Силовые контроллеры: назначение, устройство, технические характеристики

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.

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.

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.

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

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.

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 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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Устройство и принцип работы контроллеров

Контроллеры представляют собой микропроцессорные устройства, выполняющие определенные действия по заложенной в них программе. По сути, контроллеры мало чем отличаются от микро-ЭВМ (компьютеров) и имеют одинаковые с ними основные узлы. Контроллеры, как и большинство существующих на сегодняшний день ЭВМ, построены по архитектуре фон Неймана: они содержат процессор (блок управления + арифметико-логическое устройство), память и устройства ввода-вывода. На рис. 1.1 приведена общая структурная схема контроллера. Однако надо отметить, что конкретные модели контроллеров могут не вполне соответствовать приведенной схеме.

Рис. 1.1. Общая структурная схема программируемых

Рассмотрим основные элементы контроллеров, приведенные на рис. 1.1.

Процессор. Основная часть любой ЭВМ, его функция – выполнять команды, записанные в памяти. Тип процессора не является основной характеристикой контроллеров (в отличие от персональных компьютеров), поскольку обычно от контроллеров не требуется очень высокого быстродействия; часто тип процессора даже не указывается в документации к контроллеру. Однако в последнее время развиваются так называемые SCADA-системы (системы контроля управления и диспетчеризации), которые предъявляют новые требования к контроллерам, в частности, поддержку современных сетевых технологий (Ethernet) и многозадачность. Поэтому в современных контроллерах могут применятся достаточно совершенные процессоры, например, Intel Pentium III и др. В то же время, в более простых контроллерах, работающих без связи с другими контроллерами и компьютерами, могут использоваться и более простые процессоры, например, Z80.

Память (ОЗУ и ПЗУ). Функция памяти – хранить программу и данные. Обычно контроллеры не имеют большого объема памяти, поскольку они работают под управлением упрощенных узкоспециализированных операционных систем с довольно скромными запросами. Программа контроллера также не занимает большого объема. Следовательно, контроллеры не имеют жестких дисков (в них нет никакой необходимости). Чтобы контроллер не «забывал» программу при выключении питания, память может быть энергонезависимой (EPROM, Erasable Programmable Read Only Memory), это альтернатива жестким дискам, более простая и дешевая, но с малой емкостью. Объем памяти не является важной характеристикой контроллера. Он может быть, например, несколько килобайт (у персональных компьютеров объем памяти составляет порядка сотен мегабайт, т.е. в сотни тысяч раз больше).

Клавиатурно-дисплейный модуль (КДМ). Предназначен для управления контроллером, ввода команд, программирования, мониторинга. Не особенно удобен для выполнения перечисленных функций, так как обычно контроллеры могут подключаться к компьютерам, выполняющим те же функции. Как правило, КДМ применяется для настройки контроллера «на месте», т.е. довольно нечасто. По этой причине КДМ обычно небольшой и простой.

Порты ввода-вывода. Они служат для преобразования двоичной информации в какие-либо физические сигналы (как правило, в дискретные электрические) и обратно. Порты являются неотъемлемой частью любого микропроцессорного устройства, а контроллере они выполняют функцию ввода данных и выдачи управляющих воздействий. Внешние устройства, как правило, не подключаются к шине контроллера напрямую, поскольку их уровни сигналов обычно не совпадают с уровнями сигналов шины контроллера (лог.0 – 0,2 В, лог.1 – 5 В). Кроме того, подключение устройств к шине без гальванической развязки небезопасно, так как любые виды помех (из-за наводок, пробоев изоляции, коротких замыканий и т.д.) поступали бы напрямую в контроллер, что приводило бы к его неустойчивой работе и даже к выходу из строя. Поэтому порты ввода-вывода обеспечивают, во-первых, необходимое преобразование уровней сигналов, и во-вторых, гальваническую развязку.

Дискретные входные сигналы, как правило, несут информацию о замыкании или размыкании какого-либо контакта (рис. 1.2).

Рис. 1.2. контроллер с двумя дискретными входами

и с двумя релейными выходами

Дискретные выходные сигналы представляют собой управляемые контроллером «ключи», способные замыкать или размыкать цепь (рис. 1.2). Дискретные выходы могут быть релейными или транзисторными. Транзисторные выходы обладают высоким быстродействием и бесшумностью. Релейные выходы достаточно медленные и срабатывают с характерными для реле громкими «щелчками», однако они могут коммутировать цепи с большим напряжением, например, 220 В.

Аналоговые входные сигналы несут изменяющуюся информацию в форме тока или напряжения. Аналоговый сигнал может принимать произвольное значение из определенного диапазона, например, от 0 до 12 В. Такой сигнал не может непосредственно восприниматься контроллером, поскольку контроллер оперирует дискретной (двоичной), а не аналоговой информацией. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой контроллеры оснащаются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). На каждый аналоговый вход контроллер содержит отдельный АЦП.

Аналоговые выходные сигналы формируются в цифро-аналоговых преобразователях (ЦАП), которые преобразуют двоичный цифровой код в аналоговый сигнал. Следует отметить, что АЦП и ЦАП могут и не находится непосредственно внутри контроллеров, а подключаться как дополнительные модули. АЦП и ЦАП рассматриваются в главе 3.

Шина контроллера связывает все его компоненты. Контроллеры содержат три основные шины. Шина данных используется для передачи данных между процессором и другими элементами. Адресная шина используется для передачи адреса в памяти (или порта ввода-вывода), по которому данные можно прочитать или сохранить. Шина управления используется для передачи сигналов управления из процессора другим элементам. Физически шины представляют собой группу проводящих дорожек на плате или проводов, по которым посылаются цифровые сигналы. Передача данных по шинам называется параллельной передачей. При последовательной передаче данных каждый бит по очереди передается по одному-единственному проводу. А при параллельной передаче данных, например при передаче двоичного числа 01101001 по шине передаются все восемь разрядов одновременно, и каждый разряд по своему отдельному проводу (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Параллельная (а) и последовательная (б) передачи данных

Интерфейс предназначен для связи контроллера с компьютером или другими элементами автоматизированной системы. Под интерфейсом понимают унифицированное аппаратно-программное устройство для передачи информации. То есть два разных устройства, обладающих одним интерфейсом, можно подключить друг к другу для обмена информацией. Унификация интерфейсов обеспечивает совместимость подключаемых устройств. Контроллеры могут обладать различными интерфейсами. Обычно контроллеры подключаются через интерфейс к ПЭВМ (рис. 1.1) для программирования и/или мониторинга работы, но могут подключаться также и к другим устройствам и даже к компьютерным сетям. Очевидно, что ПЭВМ, к которой производится подключение, должна обладать соответствующим интерфейсом. Основные типы интерфейсов рассмотрены в главе 4.

Источник