Контроллер – это многоцепной, многоступенчатый аппарат с ручным управлением, назначением которого является управление изменением главной цепи электродвигатели или цепи обмотки возбуждения. Также котроллеры применяют для изменения сопротивлений, включенных в эти цепи. По конструктивному исполнению контроллеры подразделяют на барабанные, кулачковые и плоские.
Барабанные контроллеры
Ниже на рисунке показан контактный элемент контроллера.
Сегментодержатель 2 закреплен на валу 1 с подвижным контактом (сегментом) 3. От вала сегментодержатель изолирован бакелитизированной бумагой 4. На изолированной рейке 6 располагают неподвижный контакт 5. На неподвижный контакт 5 набегает сегмент 3 при вращении вала 1. Таким образом осуществляется замыкание цепи. Пружина 7 обеспечивает необходимое нажатие контакта. Вдоль вала располагается большое количество контактных элементов. Между собой могут соединяться сегментодержатели соседних элементов, создавая необходимую электрическую схему. Различной длиной сегментов достигается последовательность замыкания различных цепей. С помощью звездочки и защелки фиксируется положение вала.
Барабанный контроллер имеет малую износоустойчивость контактов, из-за чего имеет ограниченное количество включений в час (240). Барабанный контроллер применяется в системах с редким включением/отключением элементов электрической цепи.
Кулачковые контроллеры
На рисунке ниже изображен поперечный разрез кулачкового контроллера переменного тока:
Перекатывающийся линейный контакт используется в контроллере. Относительно центра О2 может вращаться сменный подвижной контакт 1. Центр О2 расположен на контактном рычаге 2. Контакт соединяется с помощью гибкой связи 4 с выходным зажимом.
Необходимое нажатие и замыкание контактов создается пружиной 5, которая воздействует на контактный рычаг через шток 6. При размыкании контактов кулачок 7 действует на ролик 8. При этом пружина 5 сжимается, а контакты 1 и 3 размыкаются. От профиля кулачковой шайбы 9, приводящей контактные элементы в действие, будет зависеть момент включения и отключения контактов. Дуга, возникающая в момент переключения, не воздействует на контакты благодаря их перекатыванию. Малый износ контактов позволяет увеличить число включений в час до 600 при ПВ = 60%. По обе стороны кулачковой шайбы 9 расположены контактные элементы Ⅰ и Ⅱ, что позволяет резко снизить осевую длину контроллера. Как правило, вдоль оси аппарата располагается несколько контактных элементов, аналогичных рассмотренным. У кулачкового контроллера присутствует механизм фиксации положения вала, такой же, как и в барабанного. В виду облегчения гашения дуги на переменном токе кулачковыми элементами устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные перегородки 10, препятствующие перекрытию между полюсами аппарата. В таких случаях установка дугогасительных устройств не обязательна. Если же контроллер отключает цепь постоянного тока, устанавливается дугогасительное устройство, аналогичное применяемому в контакторах.
Рассмотренная нами конструкция контроллера имеет следующую особенность – включение происходит за счет силы пружины, а выключение за счет выступа кулачка. Благодаря такой конструкции контакты удается развести в случае их сваривания. Недостатком применения такой системы является большой момент на валу, создаваемый включающими пружинами при значительном числе контактных элементов.
Возможны также и другие конструктивные выполнения контактов. В одном из них контакты размыкаются под действием пружины, а замыкаются под действием кулачка. В другом случае включение и отключение может происходить при помощи кулачков. Однако такие решения применяются редко.
На рисунке ниже изображена схема пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором при помощи кулачкового контроллера.
Арабскими цифрами обозначены позиции вала аппарата, а римскими – контакты. При пуске «вперед» в работу вступают расположенные справа контактные элементы. Для примера рассмотрим позицию 3. В данной позиции замкнуты контакты Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ. При таком расположении контактов статор машины подключен к сети, а в роторе выведены первые позиции ступеней пусковых резисторов в двух фазах. В положении 5 все контакты замкнуты – ротор электродвигателя полностью закорочен.
Плоские контроллеры
Для плавного регулирования поля возбуждения крупных генераторов и пуска в ход и регулирования частоты вращения мощных электродвигателей необходимо иметь большое количество ступеней. Применение кулачкового контроллера в таком случае не целесообразно, так как повышение количества ступеней ведет к резкому увеличению габаритов устройства.
Количество операций в час при пуске и регулировании невелико (порядка 10 – 12 в час). Исходя из этого, нет повышенных требований к контроллеру в отношении износоустойчивости. В таком случае широкое распространение получили плоские контроллеры.
Ниже на рисунке показан общий вид плоского контроллера для регулирования цепи возбуждения.
Имеющие форму призмы неподвижные контакты 1 закреплены на изоляционной плите 2 и являются основанием контроллера. Расположение неподвижных контактов по линии дает возможность иметь большее количество ступеней. При той же длине контроллера число ступеней можно увеличить путем добавления параллельного ряда контактов, сдвинутого относительно первого ряда. Число ступеней удваивается при сдвиге на пол шага. В траверсе 3 располагается щетка и изолируется от него. Нажатие осуществляется цилиндрической пружиной. Передача тока с контактной щетки 4 на выходной зажим осуществляется с помощью токосъемной шины 5 и токосъемной щетки. Контроллер может производить переключения одновременно в трех независимых цепях. С помощью двух винтов 6 может перемещаться траверса, приводимая в движение вспомогательным двигателем 7. При выполнении наладочных работ траверса может приводиться в движение вручную с помощью рукоятки 8. Траверса воздействует на конечные выключатели 9, которые останавливают двигатель, в конечных положениях. Для точной остановки контактов на желаемой позиции скорость контактов берется малой (5-7)·10-3 м/с, а двигатель должен иметь возможность торможения. Также плоский контроллер может иметь и ручной привод.
Между неподвижными и подвижными контактами при размыкании появляется напряжение, равное падению напряжения на ступени. Для избегания появления электрической дуги, допустимое падение напряжения на ступени берется от 10 В (при токе 200 А) до 20 В (при токе 100 А). Допустимое количество включений в час определяется износом контактов и, как правило, не превышает 10 – 12. В случае, если напряжение на ступени 40 В – 50 В, то применяют специальный контактор, который замыкает соседние контакты во время перемещения щетки.
В случаях, когда необходимо производить коммутацию цепи при токах 100 А и с частотой включения превышающей 600 включений в час, применяют систему, состоящую из командоаппарата и контактора.
