Sterowniki mocy: przeznaczenie, urządzenie, charakterystyka techniczna
Sterownik jest urządzeniem sterującym przeznaczonym do uruchamiania, zatrzymywania, regulacji prędkości obrotowej i rewersu silników elektrycznych. Sterowniki kontaktowe są włączane bezpośrednio do łańcucha dostaw silników elektrycznych o napięciu nie większym niż 600 V.
W zależności od położenia części stykowych rozróżnia się kontrolery ze stykami ślizgowymi i typem krzywki. Z kolei kontrolery do styków ślizgowych dzielą się na bębnowe i płaskie (te ostatnie są rzadko używane).
Wałek regulatora może być obracany ręcznie lub za pomocą mechanizmu napędowego lub oddzielnego silnika elektrycznego. Stałe styki (palce) znajdują się w obudowie aparatu wokół wałka ze stykami i są od niego odizolowane. Kontrolery produkowane są wyłącznie w wersji bezpiecznej. Mechanizmy sprężynowe dźwigni służą do ustalania pozycji zmiany biegów.
Zadany program przełączania sterownika jest realizowany przez odpowiednie rozmieszczenie styków ruchomych (segmentów).Aby poprawić warunki przełączania, regulatory DC są dostarczane z wypełnieniem magnetycznym. Liczba pozycji przełączania wynosi zwykle od 1 do 8 (czasami do 12-20), wartość przełączanego prądu nie przekracza 200 A.
Sterowniki mogą pracować w trybie przerywanym ze względnym współczynnikiem wypełnienia (25-60%) lub w trybie ciągłym. Dopuszczalna częstotliwość przełączania sterowników bębnowych nie przekracza 300, a sterowników krzywkowych - do 600 przełączeń na godzinę. Sterowniki stały się najbardziej rozpowszechnione w napędzie elektrycznym maszyn i mechanizmów dźwigowych i transportowych.
Sterowniki mocy są kompletnymi urządzeniami zapewniającymi załączanie obwodów uzwojeń silników elektrycznych zgodnie z zadanym programem zawartym w konstrukcji sterownika. Prostota konstrukcji, bezawaryjna praca i małe wymiary to główne zalety regulatorów mocy.
Przy prawidłowym doborze i zastosowaniu regulatorów mocy zgodnie z ich możliwościami przełączania, sterowniki są niezawodnymi i łatwymi w obsłudze kompletnymi urządzeniami do sterowania napędami elektrycznymi dźwigów, ponieważ w tych urządzeniach naruszenia ustawionego programu są całkowicie wykluczone, a włączenie i zależne wyłączenie operatora zapewnia 100% dostępność urządzenia. Do wad tych kompletnych urządzeń należy jednak niska odporność na zużycie i zdolność przełączania oraz brak automatycznego uruchamiania i zatrzymywania.
Kontrolery perkusyjne
Rysunek 1 przedstawia pin kontrolera bębna. Na wale 1 osadzony jest uchwyt segmentu 2 z ruchomym stykiem w postaci segmentu. Uchwyt segmentu jest odizolowany od wału izolacją 4.Stały styk 5 znajduje się na izolowanej szynie 6. Gdy wał 1 obraca się, segment 3 przesuwa się do stałego styku 5, zamykając w ten sposób obwód. Niezbędny nacisk styku zapewnia sprężyna 7. Wzdłuż wału znajduje się duża liczba elementów styku. Szereg takich elementów stykowych jest osadzonych na jednym wale. Segmenty nośne sąsiednich elementów stykowych mogą być łączone ze sobą w różnych niezbędnych kombinacjach. Pewną kolejność zamykania różnych elementów stykowych zapewniają różne długości ich segmentów.
Figa. 1. Element kontaktowy kontrolera bębna.
Kontrolery krzywek
W sterownikach krzywkowych otwieranie i zamykanie styków zapewniają krzywki zamontowane na bębnie, które obracają się za pomocą pokrętła lub pedału i mogą przełączać od 2 do 24 obwodów elektrycznych. Sterowniki krzywkowe dzielą się ze względu na liczbę zawartych obwodów, rodzaj napędu, schematy zwierania styków.
W sterowniku krzywki prądu przemiennego (rys. 2) ruchomy styk ruchomy 1 może obracać się wokół środka O2 znajdującego się na ramieniu styku 2. Ramię 2 styku obraca się wokół środka O1. Styk 1 jest zamknięty stykiem stałym 3 i jest połączony ze stykiem wyjściowym za pomocą elastycznego połączenia 4. Styki zamykające 1,3 i niezbędny docisk styku są wytwarzane przez sprężynę 5 działającą na dźwignię styku poprzez pręt 6. Kiedy styki otwierają się, krzywka 7 działa poprzez rolkę 5 na ramię dźwigni stykowej. Powoduje to ściśnięcie sprężyny 5 i otwarcie styków 1, 3. Moment załączania i wyłączania styków zależy od profilu rolki krzywkowej 9, która napędza elementy stykowe.Niskie zużycie styków umożliwia zwiększenie liczby włączeń na godzinę do 600 przy współczynniku wypełnienia 60%.
Sterownik zawiera dwa zestawy elementów stykowych /i //, umieszczone po obu stronach podkładki krzywkowej 9, co pozwala znacznie zmniejszyć długość osiową urządzenia. Oba kontrolery bębna i krzywki mają mechanizm blokujący położenie wału.
Sterowniki prądu przemiennego, w celu ułatwienia gaszenia łuku, mogą nie posiadać urządzeń gaszących łuk. Montowane są w nich wyłącznie łukoodporne przegrody azbestowo-cementowe 10. Sterowniki prądu stałego posiadają urządzenie do gaszenia łuku, podobne do stosowanego w stycznikach.
Wspomniany sterownik wyłącza się, gdy naciska się na klamkę, a działanie to jest przenoszone przez koło pasowe krzywki; jest włączany siłą sprężyny 5 przy odpowiedniej pozycji uchwytu. Dlatego styki można rozdzielić, nawet jeśli są zespawane. Wadą konstrukcji jest duży moment na wale ze względu na sprężyny zamykające ze znaczną liczbą elementów stykowych. Należy zaznaczyć, że możliwe są również inne rozwiązania konstrukcyjne napędu styków sterownika. Figa. 2. Sterownik krzywki.
Płaskie kontrolery
Aby płynnie regulować pole wzbudzenia dużych generatorów oraz uruchamiać i regulować prędkość obrotową dużych silników, konieczna jest duża liczba stopni. Zastosowanie kontrolerów krzywkowych jest tutaj niepraktyczne, ponieważ duża liczba etapów prowadzi do gwałtownego wzrostu wymiarów aparatu. Liczba operacji na godzinę podczas regulacji i rozruchu jest niewielka (10-12). W związku z tym nie ma specjalnych wymagań dla sterownika pod względem trwałości.W tym przypadku szeroko stosowane są kontrolery płaskie.
Rysunek 3 przedstawia ogólny widok płaskiego sterownika sterowania wzbudzeniem. Stałe styki 1, w postaci pryzmatu, zamocowane są na płytce izolacyjnej 2, która jest podstawą sterownika. Ułożenie stałych styków wzdłuż linii pozwala na dużą liczbę kroków. Przy tej samej długości sterownika liczbę stopni można zwiększyć, stosując równoległy rząd styków przesuniętych względem pierwszego rzędu. Po przesunięciu o pół kroku liczba kroków jest podwojona.
Ruchomy styk wykonany jest w postaci miedzianej szczotki. Szczotka znajduje się w trawersie 3 i jest od niej odizolowana. Ciśnienie jest generowane przez sprężynę śrubową. Przeniesienie prądu ze szczotki stykowej 4 do zacisku wyjściowego odbywa się za pomocą szczotki zbierającej prąd i kolców zbierających prąd 5. Sterownik na ryc. 3 może jednocześnie przełączać się w trzech niezależnych obwodach.Poprzeczkę przesuwa się za pomocą dwóch śrub 6, napędzanych silnikiem pomocniczym 7. Podczas regulacji trawersę przesuwa się ręcznie za pomocą uchwytu 8. W położeniach krańcowych trawersa oddziałuje na wyłączniki krańcowe 9, które zatrzymują silnik.
Aby móc precyzyjnie zatrzymać styki w żądanej pozycji, prędkość ruchu styków jest niewielka: (5-7) 10-3 m / s, a silnik musi zostać zatrzymany. Sterownik płaski może mieć również napęd ręczny.
Figa. 3. Płaski kontroler.
Zalety i wady różnych typów sterowników
Kontrolery perkusyjne
Ze względu na małą odporność na zużycie styków dopuszczalna liczba uruchomień sterownika na godzinę przekracza 240.W takim przypadku moc silnika rozruchowego należy zmniejszyć do 60% wartości nominalnej, dlatego stosuje się takie kontrolery z rzadkimi rozruchami.
Kontrolery krzywek
W sterowniku zastosowano ruchomy styk liniowy. Dzięki zwijaniu się styków łuk, który zapala się podczas otwierania, nie wpływa na powierzchnię styku biorącą udział w przewodzeniu prądu w stanie pełnego załączenia.
Niskie zużycie styków pozwala zwiększyć liczbę uruchomień na godzinę do 600 przy cyklu pracy 60%.
Konstrukcja kontrolera ma następującą cechę: jest wyłączana z powodu wypukłości krzywki i włączana z powodu siły sprężyny. Dzięki temu styki można rozdzielić nawet jeśli są zespawane.
Wadą tego układu jest duży moment na wale tworzony przez sprężyny zamykające ze znaczną liczbą elementów stykowych. Możliwe są również inne konstrukcje napędów stykowych. W jednym z nich styki zamykają się pod działaniem krzywki i otwierają pod działaniem sprężyny, w drugim zarówno włączenie, jak i rozłączenie odbywa się za pomocą krzywki. Jednak są one rzadko używane.
Płaskie kontrolery
Regulatory planarne są szeroko stosowane do modulowania pola wzbudzenia dużych generatorów oraz do uruchamiania i sterowania prędkością dużych silników. Ponieważ konieczne jest posiadanie dużej liczby stopni, użycie kontrolerów krzywkowych jest tutaj niepraktyczne, ponieważ duża liczba stopni prowadzi do gwałtownego wzrostu wymiarów aparatu.
Podczas otwierania między stykiem ruchomym i nieruchomym pojawia się napięcie równe spadkowi napięcia na stopniach.Aby zapobiec wyładowaniu łukowemu, dopuszczalny spadek napięcia na stopniach wynosi od 10 V (przy prądzie 200 A) do 20 V (przy prądzie 100 A). Dopuszczalna liczba obrotów na godzinę zależy od zużycia styków i zwykle nie przekracza 10-12. Jeśli napięcie stopni wynosi 40-50 V, wówczas stosuje się specjalny stycznik, który pokonuje sąsiednie styki podczas ruchu szczotki.
W przypadku, gdy konieczne jest włączenie obwodu przy prądach 100 A i więcej przy częstotliwości przełączania 600 i więcej na godzinę, stosuje się układ składający się ze stycznika i kontrolera.
Zastosowanie regulatorów mocy w napędzie elektrycznym suwnicy
Do sterowania silnikami elektrycznymi mechanizmów dźwignicowych służą sterowniki serii: KKT-60A prądu zmiennego oraz sterowniki konsolowe DVP15 i UP35/I. Sterowniki tej serii produkowane są w obudowach zabezpieczonych osłonami i stopniem ochrony przed środowiskiem zewnętrznym 1P44 .
Wytrzymałość mechaniczna regulatorów mocy wynosi (3,2 -5) x 10 milionów cykli VO. Trwałość przełączania zależy od siły przełączanego prądu. Przy prądzie znamionowym jest to około 0,5 x 10 milionów cykli VO, a przy prądzie równym 50% wartości znamionowej można uzyskać odporność na zużycie na poziomie 1 x 10 milionów cykli VO.
Sterowniki KKT-60A mają prąd znamionowy 63 A przy współczynniku wypełnienia 40%, ale ich zdolność łączeniowa jest bardzo mała, co ogranicza zastosowanie tych sterowników w trudnych warunkach łączeniowych.Napięcie znamionowe sterowników AC wynosi 38G V , częstotliwość wynosi 50 Hz.