Устройство для автоматической настройки термореле Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для автоматической настройки термореле с биметаллическими дисками.

Цель изобретения - повьппение точ- ности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для автоматической настройки термореле; на фиг. 2 - диаграмма работы устройства.

Устройство содержит реверсивный электропривод 1, датчик 2 перемещения исполнительный механизм 3, связанный с основанием 4 термореле с биметаллическим диском 5, нагреватель 6, отжим ную пружину 7, элемент 8 сравнения (цифровой) инвертор 9, первый триггер 10, первый ключ 11, первый 12 и второй 13 блоки управления, формировател 14 импульсов, элемент И 15, второй ключ 16, второй триггер 17, элемент ИЛИ 18, шток 19, контакты 20, корпус 21, первый 22 и второй 23 редукторы.

Устройство автоматически настраивает как термореле с замыкающими кон- тактами типа А, так и с размыкающими контактами типа Б.

Термореле настраиваются устройством в два этапа. На первом этапе устраняются влияние на точность настрой- ки и отклонение размеров деталей реле от номинальных, а на втором - основание. 4 устанавливается относительно корпуса 21 реле в такое положение, при Котором взаимодействие диска 5, штока 19 и контактов 20 обеспечивает размыкание или замыкание контактов 20 в момент максимальной скорости перемещения центра сферы диска 5 при вьпцелкивании его в результате тем- пературного воздействия - нагревания

Устройство при настройке реле типа Б работает следующим образом.

Размыкают ключ 11, после чего подают питающие напряжение. На выходе формирователя 14 импульсов кратковременно устанавливается логический О, который попадает на второй вход элемента И 15, на выходе которого также кратковременно устанавливается О, который, в свою очередь, поступает на установочный вход триггера 17, переводя его в нулевое состояние на вы- ходе О.

Этот О, в свою очередь, одновре- менно попадает на установочный вход триггера 10, как команда установки триггера 10 в исходное состояние, и на четвертый вход блока 12, как команда сброса и запрета работы электрпривода. Триггер 10 переходит в нулевое состояние, электропривод 1 останавливается на первом и втором выход блока 12, следовательно, на первом и втором входах элемента ИЛИ 18 и на первом и втором входах электропривод 1 устанавливается О. На выходе элемента ИЛИ 18 устанавливается О, который попадает на третий вход элемента 8 сравнения и, обнулив его,О с выхода триггера 10 одновременно попадает на первый вход элемента 8, эа блокировов его вход, а также на вход блока 13, который выключает нагреватель 6, и на третий вход блока 12, наложив запрет на смещение электроприводом 1 исполнительного механизма 3 в направлении от контактов 20.

После завершения описанных логических действий устройство для настройки приведено в исходное состояние - электропривод 1 остановлен, нагреватель 6 выключен, а счетчик элемента 8 обнулен и заблокирован по входу. Термореле помещено в устройство, контакты 20 замкнуты из-за отсутствия воздействия на них со стороны штока 19.

В первом блоке 12 управления в зависимости от значения логического уровня на первом, втором, третьем и четвертом входах формируется (например, микросхемами) логический уровень на первом и втором выходах блока

Кратковременно замыкают (любым способом) ключ 16 и О через контакты ключа попадает на тактовый вход триггера 17, последний срабатывает и на его выходе вместо О устанавливается 1, которая попадает одновременно на установочный вход триггера 10, снимая запрет на срабатывание, и на четвертый вход блока 12, снимая запрет на работу электропривода 1. На входах блока 12 установлены следующие логические уровни: на первом и третьем О, на втором и четвертом 1.

От такого сочетания логических уровней на первом выходе блока 12, следовательно, на первом входе элемента 18 и первом входе электропривода 1 вместо О устанавливается 1. Электропривод начинает смещать механизм 3 в направлении к контактам 20. На выходе элемента 18 вместо О устанавливается 1, которая попадает на третий вход элемента 8 сравнения, и счетчик схемы не удерживается в исходном состоянии.

Электропривод 1 через первый редуктор 22, смещая механизм 3, одновременно смещает основание А, кото- , рое упругой силой пружины 7, установленной между основанием А и неподвижной частью устройства для настройки прижато к механизму 3. Основание 4, в свою очередь, смещает диск 5, ко- ю торый через шток 19 оказьшает механическое воздействие на контакты 20, и в какой-то момент времени контакты 20 размыкаются. После этого на первом входе блока 12 и на входе инвер- t5 тора 9 вместо О устанавливается 1, а на выходе инвертора вместо 1 О, который попадасостояние подвижных эле.ментов термореле.

Электропривод 1, смещая основа ир 4 в сторону удаления от контактов 20, постепенно снижает усилие механического воздействия диска 5 через шток 19 на контакты 20, и наступает момент, когда контакты замыкаются. В результате этого на входе инвертора 9 и на первом входе блока 12 вместо 1 устанавливается О, вследствие чего на втором выходе блока 12 и соответственно на втором входе элемента 18 и втором входе электропривода 1 вместо 1 устанавливается О. Электропривод 1 останавливается, на выходе элемента 18 вместо 1 устанавливается О, который попадает на третий вход элемента В и обнуляет его

устанавливается ,

ет на тактовый вход триггера 10, последний срабатьгаает и остается до кон-2о счетчик, на вход которого через вто- ца настройки в сработанном состоянии, рой вход элемента 8, соединенный с вы- на его инверторном выходе вместо О устанавливается 1, которая одновреходом датчика 2, кинематически связанным через второй редуктор 23 с электроприводом 1, во время работы электменно попадает на первый вход элемента 8 и разблокировывает вход счетчи- 25 ропривода 1 поступает определенное ка схемы, на вход блока 13, и блок 13 число импульсов, прямо пропорциональ- включает нагреватель 6, и на третий ное величине линейного смещения ос- вход блока 12. После этого на первом, нования 4. Эти импульсы образуются в втором, третьем и четвертом входах блока 12 устанавливается 1, в ре- зо зультате этого на первом выходе блока 12, соответственно на первом входе элемента 18 и первом входе элект- 1 вместо 1

ропривода

устанавливадатчике 2, например, оптронной парой с уровнями 1 и О, причем число им пульсов строго пропорционально величи не смещения основания 4 независимо от направления смещения.

Включенный нагреватель 6 нагревает диск 5, при этом изменяется геометрия его сферы, вначале она плавно спрямляется, а затем, при характерной для каждого диска 5 температуре, диск 5 выщелкивает, при этом направление

ется О, а на втором выходе блока 12 и соответственно на втором входе элемента 18 и втором входе электропривода 1 вместо О устанавливается 1, и электропривод 1 начинает смещать основание 4 в сторону удаления от контактов 20.

В момент срабатывания триггера 10 (в момент первого размыкания контактов 20) все подвижные элементы датчика-реле, взаимодействующие при настройке (основание 4, диск 5 шток 19 и контакты 20), установлены в строго определенное относительно друг друга положение - приведены в соприкоснове ние (при холодном диске 5), что равнозначно компенсации отклонений размеров этих элементов от номинальных и это является основным условием, обеспечивающим возможность использования фактической температурной характеристики каждого диска 5 в завершающей стадии (втором этапе) настройки реле, т.е. триггер 10 фиксирует исходное

состояние подвижных эле.ментов термореле.

Электропривод 1, смещая основа ир 4 в сторону удаления от контактов 20, постепенно снижает усилие механического воздействия диска 5 через шток 19 на контакты 20, и наступает момент, когда контакты замыкаются. В результате этого на входе инвертора 9 и на первом входе блока 12 вместо 1 устанавливается О, вследствие чего на втором выходе блока 12 и соответственно на втором входе элемента 18 и втором входе электропривода 1 вместо 1 устанавливается О. Электропривод 1 останавливается, на выходе элемента 18 вместо 1 устанавливается О, который попадает на третий вход элемента В и обнуляет его

счетчик, на вход которого через вто- рой вход элемента 8, соединенный с вы-

счетчик, на вход которого через вто- рой вход элемента 8, соединенный с вы-

ходом датчика 2, кинематически связанным через второй редуктор 23 с электроприводом 1, во время работы элект5 ропривода 1 поступает определенное число импульсов, прямо пропорциональ- ное величине линейного смещения ос- нования 4. Эти импульсы образуются в о

5

0

0

з

датчике 2, например, оптронной парой с уровнями 1 и О, причем число импульсов строго пропорционально величине смещения основания 4 независимо от направления смещения.

Включенный нагреватель 6 нагревает диск 5, при этом изменяется геометрия его сферы, вначале она плавно спрямляется, а затем, при характерной для каждого диска 5 температуре, диск 5 выщелкивает, при этом направление

сферы диска 5 скачкообразно, релейно, изменяется на противоположное, т.е. с выпуклой на вогнутую (на фиг. 1 положение сферы диска 5 после выщел- кивания показано пунктиром).

При изменении геометрии сферы диска 5 наибольшее по величине перемещение совершает центр сферы, непосредственно соприкасающийся со штоком 19.

Типовая температурная характеристика перемещения центра сферы биметаллического диска показана на фиг. 2, где ABC и DE - участки плавного, аналогового, перемещения CD - учас- г ток .релейного, скачкообразного при выщелкивании перемещения центра сферы диска при нагревании его от температуры Т (нормплт ные УСЛОВИЯ) до температуры Tg - нср хияя температура; EDF и ВА - участки плавного перемещения, FB - участки релейного при охлаждении нагретого диска от Т до Т . Величина полного перемещения центра сферы диска при выщелкивании Н,

Фактическая температурная характеристика конкретного диска может незначительно отличаться от типовой по температуре срабатывания при нагреве

(Т ) и по температуре срабатывания

, при охлаждении нагретого диска 5

(Т

ер ох

). Эти отклонения сдвигают характеристику в целом вправо или влево в допустимых пределах и не отражаются на Точности, качестве и настройке. Основным условием точной настройки репе является такое взаимное расположение корпуса 21 реле и основания 4, при котором во время вы- щелкивания диска 5 контакты 20 размыкаются или замыкаются с максимальной скоростью. Контакты термореле типа Б при нагревании диска 5 размыкаются, а при охлаждении диска 5 замыкаются. Из графика (фиг. 2) видно, 25 успевает скомпенсировать возмущающие что начало релейного хода перемещения центра сферы диска от точки С к точке D плавное, и, следовательно, скорость перемещения не максимальная, затем на отрезке кривой CD, меньшем 1/2, ЗО скорость перемещения центра сферы диска возрастает до максимальной. Следовательно, если при настройке реле типа Б основание 4 сместить относительно корпуса 21 так, что при дости-, ка 5 скомпенсировать результаты воз- жении диском 5 температуры, соответст- действия диска 5 на контакты 20, и вующей точке С температурной харак- смещение основания 4 ограничено раз- теристики (фиг. 2), контакты 20 тер- мером, равным 1/2, т.е. числом импуль- мореле замкнуты, а после вьщелкива- ния диска 5 дополнительно сместить основание 4 на величину, равную 1/2, и в этом положении закрепить на корпусе 21 реле, то в процессе эксплуатадействия нагреваемого диска 5 на контакты 20, поэтому в точке С температурной характеристики контакты 20 замкнуты. На участке CD температурной характеристики - участке релейного хода центра сферы при выщелкивании диска 5 - электропривод 1, смещая основание 4, не успевает в течение релейного хода центра сферы дис40

сов датчика 2, равному числу, введенно му в память элемента 8.

Следовательно, в течение нагрева диска 5 от температуры Т до Т (участок характеристики ABC, фиг. 2) неоднократно повторяется следующая после- довательность взаимодействия элементов устройства для настройки. Нагреваемый диск 5 изменяет геометрию

ции датчика-реле его контакты 20 (фиг. 1) размыкаются с максимальной скоростью - с максимальной скоростью перемещения центра диска при вьщеп- кивании.

Для определения с большой точностью

точки с температурной характеристики диска 5 использовано свойство диска в части многократного увеличения скорости перемещения центра сферы при вьпцелкивании (фиг. 2, где перемещение центра сферы диска 5 дано в ко- ординатах температуры и времени при постоянной мощности нягревателя).

По этой, причине с помощью редуктора. 22 скорость смещения основания 4

W

2243(,

электроприводом 1 подобрана вьппе, чем скорость перемещения центра сферы диска 5 на участке ABC, и намного ниже скорости перемещения центра сферы диска 5 на участке CD температурной характеристики, а для ограничения величины смещения основания 4 в память элемента 8 введено число, равное числу импульсов, образованных в датчике 2 при однократном смещении основания 4 на расстояние, равное 1/2. При этом строгое соответствие пропорциональности числа импульсов датчика 2 величине смещения основания 4 обеспечивается с помощью редуктора 23.

Выбранная скорость смещения основания 4 обеспечивает возможность определить участки температурной характеристики диска 5: ABC аналогового перемещения с малой скоростью перемещения центра сферы и CD релейного хода с высокой скоростью перемещения центра сферы. На аналоговом участке электропривод 1, смещая основание 4,

15

20

успевает скомпенсировать возмущающие ка 5 скомпенсировать результаты воз- действия диска 5 на контакты 20, и смещение основания 4 ограничено раз- мером, равным 1/2, т.е. числом импуль

действия нагреваемого диска 5 на контакты 20, поэтому в точке С температурной характеристики контакты 20 замкнуты. На участке CD температурной характеристики - участке релейного хода центра сферы при выщелкивании диска 5 - электропривод 1, смещая основание 4, не успевает в течение релейного хода центра сферы дисуспевает скомпенсировать возмущающие ка 5 скомпенсировать результаты воз- действия диска 5 на контакты 20, и смещение основания 4 ограничено раз- мером, равным 1/2, т.е. числом импуль-

сов датчика 2, равному числу, введенному в память элемента 8.

Следовательно, в течение нагрева диска 5 от температуры Т до Т (учас

ток характеристики ABC, фиг. 2) неоднократно повторяется следующая после- довательность взаимодействия элементов устройства для настройки. Нагреваемый диск 5 изменяет геометрию

своей сферы, центр сферы перемещает-

ся и, воздействуя через шток 19 на контакты 20, размыкает их, после чего на первом входе блока 12 вместо О устанавливается 1. На втором выходе блока 12 и соответственно на втором входе элемента 18 и на втором входе электропривода 1 вместо О устанавливается 1. Электропривод 1 начинает смещать основание 4 в сторону удаления от контактов 20 (компенсируя возмущения, вызванные диском 5), а

на выходе датчика 2 появляются импульсы, число которых прямо пропорционально величине смещения основания 4, на выходе элемента 18 вместо О устанавливается 1, которая попадает на третий вход элемента 8 и прекращает удержание счетчика элемента 8 в обнуленном состоянии. В связи с тем, что скорость смещения электроприводом 1 основания 4 выше скорости перемещения центра сферы диска 5, возмущения, вызванные диском 5, скомпенсированы, т.е. контакты 20 вновь замыкаются, и на первом входе блока 12 вместо 1 устанавливается О. Вследствие этого на втором выходе блока 12 и соответственно на втором входе элемента 18 и втором входе электропривода 1 вместо 1 устанавливается О, электропривод 1

останавливается и прекращает смещение основания 4, на выходе элемента 18 вместо 1 устанавливается О, который поступает на третий вход элемента 8 и обнуляет счетчик, т.е. зачеркивает число, равное количеству импульсов, поступивших к этому времени на второй вход элемента 8 с выхода датчика 2.

При перемещении центра сферы диска 5 в точку С, соответствующей температуре Тср.цг температуре выщел- кивания диска 5 - центр сферы диска соверщает релейный ход, скорость которого во много раз вьш1е скорости сме-jc блока 12 и соответственно на втором

щения электроприводом 1 основания 4. Во время релейного хода центр сферы диска 5 через щток 19 размыкает контакты 20, и на первом входе блока 12 вместо О устанавливается 1, а на втором выходе блока 12 и соответственно на втором входе элемента 18 и втором входе электропривода 1 вместо О устанавливается 1. Электропривод 1

О. Электропривод 1 останав- и прекращает смещать основавходе электропривода 1 и на втором входе элемента 18 вместо 1 устанавливаетсяливается

4Q ние 4, на выходе элемента 18 вместо 1 устанавливается О, который попадает на третий вход элемента 8 и обнуляет его счетчик, а на выходе элемента 8 вместо О устанавливаетначинает смещать основание 4 в сторо- 45 1, которая, в свою очередь, по- ну удаления от контактов 20, на выхо- падает на первый вход элемента И 15, де элемента 18 вместо О устанавли- на выходе которого устанавливается вается 1, которая поступает на тре- 1, которая, в свою очередь, попада- тий вход элемента 8 и прекращает об- ет на установочный вход триггера 17, нуление его счетчика. Во.время смеще- о освобождая последний от удержания в НИН основания 4 в датчике 2 образу- исходном состоянии. Все элементы уст- ются импульсы, по числу пропорционально равные величине смещения основания 4. Эти импульсы с выхода датчика 2 через второй вход элемента 8 поступают на вход счетчика и накапливаются в нем.

Скорость перемещения центра сферы диска 5 резко увеличивается, а ско55

ройства для настройки приведены в исходное состояние. На этом настройка термореле типа Б заканчивается, и ос- нов.ание 4 закрепляется к корпусу 21 датчика-реле.

Термореле типа А настраивается аналогичным образом при замкнутом ключе 1 1 .

рость смещения основания 4 остается прежней, поэтому электроп1Ьивод 1 смещения основания 4 за время релейного хода диска 5 не успевает скомпенсировать воздействие диска 5 на контакты 20.

Элемент 8 сравнивает число импульсов от датчика 2 с числом, хранящимся в его памяти, и при равенстве этих

чисел, означающих смещение основания 4 на расстояние, равное 1/2, на выходе элемента 8 вместо 1 устанавливается О, который поступает на первый вход элемента И 15. На выходе последнего вместо 1 устанавливается О,

который поступает на установочный вход триггера 17 сброса и запрета, после чего последний переходит в исходное состояние, и на его вьгходе вместо 1 устанавливается О, который одновременно поступает на установочный вход триггера 10 и четвертый вход блока 12.

Триггер 10 переходит в исходное

состояние и на инверторном его выходе вместо 1 устанавливается О, который одновременно попадает на вход блока 13, и блок вьжлючает нагреватель 6, на первый вход элемента 8 и блокирует вход его счетчика и на третий вход блока 12, наложив запрет на смещение основания 4 в сторону от контактов 20. От О, поступившего на четвертый вход блока 12, на втором выходе

блока 12 и соответственно на втором

О. Электропривод 1 останав- и прекращает смещать основавходе электропривода 1 и на втором входе элемента 18 вместо 1 устанавливаетсяливается

ние 4, на выходе элемента 18 вместо 1 устанавливается О, который попадает на третий вход элемента 8 и обнуляет его счетчик, а на выходе элемента 8 вместо О устанавливает 1, которая, в свою очередь, по- падает на первый вход элемента И 15, на выходе которого устанавливается 1, которая, в свою очередь, попада- ет на установочный вход триггера 17, освобождая последний от удержания в исходном состоянии. Все элементы уст-

ройства для настройки приведены в исходное состояние. На этом настройка термореле типа Б заканчивается, и ос- нов.ание 4 закрепляется к корпусу 21 датчика-реле.

Термореле типа А настраивается аналогичным образом при замкнутом ключе 1 1 .

Предлагаемое устройство позволяет настраивать термореле по фактической температурной характеристике с учетом индивидуальности каждого биметаллического диска, чем обеспечивается точная настройка каждого экземпляра реле, т.е. строгое совмещение моментов срабатывания, выщелки- вания диска и изменения состояния контактов реле с обеспечением максимальной скорости переключения контактов.

Формула изобретения

Устройство для автоматической настройки термореле, содержащее последовательно соединенные первый бло управления, реверсивный электропривод, первый редуктор и исполнительный механизм, соединенный с основанием термореле, связанным через пружину с его корпусом и через симметрический диск и шток с контактами термореле, последовательно соединенные второй блок управления и нагреватель, имеющий тепловой контакт с основанием термореле, а также элемент сравнения, отличающее с я тем, что, с целью повышения точ

5

0

5

ности, оно содержит последовательно соединенные второй редуктор и датчик перемещения, формирователь импульсов, элемент И, первый и второй триггеры, инвертор, элемент ИЛИ, два ключа, причем выход формирователя импульсов подключен к одному из входов элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, входы которого подключены соответственно к выходу первого триггера, выходу датчика перемещения и выходу элемента ИЛИ, входы которого связаны с выходами первого блока управления, связанного соответствующими входами управления с общей шиной через контакт термореле выходом первого ключа, выходом первого триггера и выходом второго триггера, входы которого подключены к выходу элемента И и выходу второго ключа соответственно, контакт термореле через инвертор соединен с одним из входов первого триггера, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, вход второго редуктора соединен с выходом реверсивного электропривода, вход второго блока управления связан с выходом первого триггера, а входы первого и второго ключей соединены с общей шиной.

Изобретение относится к автоматике и в частности к устройствам для автоматической настройки термореле. Устройство с целью повьппения точности содержит управляемый реверсивный электропривод 1,связанный через исполнительный механизм 3 с основанием 4 термореле, которое через биметаллический диск 5 и шток 19 связано с контактами реле, а также термосвязанный с основанием нагреватель 6. Управление электроприводом и нагревателем осуществляется при помощи соответствующих блоков 12, 13 управления по сигналам датчика 2 перемещения контактов 20 термореле через элемент 8 сравнения, логические элементы и два триггера. При этом настройка термореле производится последовательным приближением путем перемещения основания до получения максимальной скорости переключения контактов термореле по фактической температурной характеристике каждого биметаллического диска. 2 ил. СО ьо ND 1ЧЭ 4 СО

Составитель Г.Криман Редактор 0.Головач Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар

Заказ 2863/43 Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4