РЕЛЕ ВРЕМЕНИ Российский патент 1994 года по МПК H01H47/18 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к реле времени, и может быть использовано, например, в крановых электроприводах для хронометрического пуска электродвигателей и выполнения логических операций.

Известно реле времени, содержащее выпрямитель, к которому через тиристор подсоединена обмотка контактора и пороговый элемент на однопереходном транзисторе, вход которого соединен с времязадающим конденсатором, а выход с управляющим электродом тиристора (Л1).

Недостатком известного реле является необходимость использования понижающего трансформатора, контактора с низковольтной катушкой (или промежуточного реле), коммутация самого реле времени происходит в низковольтной части схемы, что снижает надежность работы реле.

Известно реле времени, содержащее двухполупериодный мостовой выпрямитель, выводы переменного тока которого через ключ задатчика режима работы и резисторы соединены с двумя фазами источника переменного напряжения, пороговый элемент, соединенный входом с времязадающим конденсатором, а выходом с управляющим входом ключа управления (Л2).

Недостатками известного реле являются сложность конструкции и сравнительно низкая надежность, обусловленная применением фильтра сравнительно большого габарита и введением дополнительного электромагнитного аппарата.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее исполнительный элемент (реле, контактор, электромагнит и др. ), через диодный мост подключенный к клеммам сети переменного тока, тиристор, через резистор подключенный к диодному мосту, последовательную RC-цепь, резистор, к которому через диод подключен конденсатор, соединенный с управляющим электродом тиристора. В качестве порогового элемента в схеме может быть применен динистор или однопереходный транзистор.

Для ограничения напряжения на базах однопереходного транзистора и выпрямления питания используются резистор и конденсатор фильтра.

Недостатками этого устройства являются
разброс выдержки времени при изменении температуры окружающей среды из-за значительного изменения величины межбазового сопротивления однопереходого транзистора;
неопределенный момент отпирающего сигнала при узком импульсе по отношению к фазе питающего напряжения не исключает возможности сбоя работы реле;
нет ограничения тока эмиттера при формировании отпирающего импульса;
наличие последовательно включенного резистора с исполнительным элементом снижает надежность срабатывания последнего.

Цель изобретения - повышение надежности работы реле.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее исполнительный элемент, через диодный мост подключенный к клеммам сети переменного тока, тиристор, конденсатор фильтра, последовательную RC-цепь, последовательную цепь из двух резисторов и порогового по напряжению элемента, введены параллельно RC-цепи последовательная цель из стабилитрона и резистора, регулируемый резистор, к регулируемому выводу резистора анодом подключен диод, катод диода подключен к общей точке RC-цепи, резистор, один конец которого соединен с RC-цепью, а другой с анодом тиристора, два последовательных диода, включенные в диагональ постоянного тока моста, к общей точке которых одним концом подсоединен резистор, другой конец которого подключен к клемме сети переменного тока, и резистор, подсоединенный одним концом к управляющему электроду тиристора, а другим к общей точке порогового элемента и резистора.

Известно устройство, в котором последовательная цепь из резистора и стабилитрона, подключенная параллельно последовательной цепи из двух резисторов и порогового по напряжению элемента, служит для питания порогового элемента и компенсации колебаний напряжения сети (Л1). Резистор и стабилитрон выполняют помимо этой и другую функцию, а именно наличие переменной составляющей напряжения на резисторе обеспечивает открытие порогового элемента при угле α ≈ 25-30^о по отношению к фазе питающего напряжения, а это приводит к надежному включению исполнительного элемента.

Известно устройство, в котором самоудержание тиристора осуществляется с помощью двух последовательных диодов, включенных в диагональ постоянного тока моста, к общей точке которых одним концом подсоединен резистор, другой конец которого подключен к клемме сети переменного тока, но для включения нагрузки требуется еще и двунаправленный тиристор (Л1). Из-за того, что угол открытия α ≈ 25-30^о, двунаправленный тиристор не требуется, что делает конструкцию простой, а следовательно, и более надежной.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями позволяет выявить существенные отличия предлагаемого реле.

На фиг. 1 показана схема реле времени; на фиг. 2 - временные диагонали работы реле.

При этом на фиг. 2 введены следующие обозначения: U₁ - напряжение на выходе выпрямителя; U₂ - напряжение на базах однопереходного транзистора 15; U₃ - напряжение на эмиттере однопереходного транзистора 15; i₁ - ток через катушку контактора 1; i₂ - ток через резистор 11; i₃ - управляющий импульс ключа 15.

Реле времени содержит исполнительный элемент 1 (контактор, пускатель и др. ) через диодный мост 2, подключенный к клеммам 3,4 сети переменного тока, диодный мост 2 выполнен на диодах 5 - 8 в диагональ постоянного тока моста 2 включены дополнительные диоды 9, 10, к общей точке которых подключен резистор 11, другим концом резистор 11 подключен к клемме 3 сети переменного тока. Тиристор 12 соединен анодом с катодами диодов 5, 7, 9 и резистором 13, а катод тиристора 12 - с анодами диодов 6, 8, 10. К другому концу резистора 13 и катоду тиристора 12 подключены три последовательные цепи. Первая последовательная цепь состоит из резистора 14, порогового элемента 15 (однопереходный транзистор) - резистора 16, вторая последовательная цепь состоит из RС-цепи 17, 18, третья последовательная цепь - из стабилитрона 19 и резистора 20. Параллельно трем последовательным цепям стоят конденсатор 21 и переменный резистор 22. К движку переменного резистора 22 анодом подключен диод 23, катод диода 23 подключен к общей точке RC-цепи 17,18 и эмиттера однопереходного транзистора 15. К управляющему входу тиристора 12 подключен резистор 24, другой конец которого подключен к общей точке резистора 14 и порогового элемента 15.

Реле времени работает следующим образом.

При подаче напряжения на клеммы 3, 4 через обмотку исполнительного элемента 1, диодный мост 2 и резистор 13 протекает ток заряда конденсатора 21. Резистор 13 ограничивает зарядный ток до такой величины, чтобы исключить ложное срабатывание исполнительного элемента 1, а также ложного включения тиристора 12, по цепи анод тиристора 12, резистор 13, резистор 16, междубазовое сопротивление порогового элемента 15, резистор 24, управляющий вход тиристора 12, так как некоторые типы тиристоров имеют малый ток включения, а междубазовое сопротивление порогового элемента 15 может иметь значения от четырех до девяти килоом без учета температуры.

Так как междубазовое сопротивление однопереходного транзистора 15 изменяется в зависимости от температуры, где для более устойчивой работы реле в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды (от (-60)^оС до (+60^оС) включены последовательная цепь из резистора 20 и стабилитрона 19, которая стабилизирует напряжение питания порогового элемента 15 и при изменениях температуры и при колебаниях сети. Величины резистора 20 и стабилитрона 19 подобраны таким образом, чтобы при самых крайних случаях (колебания сети, температуры, параметры порогового элемента) напряжения питания для однопереходного транзистора 15 не выходило за пределы допустимого.

Также резистор 20 и конденсатор 21 подобраны таким образом, чтобы постоянная времени контура фильтрового конденсатора 21 была больше одной пятой и меньше одной второй периода напряжения сети, незначительная переменная составляющая из-за резистора 20 (5-10% ) в напряжении питания однопереходного транзистора 15 будет обеспечивать открытие последнего в нужный момент времени, а именно при угле α ≈ 25-30^о, что наиболее благоприятствует условию отпирания тиристора 12 и включению исполнительного элемента 1.

Для возможности плавной регулировки времени предусмотрен узел (Л1), известный как "пьедестал".

Согласно принятой схеме заряд конденсатора 17 происходит в два этапа. На первом этапе заряд конденсатора 17 определяется постоянной времени, определяемой величинами резистора 22 (его части) и конденсатора 17, на втором этапе постоянная времени заряда определяется постоянно времени, определяемой величинами резистора 18 и конденсатора 17. Диод 23 необходим для организации "пьедестала". Вторая постоянная времени значительно превышает первую. Пологая часть заряда конденсатора 17 очень близка к горизонтальной прямой и при достижении некоторого значения напряжения приводит к отпиранию порогового элемента 15, последний открывается, формируя импульс тока разряда конденсатора 17. Для ограничения тока разряда конденсатора служит резистор 24.

Под действием этого импульса откроется тиристор 12.

Поскольку импульс узкий, его форма определяется разрядным контуром-конденсатором 17, сопротивление перехода Э-Б1 транзистора 15, резистор 24, сопротивление перехода тиристора 12, в схеме предусмотрен узел, который исключает возможность закрытия тиристора в момент, когда ток исполнительного элемента 1 из-за двухполупериодного выпрямления проходит через нуль.

Учитывая, что ток катушки 1 имеет индуктивный характер, а ток через резистор 11 активный, суммарный ток через тиристор 12 является геометрической суммой двух токов, поэтому тиристор не закрывается.

Величина резистора 11 выбирается из условия, чтобы ток тиристора в момент U_с ≈ 0,5 U превышал или равнялся току удержания тиристора.

Временные диаграммы, поясняющие работу реле, приведены на фиг. 2.

Таким образом, реле времени обеспечивает более высокую надежность работы без промежуточного аппарата в высоковольтных цепях управления, принятых в схемах электропривода (до 440 В переменного тока или выше, в зависимости от выбора класса диодов 5-10 и тиристора 12), а также позволяет получать регулируемые в широких пределах выдержки времени с достаточной точностью и стабильностью. (56) Лабунцов В. А. и др. Тиристоры (технический справочник), М. : Энергия, 1971, с. 200-232, 240, 245.

Реле времени типов РВ-01К4. РВ-01Т4, Каталог, Информэлектро, 07, 32, 02-80, 1980.

Использование: в электротехнике, а именно реле времени, и может быть использовано, например, в крановых электроприводах для хронометрического пуска электродвигателей и выполнения логических операций. Цель - повышение надежности. Сущность: реле времени содержит диодный мост, диагональ переменного тока которого через исполнительный элемент подключена к выводам для подключения сети переменного тока, последовательную RC-цепь, к среднему выводу которой подключен вход порогового элемента, конденсатор фильтра, первый вывод которого соединен с первым выводом диагонали постоянного тока диодного моста, тиристор, анод которого соединен с вторым выводом диагонали постоянного тока диодного моста, первый резистор, диод. Введены последовательная цепь из второго резистора и стабилитрона, переменный резистор, два резистора и два соединенных последовательно диода, включенных определенным образом. 2 ил.

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ, содержащее диодный мост, диагональ переменного тока которого через исполнительный элемент подключена к выводам для подключения сети переменного тока, последовательную RC-цепь, к среднему выводу которой подключен вход порогового элемента, конденсатор фильтра, первый вывод которого соединен с первым выводом диагонали постоянного тока диодного моста, тиристор, анод которого соединен с вторым выводом диагонали постоянного тока диодного моста, первый резистор, диод, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены последовательная цепь из второго резистора и стабилитрона, переменный резистор, два резистора и два соединенных последовательно диода, при этом подвижный вывод переменного резистора через диод соединен со средним выводом последовательной RC-цепи, управляющий электрод тиристора через второй резистор соединен с одной из баз однопереходного транзистора в качестве порогового элемента, при этом последовательная цепь из третьего резистора и стабилитрона, переменный резистор, конденсатор фильтра, последовательная RC-цепь, двухбазовый диод с соответствующими резисторами в качестве порогового элемента включены параллельно, при этом второй вывод конденсатора фильтра через четвертый резистор соединен с вторым выводом диагонали постоянного тока диодного моста, в которую включены введенные два последовательных диода, первый резистор включен между общим выводом указанных диодов и общим выводом исполнительного элемента и выходом для подключения сети переменного тока, катод тиристора подключен к первому выводу диагонали постоянного тока диодного моста.