Контактная система для коммутационных аппаратов Советский патент 1985 года по МПК H01H1/50 

Изобретение относится к электромеханическим переключающим устройствам и может Иайти применение для уменьшения дребезга и повьшеиия виброустойчивости контактных групп переключающих устройств, в частности электромеханических реле, предназна ченных для .коммутации токов большой величины. Целью изобретения является увелИ .чение надежности и долговечности контактной системы путем уменьшения дребезга контактных пружин. На чертеже изображена блок-схема ппедлагяемого .vcтDoйcтвa. Контактная система для коммутационных аппаратов содержит подвижную 1 и неподвижную 2 консольно закрепленные плоские контактные пру жины, на которых находятся контакты 3. С наружной стороны вдоль обои пружин 1 и 2, начиная с места защем ления до середины, с помощью клеевы соединений ,4 закреплены демпфирующи элементы 5 и 6, вьшолненные в виде прямоугольных пьезокерамических пластин. Поляризация последних имее одинаковое направление (на чертеже показано стрелками). В качестве кле вых соединений применяются материал отличающиеся хорошими хлектроизоляционньми свойствами, например эпоксидная смола, что позволяет исключить воздействие коммутируемых токов на пьезокерамйческие пластины. Каждая из пластин имеет наружный 7 и внутренний 8 электроды, причем наружный электрод 7 прямоугольной пьезокерамической пластины 5, находящей ся на подвижной плоской контактной пружине 1, через анод диода 9 подключей к первому входу усилителя 10 Усилитель 10 -ракже имеет второй вход который через мультивибратор 11 электрически связан с управляющей цепью контактной системы 12. Выход усилителя 10 подключен к наружному электроду 7 прямоугольной пьезокерамической пластины 6, находящейся на неподвижной плоской контактной пружине 2. Оба внутренних электрода 8 обеих прямоугольных пьезокерамических пластин 5 и 6 соединены между собой и с одним из выводов резистора 13, другой вывод которого соединен с первым входом усилителя через катод диода 9. Устройство работает следующим образом. В случае консольного крепления плоских контактных пружин 1 и 2, которое имеет место в большинстве контактных систем токов большой величины, при воздействии вибраций или при соударении контактов 3 после срабатьшания контактной системы, в плоских контактных пружинах 1 и 2 возникают переменные механические haпряжения. Причем у места защемления они достигают порядка.10 10 н/м. Интегральная величина напряжений, возникающих у места защемленИя подвижной плоской пружины 1, т.е. от места защемления до ее середины, составляет примерно 75% суммарной величины напряжений, возникающих на всей подвижной плоской пружине 1. Поскольку на этой части подвижной плоской пружины 1 закреплена прямоуголь,ная пьезокерамическая пластина 5, то на пружины 1 закреплена прямоугольная пьезокерамическая пластина 5, то на ее электродах 7 и 8 согласно прямому пьезоэффекту вырабатывается электрический заряд, что связано с преобразованием энергии колебаний в электрическую. В момент коммутации плоская подвижная контактная пружина 1 под воздействием толкателя или управляющего магнитного поля (не показаны) передвигается к неподвижной плоской контактной пружине 2. В то же время с управляющей цепи контактной системы 12 подается сигнал на мультивибратор 11,. вследствие чего он включает усилитель 10, и вьщерживает включенным его промежуток времени Т, , где Тдр - предполагаемое время дребезга контактов 3, ,2; . При этом величина вырабатываемых из-за деформации подвижной пружины 1 противоположных по знаку электрических зарядов на электродах 7 и 8 прямоугольной пьезокерамической пластины 5 повышается постепенно и максимальной величины достигает в момент соударения контактов 3. Направление поляризации прямоугольной пьезокерамической пластины 5 выбирается таким, чтобы при передвижении подвижной плоской контактной пружины 1 к неподвижной 2 на ее наружном электроде 7 образовывался заряд в качестве входного сигнала на усилитель 10. Поскольку оба электрода прямоугольной пьезо керамической пластины 5 соединены между собой электрически через резис тор 13, в последнем происходит, падение напряжения и тем самым вьщеление преобразованной электрической энергии. Максимальное вьщеление этой энергии достигается путем согласования импедансов прямоугольной пьезокерамической пластины 5 и резистора 13. Таким образом, в момент соуда рения контактов производится максимальньй отвод колебательной энергии от подвижной плоской контактной пружины 1, что способствует последующему уменьшению дребезга контактных пружин 1 и 2. После соударения контактов 3, т.е в момент коммутации плоских контактных пружин 1 и 2, они отскакивают друг от друга. При этом на наружном электроде 7 прямоугольной пьезокерамической пластины 5 вырабатывается положительный заряд, а на внутреннем электроде В - отрицательный. В данно случае, кроме выделения энергии на резисторе 13, заряды в качестве вход ного сигнала через диод 9 поступают на вход усилителя 10, в котором усил ваются и с выхода последнегоподаютс на электроды 7 и 8 прямоугольной пье зокерамической пластины 6, расположенной аналогичным образом на плоско неподвижной контактной пружине 2. Так как пластина 6 имеет такое же направление поляризации, то в ней со гласно обратному пьезоэффекту возникает компенсирующее усилие, действие которого направлено в сторону подвиж ной плоской контактной пружины 1. .В результате этого неподвижная контактная пружина 2 деформируется в сто рону подвижной контактной пружины 1, что препятствует отскакиванию контактов 3 друг от друга, т.е. явлению дребезга контактов 3, и способст вует увеличению прижимного усилия контактных пружин 1 и 2. В реальных условиях подвижная контактная пружина 1 после соударения контактов 3 в момент коммутации принимает поперечное колебательное движение. При каждом ее передвижении к неподвижной контактной пружине 2 часть ее колебательной энергии, преобразованной в электрическую, отводится на резистор 13. При движении подвижной контактной пружины 1 в обратном направлении неподвижная контактная пружина 2 в результате приложенного от усилителя напряжения, деформируясь, как- бы догоняет подвижную контактную пружину 1, тем самым препятствуя отскакиванию контактов З.друг от друга.. Управление усилителем 10 с помощью сигналов от управляющей цепи контактной системы 12 исключает возможность произвольного самовозбуждения прямоугольных пьезокерамических пластин 5 и 6. Применение прямоугольных пьезокерамических пластин в качестве демпферов также способствует повьшению виброустойчивости плоских контактных пружин в разомкнутом состоянии контактной системы. Это обеспечивается за счет того, что часть энергии колебаний плоских контактных пружин, возникающей вследствие воздействия вредных вибраций, в этом случае также преобразуется в электрическую и отводится на резистор. При воздействии вибраций до 20 м/с устройство позволяет уменьшить их уровень до 20 - 25%. Примение предлагаемого устройства без усилителя позволяет сократить время дребезга контактов примерно на 25 - 30%, что уже само по себе является ощутимым эффектом. При использовании усилителя (с усилением сигнала до 80 дБ) время дребезга контактов уменьшается в 4 5 раз. Дальнейшее усиление сигнала нецелесообразно из-за возможности самовозбуждения системы. Также нецелесообразно покрывать всю поверхность плоских контактных пружин прямоуголь-, ными пьезокерамическими пластинами, так как это не дает дополнитель- ного эффекта. При этом соотношение толщины плоской контактной пружины, спрямоугольной пьезокерамической пластиной составляло 1:1. Так как минимальная толщина пьезокерамических пластин отечественного производства составляет 0,3 мм, то при этом наибольшая толщина контактной пружины будет около 0,6-0,7 мм, что вполне приемлемо в контактных системах, предназначенных для коммутации больших токов. При этом жесткость такой плоской контактной пружины остается почти такой же, как и обыкновенной стальной пружинЪ тех же геометрических размеров. .

ахДДл

у f /

8

S

/

У

/

/

КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОММУТАЦИОННЬК АППАРАТОВ, содержащая плоские контактные пружины, установленные консольно, и демпфирующие элементы, каждый из которых расположен на одной из указанных плоских контактных пружин, отличающаяс я тем, что, с целью увеличения надежности и долговечности контактной системы путем уменьшения дребезга контактных пружин, она снабжена мультивибратором, двухвходовым усилителем, диодом, резистором, демпфирующие элементы выполнены в виде пьезокерамических пластин и каждая . из них снабжена внутренним и внешним электродами, причем каждый демпфирующий элемент расположен на участке одной из плоских контактных пружин в зоне ее закрепления, одна плоская контактная пружина выполнена подвижной, а другая - неподвижной, вход мультивибратора соединен с первым входом усилителя, второй вход усилителя соединен с анодом диода,, катод 9 которого соединен с внешним электродом, расположенным на подвижной плоской контактной пружине, и с одним из выводов резистора, другой вывод которого соединен с обоими внутренними электродами, выход усилителя соединен с внешним электродом, расположенным на неподвижной плоской кон00 00 тактной пружине. СР