Contrôleurs de puissance : objectif, dispositif, caractéristiques techniques
Le contrôleur est un appareil de commande conçu pour démarrer, arrêter, réguler la vitesse de rotation et inverser les moteurs électriques. Les contrôleurs de contact sont inclus directement dans la chaîne d'approvisionnement des moteurs électriques avec une tension ne dépassant pas 600 V.
Selon l'emplacement des pièces de contact, on distingue les contrôleurs à contacts glissants et à cames. Les contrôleurs pour contacts glissants, à leur tour, sont divisés en tambour et plat (ces derniers sont rarement utilisés).
L'arbre du contrôleur peut être tourné manuellement ou par un mécanisme d'entraînement ou un moteur électrique séparé. Les contacts fixes (doigts) sont situés dans le boîtier de l'appareil autour de l'arbre à contacts et en sont isolés. Les contrôleurs sont produits uniquement dans une version sécurisée. Des mécanismes à ressort à levier sont utilisés pour fixer les positions de changement de vitesse.
Le programme de commutation prédéfini du contrôleur est réalisé par la disposition correspondante des contacts mobiles (segments).Pour améliorer les conditions de commutation, les contrôleurs DC sont fournis avec un remplissage magnétique. Le nombre de positions de commutation est généralement de 1 à 8 (parfois jusqu'à 12-20), la valeur du courant commuté ne dépasse pas 200 A.
Les contrôleurs peuvent fonctionner en mode intermittent avec un rapport cyclique relatif (25-60%) ou en mode continu. Les contrôleurs de type tambour à fréquence de commutation autorisée ne dépassent pas 300 et les contrôleurs de type came - jusqu'à 600 commutateurs par heure. Les contrôleurs sont devenus les plus courants dans l'entraînement électrique des machines et mécanismes de levage et de transport.
Les contrôleurs de puissance sont des dispositifs complets permettant d'assurer la mise sous tension des circuits d'enroulement des moteurs électriques selon un programme prédéterminé intégré dans la conception du contrôleur. La simplicité de conception, le fonctionnement sans problème et les petites dimensions sont les principaux avantages des régulateurs de puissance.
Avec la sélection et l'utilisation correctes des régulateurs de puissance en fonction de leurs capacités de commutation, les contrôleurs sont des dispositifs complets fiables et faciles à utiliser pour contrôler les entraînements électriques de grue, car dans ces dispositifs, les violations du programme défini sont complètement exclues, et l'inclusion et l'arrêt de l'opérateur dépendant garantit une disponibilité à 100 % de l'appareil. Cependant, les inconvénients de ces dispositifs complets incluent une faible résistance à l'usure et une faible capacité de commutation, ainsi que l'absence de démarrage et d'arrêt automatisés.
Contrôleurs de batterie
La figure 1 montre une broche de contrôleur de batterie. Un porte-segments 2 avec un contact mobile en forme de segment est monté sur l'arbre 1. Le porte-segments est isolé de l'arbre par une isolation 4.Le contact fixe 5 est situé sur un bus isolé 6. Lorsque l'arbre 1 tourne, le segment 3 se déplace vers le contact fixe 5, fermant ainsi le circuit. La pression de contact nécessaire est fournie par le ressort 7. Un grand nombre d'éléments de contact sont situés le long de l'arbre. Un certain nombre de tels éléments de contact sont montés sur un arbre. Les segments porteurs d'éléments de contact adjacents peuvent être interconnectés dans les diverses combinaisons nécessaires. Une certaine séquence de fermeture des différents éléments de contact est assurée par différentes longueurs de leurs segments.
Figue. 1. Élément de contact du contrôleur de tambour.
Contrôleurs de came
Dans les contrôleurs à cames, l'ouverture et la fermeture des contacts sont assurées par des cames montées sur un tambour, qui sont entraînées en rotation au moyen d'une manivelle ou d'une pédale et peuvent commuter de 2 à 24 circuits électriques. Les contrôleurs à cames sont divisés en fonction du nombre de circuits inclus, du type de variateur, des schémas de fermeture de contact.
Dans un contrôleur de came AC (Fig. 2), le contact mobile mobile 1 est capable de tourner autour du centre O2 situé sur le bras de contact 2. Le bras de contact 2 tourne autour du centre O1. Le contact 1 est fermé avec un contact fixe 3 et est relié au contact de sortie à l'aide d'une connexion souple 4. La fermeture des contacts 1,3 et la pression de contact nécessaire sont créées par un ressort 5 agissant sur le levier de contact à travers la tige 6. Lorsque les contacts s'ouvrent, une came 7 agit par l'intermédiaire d'un galet 5 sur le bras du levier de contact. Cela comprime le ressort 5 et les contacts 1, 3 s'ouvrent. Le moment d'ouverture et de fermeture des contacts dépend du profil de la poulie à came 9, qui entraîne les éléments de contact.La faible usure des contacts permet d'augmenter le nombre d'allumages par heure à 600 à un cycle de service de 60 %.
Le contrôleur comprend deux ensembles d'éléments de contact /et //, situés des deux côtés de la rondelle à came 9, ce qui vous permet de réduire considérablement la longueur axiale de l'appareil. Les contrôleurs de tambour et de came ont un mécanisme de verrouillage de la position de l'arbre.
Les contrôleurs AC, afin de faciliter l'extinction de l'arc, peuvent ne pas avoir de dispositifs d'extinction d'arc. Seules y sont installées des cloisons en amiante-ciment résistantes aux arcs électriques 10. Les contrôleurs à courant continu disposent d'un dispositif d'extinction d'arc similaire à celui utilisé dans les contacteurs.
Le contrôleur en question est éteint lorsque la poignée est actionnée et cette action est transmise à travers la poulie à came; il est mis en marche par la force du ressort 5 avec la position correspondante de la poignée. Par conséquent, les contacts peuvent être séparés même s'ils sont soudés. L'inconvénient de la conception est le moment important sur l'arbre dû aux ressorts de fermeture avec un nombre important d'éléments de contact. Il convient de noter que d'autres solutions de conception pour l'entraînement par contact du contrôleur sont également possibles. Figue. 2. Contrôleur de came.
Contrôleurs plats
Pour réguler en douceur le champ d'excitation des gros générateurs et pour démarrer et réguler la vitesse de rotation des gros moteurs, il est nécessaire d'avoir un grand nombre d'étages. L'utilisation de contrôleurs à cames est ici peu pratique, car un grand nombre d'étages entraîne une forte augmentation des dimensions de l'appareil. Le nombre d'opérations par heure pendant le réglage et le démarrage est faible (10-12). Par conséquent, il n'y a pas d'exigences particulières pour le contrôleur en termes de durabilité.Dans ce cas, les contrôleurs plats sont largement utilisés.
La figure 3 montre une vue générale d'un contrôleur de commande d'excitation planaire. Des contacts fixes 1, en forme de prisme, sont fixés sur une plaque isolante 2, qui est la base du contrôleur. La disposition des contacts fixes le long de la ligne permet un grand nombre d'étapes. Avec la même longueur de contrôleur, le nombre d'étapes peut être augmenté en utilisant une rangée parallèle de contacts décalés par rapport à la première rangée. Lorsqu'il est déplacé d'un demi-pas, le nombre de pas est doublé.
Le contact mobile est réalisé sous la forme d'un balai en cuivre. La brosse est située dans la traverse 3 et en est isolée. La pression est générée par un ressort hélicoïdal. Le transfert de courant du balai de contact 4 à la borne de sortie est effectué à l'aide d'un balai collecteur de courant et de pointes collectrices de courant 5. Le contrôleur de la fig. 3 peut commuter simultanément dans trois circuits indépendants La traverse est déplacée à l'aide de deux vis 6, entraînées par un moteur auxiliaire 7. Pendant le réglage, la traverse est déplacée manuellement par la poignée 8. Dans les positions finales, la traverse agit sur les fins de course 9, qui arrêtent le moteur.
Afin de pouvoir arrêter précisément les contacts dans la position souhaitée, la vitesse de déplacement des contacts est prise petite : (5-7) 10-3 m/s, et le moteur doit être arrêté. Le contrôleur plat peut également avoir un entraînement manuel.
Figue. 3. Contrôleur plat.
Avantages et inconvénients des différents types de contrôleurs
Contrôleurs de batterie
En raison de la faible résistance à l'usure des contacts, le nombre autorisé de démarrages du contrôleur par heure dépasse 240.Dans ce cas, la puissance du moteur de démarrage doit être réduite à 60% de la valeur nominale, c'est pourquoi de tels contrôleurs à démarrages rares sont utilisés.
Contrôleurs de came
Le contrôleur utilise un contact de ligne mobile. Du fait du roulement des contacts, l'arc qui s'amorce à l'ouverture n'affecte pas la surface de contact impliquée dans la conduction du courant à l'état complètement passant.
La faible usure des contacts permet d'augmenter le nombre de démarrages par heure jusqu'à 600 avec un cycle de service de 60 %.
La conception du contrôleur présente la caractéristique suivante: il est désactivé en raison de la convexité de la came et activé en raison de la force du ressort. Grâce à cela, les contacts peuvent être séparés même s'ils sont soudés.
L'inconvénient de ce système est le moment important sur l'arbre créé par les ressorts de fermeture avec un nombre important d'éléments de contact. D'autres conceptions d'entraînement par contact sont également possibles. Dans l'un d'eux, les contacts se ferment sous l'action de la came et s'ouvrent sous l'action du ressort, dans l'autre, à la fois l'inclusion et la déconnexion sont réalisées par la came. Cependant, ils sont rarement utilisés.
Contrôleurs plats
Les contrôleurs planaires sont largement utilisés pour moduler le champ d'excitation des gros générateurs et pour démarrer et contrôler la vitesse des gros moteurs. Puisqu'il est nécessaire d'avoir un grand nombre d'étages, l'utilisation de contrôleurs à cames est ici peu pratique, car un grand nombre d'étages conduit à une forte augmentation des dimensions de l'appareil.
Lors de l'ouverture entre le contact mobile et le contact fixe, une tension égale à la chute de tension aux bornes des marches apparaît.Pour éviter la formation d'arcs, la chute de tension admissible aux bornes des marches est prise de 10 V (à un courant de 200 A) à 20 V (à un courant de 100 A). Le nombre de tours autorisé par heure est déterminé par l'usure des contacts et ne dépasse généralement pas 10-12. Si la tension des marches est de 40-50 V, un contacteur spécial est utilisé qui surmonte les contacts adjacents pendant le mouvement de la brosse.
Dans le cas où il est nécessaire d'allumer le circuit à des courants de 100 A et plus avec une fréquence de commutation de 600 et plus par heure, un système composé d'un contacteur et d'un contrôleur est utilisé.
L'utilisation de régulateurs de puissance dans un entraînement de grue électrique
Les contrôleurs des séries suivantes sont utilisés pour contrôler les moteurs électriques des mécanismes de grue: KKT-60A des contrôleurs de courant alternatif et de console DVP15 et UP35 / I. Les contrôleurs de cette série sont produits dans des boîtiers protégés avec couvercles et degré de protection contre l'environnement extérieur 1P44 .
L'endurance mécanique des régulateurs de puissance est de (3,2 -5) x 10 millions de cycles VO. La durabilité de la commutation dépend de l'intensité du courant commuté. Au courant nominal, il est d'environ 0,5 x 10 millions de cycles VO et avec un courant de 50 % du courant nominal, vous pouvez obtenir une résistance à l'usure de 1 x 10 millions de cycles VO.
Les contrôleurs KKT-60A ont un courant nominal de 63 A à un rapport cyclique de 40%, mais leur capacité de commutation est très faible, ce qui limite l'utilisation de ces contrôleurs dans des conditions de commutation difficiles.La tension nominale des contrôleurs AC est de 38G V , la fréquence est de 50 Hz .