РЕОСТАТЫ И КОНТРОЛЛЕРЫ
§ 15. 1. Назначение и требования, предъявляемые к реостатам; их компоновка
Рис. 15.1. Примерная конструкция коммутирующего устройства реостата
Реостатом называется электрический аппарат, предназначенный для плавного пуска (пусковой реостат) и регулирования скорости (регулировочный реостат) электрического двигателя. Употребляются реостаты и для регулирования величины тока в какой- либо цепи. Процесс пуска и регулирования осуществляется за счет выведения или введения активных сопротивлений в электрической цепи. Привод реостата может быть выполнен как непосредственным, так и дистанционным. В последнем случае для управления реостатами наибольшее распространение находит моторный привод.
Основными требованиями, предъявляемыми к реостатам, являются достаточная плавность регулирования, высокая износоустойчивость и надежность.
Реостат состоит из двух основных частей, объединенных общей конструкцией: электрических активных сопротивлений и коммутирующего устройства, осуществляющего введение и выведение сопротивлений из цепи. Коммутирующие устройства чаще всего выполняются плоскими со скользящими, нередко щеточными медными контактами (рис. 15.1). Движение подвижного контакта может быть как поступательным, так и вращательным. Неподвижные контакты выполняются, как правило, в виде· медных пластин, устанавливаемых на изоляционной панели и имеющих выводы, соединенные с сопротивлениями. Схемы соединений реостатов, количество регулируемых цепей и последовательность их регулирования при движении щеток коммутирующего устройства, количество щеток могут быть самыми разнообразными и зависят от требований электрической схемы, для которой предназначается реостат.
Число ступеней реостата обычно довольно велико и определяется не только плавностью процесса регулирования, но и без искровым процессом коммутации при переходе подвижной щетки с одного контакта на другой, т. е. падение напряжения между соседними контактами должно быть небольшим (обычно менее 104-15 в). С этой же целью коммутационное устройство выполняется без обрывным: ширина щетки делается больше, чем ширина промежутка между соседними неподвижными контактами. В этом случае подвижной контакт замыкается со следующим неподвижным контактом, еще не разомкнувшись с предыдущим, и разрыва электрической цепи при работе реостата не происходит. Целесообразно применение самоустанавливающихся подвижных контактов, обеспечивающих более надежный электрический контакт.
Электрические сопротивления реостата обычно металлические, имеют воздушное охлаждение; реже применяется масляное или водяное охлаждение. Сопротивления монтируются в ящике с закрытыми или открытыми стенками; одной из стенок ящика с сопротивлениями является панель с коммутирующим устройством.
Иногда для различных переключений, сопровождающихся разрывом токовой цепи, а также для отключения всей установки на этой же панели монтируются необходимые контакторы и реле. Поскольку сопротивления находятся в непосредственной близости к коммутирующему устройству, их нагрев не может быть чрезмерно высоким, и материал сопротивлений по нагреву в реостатах обычно недоиспользуется. Конструкции сопротивлений были приведены в гл. V.
Расчет реостатов проводится следующим порядком. Общая величина сопротивления определяется требованиями электрической схемы установки, число ступеней определяется условиями требуемой плавности, регулирования и проверяется по условиям безискровой коммутации. Производится расчет или выбор сопротивлений по тепломощности с определением величин токов отдельных ступеней. По значению максимального тока рассчитываются контакты, контактные пружины, выбираются размеры контактов и их параметры. Рассчитывается механическая характеристика, на основании которой выбирается привод реостата, если реостат имеет дистанционное управление, или дается заключение о возможности непосредственного управления.
§ 15. 2. Контроллеры, их назначение и конструкция
Для достаточно плавного пуска двигателя, как правило, не требуется большого числа ступеней пусковых сопротивлений, но коммутационное устройство, выключающее эти ступени, должно обладать достаточной мощностью. Кроме того, пуск очень часто осуществляется автоматически, в соответствии с командами, подаваемыми с пульта управления. Поэтому, в подавляющем большинстве случаев, пусковые сопротивления и коммутационные устройства разделяются на два самостоятельных аппарата. Коммутационное устройство, осуществляющее пуск и регулирование скорости двигателя. называется контроллером. Контроллеры непосредственного управления должны обязательно предусматривать при их управлении; надлежащее расположение рукояток и не слишком большие углы поворота их; наиболее удобную конфигурацию корпуса контроллера и его высоту и др.
Контроллеры дистанционного управления в своей конструкции имеют часто помимо коммутационных элементов силовой цепи и коммутационные элементы цепи управления, обеспечивающие связь контроллера с другими аппаратами электрической схемы.
Порядок включения и выключения коммутационных элементов контроллера зависит от электрической схемы установки, для которой контроллер предназначен, и определяется электрической разверткой контроллера. Контроллеры непосредственного управления обычно снабжаются фиксатором — устройством, удерживающим барабан контроллера в определенном положении, на фиксированной позиции, когда коммутационные элементы в соответствии с разверткой контроллера либо полностью выключены, либо полностью включены.
По конструкции и методике расчета к контроллерам можно отнести различные многоцепные и многопозиционные переключатели, выполненные в виде набора коммутационных элементов, управляемых барабаном.
Достоинства контроллеров и аппаратов контроллерного типа заключаются в высокой износоустойчивости (механическая износоустойчивость кулачковых контроллеров достигает нескольких миллионов циклов), достаточно большой мощности и хорошей коммутационной способности.
§ 15. 3. Порядок расчета контроллера
Расчет контроллера распадается на две части: первая часть — расчет контактов и токоведущих частей коммутационного элемента, проводимый в соответствии с рекомендациями гл. IV, и расчет дугогасительного устройства коммутационного элемента, если оно имеется в наличии; вторая часть, наиболее трудоемкая, — расчет механической характеристики контроллера, на основании которой выбирается привод надлежащей мощности для контроллера с дистанционным управлением или делается вывод о возможности управления для контроллера непосредственного управления и выбирается рукоятка управления необходимой длины.
Расчет контроллера проводится в следующей последовательности:
- На основании электрической схемы установки, для которой предназначается контроллер, определяются число коммутационных элементов и электрическая развертка (порядок включения и выключения) коммутационных элементов.
- В соответствии с условиями работы и требованиями, предъявляемыми схемой электрической установки, принимается конструктивный тип коммутационного элемента.
- Рассчитываются контакты и токоведущие детали коммутационного элемента, а при необходимости — дугогасительное устройство, после чего рассчитывается механическая характеристика одного коммутационного элемента.
- Строится механическая развертка барабана контроллера на основании электрической развертки и механической характеристики одного коммутационного элемента.
- Рассчитывается и строится кривая моментов на барабане контроллера от всех коммутационных элементов на полном угле поворота барабана.
- Для контроллеров косвенного управления на основании максимального момента выбирается и рассчитывается привод.
- Для контроллеров непосредственного управления выбираются профили храповика фиксирующего механизма и рассчитываются моменты, создаваемые фиксатором, на полном угле поворота барабана.
- Рассчитывается и строится полная механическая характеристика контроллера, которая является суммой моментов фиксирующего механизма и моментов от всех коммутационных элементов контроллера. Проводится анализ полученной механической характеристики и вносятся, при необходимости, исправления в профиль храповика, развертку контроллера; после этого расчет уточняется.
