РЕЛЕ ВРЕМЕНИ Российский патент 1995 года по МПК H01H47/18 

Изобретение относится к электрическим переключателям, срабатывающим через заданное время, и автоматическим таймерным выключателям, питаемым непосредственно от сети переменного тока.

Целью изобретения является исключение понижающего трансформатора при сохранении выходной мощности на гальванически развязанной с сетью переменного тока нагрузке.

На фиг. 1 представлена схема реле времени при использовании замыкающего контакта в качестве исполнительного контакта, входящего в состав реле времени; на фиг. 2 - то же, при использовании размыкающего контакта в качестве того же исполнительного контакта (схема на фиг. 2 отображает только отличающиеся части устройств; размыкающий контакт и другие отличия схем второстепенного характера изображены на фиг. 1 пунктиром).

Схема реле времени содержит преобразователь 1 переменного тока в постоянный, фильтр 2 постоянного тока, узел 3 сброса, генератор 4 импульсов, счетчик 5 импульсов, триггер 6 состояния реле времени, промежуточный каскад 7, обмотку 8 электромагнитного реле постоянного тока, в частности герконового, исполнительный контакт 9 реле, обмотку 10 электромагнитного реле переменного тока, замыкающий выходной контакт 11 реле переменного тока, входящий в состав автоматики реле времени; замыкающий контакт кнопки 12 управления, токоограничительный конденсатор 13 преобразователя, первый 14 и второй 15 диоды преобразователя, накопительный конденсатор 16, стабилитрон 17 преобразователя (или цепочка последовательно согласно включенных стабилитронов), разрядный резистор 18, транзистор 19 промежуточного каскада, вход 20 промежуточного каскада (выход триггера состояния реле времени), конденсатор 21 узла сброса, диод 22 выпрямителя узла сброса, резисторы 23, 24 резистивного делителя, второй фильтр 25 постоянного тока, состоящий из элементов 26, 27 и 28, входящих в состав узла сброса, конденсаторы 26 и 27 второго фильтра, резистор 28 второго фильтра, первую и вторую шины 29 и 30 источника напряжения переменного тока соответственно, прямой выход 31 триггера состояния, его инверсный выход 32, шины 33, 34 сброса счетчика импульсов и триггера состояния соответственно. Кроме того, в схему введены выходные рабочие контакты 35 реле переменного тока, гальванически развязанные с сетью переменного тока в общем случае (рабочие, поскольку через них может протекать рабочий ток нагрузки), второй преобразователь 36 переменного тока в постоянный.

На фиг. 1 изображено также устройство генератора 4, cобранного на Д-триггере: R1, Cl - резиcтивно-емкоcтная цепочка, определяющая длительность импульса на выходе генератора; (R2 + α R3) C2 - резистивно-емкостная цепочка, определяющая временной интервал между импульсами; d - коэффициент выключения переменного резистора R3; Д1 и Д2 - диоды, шунтирующие резистивные плечи генератора при логических нулях на соответствующих выходах Д-триггера. При использовании кнопки S1 не только для пуска, но и для прерывания выдержки времени, кнопка может иметь вторые замыкающие контакты Г-Д, через которые сигналы с одного из выходов счетчика может быть подан на С-вход триггера состояния. Наличие Д3 и Д4 в этом случае необходимо.

В исходном состоянии до нажатия кнопки 12, но после подачи напряжения на шины 29 и 30 на выходе узла 3 сброса появляется напряжение, чем обеспечивается сброс счетчика 5 и триггера 6 при замыкании контактов 12 и появлении напряжения питания на микросхемах. В исходном состоянии, реле 8 и 10 обесточены, контакт 11 разомкнут, контакт 9 разомкнут (фиг. 1) или замкнут (фиг. 2). Выходные рабочие контакты обеспечивают при этом необходимый режим нагрузки (нагрузок), кондуктивно развязанных с сетью переменного тока. При нажатии на кнопку управления S1 контакты 12, замкнув цепь с обмоткой реле 10, вызывают постановку этого реле с контактами 11 и 35 на самоблокировку, поскольку контакт 11 замыкается, контакт 9 замыкается (фиг. 1) или остается в замкнутом состоянии (фиг. 2), причем протекание тока через обмотку реле постоянного тока или через открытый транзистор 19 (фиг. 2), шунтирующий обмотку 8, вызвано емкостным током конденсатора 13 и током разряда накопительного конденсатора 16, когда действует отрицательная полуволна напряжения переменного тока. Диод 14 запрещает прохождение обратного тока через источник 29-30 и конденсатор 16, а диод 15 перезаряжает конденсатор 13 в "отрицательные" полупериоды, благодаря чему снимается постоянный заряд с обкладок 13, протекает ток через диод 14, обмотку 8 или шунт (19) и обеспечивается подзаряд конденсатора 16 в положительные полуволны. Величина тока, протекающего через конденсатор 13, полностью определяется величиной его емкости С13, действующим значением напряжения U и частотой напряжения в сети f. Постоянная составляющая тока, протекающего через обмотку 8 реле с величиной сопротивления R8 или через открытый транзистор 19 с сопротивлением в сотни раз меньшим, не зависит практически от этого сопротивления при условии, что постоянное напряжение на R8 (U₌) значительно меньше U и определяется формулой
I₌ = = = 2fUC₁₃ Соответствующая величина напряжения на обмотке 8 практически равна нулю при открытом транзисторе 19 или величине U₌= R₈I_c= 2fUR₈C₁₃ при запертом транзисторе 19. Величина конденсатора 16 влияет на величину напряжения U₌, несколько повышается напряжение при увеличении конденсатора. Если уровень стабилизации стабилитронов 17 выбран в пределах 0-U₌ или несколько выше, то величина напряжения U_ст ограничивается уровнем стабилизации. Избыток тока шунтируется в этом случае по ветви от катода к аноду стабилитронов 17 в верхних частях полуволны. От этого же напряжения (фиг. 1) питаются микросхемы генератора 4, счетчика 5 и триггера 6 через фильтр 2 постоянного тока или для их питания используется (фиг. 2) отдельный (второй) преобразователь 36, поскольку напряжение (выходное) на преобразователе 1 во втором случае равно "0" при том же состоянии триггера 6 вследствие подключения входа 20 промежуточного каскада к инверсному выходу триггера 6, на котором имеется положительное напряжение: протекает базовый ток транзистора 19, он открыт и шунтирует обмотку 8, контакты 9 остаются замкнутыми на все время выдержки реле времени, пока не поступит перепад напряжения с выхода счетчика импульсов 5 на С-вход триггера 6. Тот же перепад напряжения на выходе счетчика 5 в первом случае (фиг. 1) вызывает скачок положительного напряжения на прямом выходе 31 триггера 6, появление базового тока транзистора 19, шунтирование обмотки 8 и размыкание исполнительного контакта 9 с последующим отключением реле переменного тока 10, 11 и 35.

Изменение частоты следования импульсов на С-входе счетчика 5 может быть достигнуто за счет перемещения движка (перед заданием времени выдержки) переменного резистора R3 (задатчика), поскольку изменяется время заряда конденсатора С₂ от положительного перепада напряжения на прямом выходе триггера, входящего в состав генератора 4, через (R2 + α R3) от момента, соответствующего тылу положительного импульса на инверсном выходе того же триггера, до момента достижения порогового уровня напряжения, вызывающего переброс триггера. Задатчик устанавливается по шкале, наносимой при калибровке изделия. При соотношении С2/C1 ≥ 100, R1/R2 ≈ 10 и R3/R2 ≈ 10 шкала калибровки практически линейна, если
= const где ϕ - угол поворота задатчика,
время выдержки реле времени определяется как произведение
Т ˙ Q, где Q - емкость счетчика импульсов (2^N или 10^Р);
Т - период следования импульсов К[Cl R1 + C2 (R2 + α R3)];
N, P - разрядности двоичного или десятичного счетчиков,
k - коэффициент, зависящий от типа Д-триггера.

Технико-экономический эффект состоит в уменьшении массы и габаритов реле времени при прочих равных условиях, например при сохранении выходной мощности на нагрузке, гальванически развязанной с сетью переменного тока, поскольку реле переменного тока при достаточно мощных контактах, коммутирующих ток нагрузки, имеет существенно меньшие массу и габариты, чем понижающий трансформатор, обеспечивающий ту же мощность коммутации на контактах реле постоянного тока, питаемого от этого трансформатора.

Существенно повышается экономичность, особенно для варианта с размыкающими контактами электромагнитного реле постоянного тока, когда его обмотка в режиме выдержки времени обесточена и практически вся энергия расходуется на поддержание во включенном состоянии реле переменного тока, поскольку энергия, потребляемая микросхемами, на два порядка или на три меньше. Экономится также медь (практически на величину массы вторичной обмотки трансформатора), не требуется для изготовления изделий по изобретению также электротехнической листовой стали, из которой изготовляется сердечник трансформатора, надобность в использовании которого для изготовления реле времени отпадает.

Использование: электрические переключатели, срабатывающие через заданное время, и автоматические таймерные выключатели, питаемые непосредственно от сети переменного тока. Цель - исключение понижающего трансформатора при сохранении выходной мощности на гальванически развязанной с сетью переменного тока нагрузке. Сущность: генератор содержит преобразователь переменного тока в постоянный, фильтр постоянного тока, узел сброса, соединенные последовательно генератор импульсов, счетчик импульсов, триггер состояния реле, промежуточный каскад с исполнительным контактом электромагнитного реле постоянного тока на выходе каскада. Введены электромагнитное реле переменного тока с выходными контактами, кнопка управления, определенным образом выполнены преобразователь переменного тока в постоянный, промежуточный каскад, узел сброса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ, содержащее преобразователь переменного тока в постоянный, первый фильтр постоянного тока, узел сброса и соединенные последовательно генератор импульсов, счетчик импульсов, триггер состояния реле времени и промежуточный каскад с исполнительным контактом электромагнитного реле постоянного тока на выходе каскада, отличающееся тем, что, с целью исключения понижающего трансформатора при сохранении выходной мощности на гальванически развязанной с сетью переменного тока нагрузке, в него введены электромагнитное реле переменного тока с выходными контактами и кнопка управления, преобразователь переменного тока в постоянный содержит токоограничительный конденсатор, два диода, накопительный конденсатор, стабилитрон и разрядный резистор, промежуточный каскад выполнен на транзисторе с подключенной параллельно его выводам коллектор - эмиттер обмоткой реле постоянного тока, узел сброса содержит конденсатор, диод, резистивный делитель и второй фильтр постоянного тока, при этом замыкающий контакт кнопки управления и параллельная ему цепь, состоящая из выходного контакта и соединенного последовательно с ним исполнительного контакта, подключены через обмотку электромагнитного реле переменного тока к шинам источника переменного тока, причем вывод исполнительного контакта соединен с первым выводом обмотки реле переменного тока, второй вывод которой соединен с первой шиной источника напряжения переменного тока, коллектор транзистора промежуточного каскада соединен с катодом стабилитрона, первой обкладкой накопительного конденсатора и катодом первого диода преобразователя, анод которого через токоограничительный конденсатор соединен с первой шиной источника напряжения переменного тока и катодом второго диода, анод которого соединен с анодом стабилитрона, эмиттером транзистора и второй обкладкой накопительного конденсатора, к которой подключены общие выводы замыкающего выходного контакта электромагнитного реле переменного тока и исполнительного контакта реле промежуточного каскада, а также общие выводы второго фильтра постоянного тока, первого резистора резистивного делителя и анода диода узла сброса, катод которого соединен через конденсатор узла сброса с второй шиной источника переменного напряжения, а через второй резистор делителя - с вторыми выводами первого резистора делителя и фильтра постоянного тока узла сброса, выход которого, а именно - третий вывод фильтра узла сброса, соединен с шинами сброса счетчика импульсов и триггера состояния реле времени, разрядный резистор преобразователя переменного тока в постоянный включен между шинами источника питания по переменному напряжению, параллельно соединенные шины питания генератора импульсов, счетчика и триггера состояния подключены через первый фильтр постоянного тока к стабилитрону преобразователя. 2. Реле по п. 1, отличающееся тем, что при использовании размыкающего контакта в качестве исполнительного контакта реле постоянного тока промежуточного каскада введен второй преобразователь переменного тока в постоянный, выполненный идентично первому и подключенный по входу параллельно ему, по выходу - на параллельно соединенные шины питания генератора импульсов, счетчика и триггера через первый фильтр постоянного тока, вход которого подключен к стабилитрону второго преобразователя, а в качестве выхода триггера состояния использован его инверсный выход.