродвигателей мощностью до 5 кВт при напряжении питания до 500 В. Данные переключатели удобно применять для изменения направления вращения и скорости вращения асинхронных электрических машин.
При включении автоматов, имеющих электромагнитный привод, а также при включении высоковольтных выключателей, необходимо провести целый ряд коммутационных мероприятий, при которых сначала происходит подготовка схемы к включению (включаются лампы сигнализации, подаются звуковые сигналы и так далее), а уже затем происходит непосредственное включение или отключение аппарата. В таких случаях используют ключи управления. Контактная система данных ключей аналогична контактам пакетного выключателя.
В отличии от обычного переключателя, вал управления универсального переключателя имеет как фиксированные положения, так и не фиксированные, из которых он автоматически возвращается после того, как на него перестал действовать оператор. У переключателя есть два фиксированных положения рукоятки управления – вертикальное и горизонтальное и два нефиксированных (450 от горизонтального против часовой стрелки и 450 от вертикального по часовой стрелке).
Давайте рассмотрим диаграмму показанную на рисунке выше. В положении «О» (отключено) ручка стоит горизонтально. Цепи 1, 4, 5, 8, 14 замкнуты. Для включения ручка переводится в положение «предварительно-включить» (В1). Цепи 2, 3 и 7, 9 при этом замыкаются. Чтобы включить аппарат рукоятку поворачивают еще на 450 по часовой стрелке (положение В2). При этом замкнуться цепи 2, 6, 9, 11, 13. После включения аппарата и отпуска рукоятки оператором она автоматически возвращается в вертикальное положение – положение «включено» (цепи 2, 3, 7, 9, 13 замыкаются). В случае отключения рукоятка поворачивается сначала в горизонтальное положение (О1 – «предварительно отключить»), затем рукоятка поворачивается еще на 450 против часовой стрелки, после чего устанавливается в положение О.
