Контактная система Советский патент 1987 года по МПК H01H1/50 H01H57/00 

11

Изобретение относится к электромеханическим пере1слючаюш;им устройствам и может быть использовано для повышения виброустойчивости контактных групп переключающих устройств, в часности электромеханических реле, предназначенных для коммутации токов большой величины.

Цель изобретения - уменьшение вес габаритов и повышения эффективности гашения вибраций.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемой контактной системы; на фиг.2 - зависимости относительной амплитуды колебаний контактных пружин от уровня возбуждения при отключенной электрической нагрузке; на фиг.З - зависимости относительного уменьшения амплитуды колебаний кон- тактньгх пружин от величины нагрузки.

Контактная система содержит подвижную I и неподвижную 2 консольно закрепленные плоские контактра1е пружины, на которых находятся контакты 3. С наружной стороны вдоль обоих пружин I и 2, начиная с места защем- :ления до середины закреплены демпфирующие элементы 4, выполненные в виде гибкого мультиморфа из склеенных и соединенных между собой электрически последовательно слоев пьезополи- мерной пленки, на которой с обеих сторон нанесены (напылены) наружный и внутренний электроды, при этом век- тор поляризации всех слоев имеет одинаковое направление. К электродам подключаются два вьюода 5 и 6. Первый вывод 5 подключается к внутреннему электроду первого слоя, пьезополи- мерной пленки, прилегающей к плоским контактным пружинам 1 и 2, а вывод б - к наружному электроцу последнего слоя. Оба вывода подсоединяются к электрической цепи 7, выполненной в виде электрического колебательного контура из соединенных последовательно переменных активного сопротивления 8 и индуктивности 9,

Контактная система работает еле- ДУЮ1ДИМ образом.

Под воздействием внешних возмуш;аю- щих вибраций или в момент коммутации контактные пружины I и 2 начинают колебаться, что в большинстве случаев является нежелательным, при этом потенциальная составляющая колебательной энергии концентрируется у места защемления контактных пружин 1 и 2.

1992

В случае закрепления в этой зоне демпфируюишх элементов 4 в данном случае гибкого мультиморфа, слои последнего из-за потерь на внутреннее трение выполняет функцию пассивных вибропоглощающих покрытий.

Однако, из-за возникновения пьезо- эффекта при деформации слоев гибкого мультиморфа 4, пос,педний также вырабатывает электрические заряды, которые поступают в вьтолненную в виде колебательного контура электрическую цепь 7 (эквивалентная электрическая схема гибкого мультиморфа 4 имеет подобие с конденсатором). Таким образом, колебательная энергия подвижных частей контактной системы, в данном случае плоских контактных пружин 1 и 2, дополнительно преобразуется в электрическую, отводится от конструкции и в качестве тепла выделяется на активном сопротивлении 8 электрической цепи 7. В случае доминирования монохроматической частоты внешней возмущающей вибрации путем подстройки величины регулируемой индуктивности 9 устанавливается резонансный режим токов в электрической цепи 7, что отражается увеличением величины падения напряжения на активном сопротивлении 8, и, подбирая оптимальную величину сопротивления 8, добиваются максимального выделения энергии в качестве тепла на сопротивлении 8, что соответствует максимальному коэффициенту поглощения демпфируемых элементов и сопровождается максимальным уменьшением амплитуды колебаний подвижных контактных пружин 1 или 2.

Эффективность пре,цлагаемой контактной системы иллюстрируется графиками на фиг.2 и 3.

На фиг.2 изображены зависимости относительной амплитуды контактной пружины от уровня возбуждения на первой собственной частоте при отключенной электрической нагрузке, где - амплитуда колебаний контактной пружины без демпфирующих элементов. Ар - амплитуда колебаний контакта с демпфирующими: элементами в виде гибкого мультиморфа, но при отключенной внешней нагрузке и различ- - ном количестве слоев пьезополимерной пленки гибкого мультиморфа(кривая 1 - 2 слоя; кривая 2-4 слоя; кривая 3 - 6 слоев). Из этого графика видно, что при увеличении числа слоев уровень

3Г

вибрации уменьшается, но, с другой стороны, чрезмерное увеличенг - n-tcrra слоев может привести к ухудшению ,,.- намических характеристик контактных пружин.

На фиг.З изображена зависимость относительного уменьшения амплитуды колебаний контактных пружин А-/А. от величины нагрузки, где А - вели- чина амплитуды колебаний контактной пружины при определенной электрической нагрузке (кривая 1 - нагрузка имеет только активньп : характер, кривая 2 - нагрузка индуктивно-актив- ная).

Из графиков на фиг.2 и 3 следует что в результате крепления демпфирующих злементов в виде мультиморфа из слоев пьезополимерио пленки, амплиту- да колебаний уменьшается на 25% (кривая 3 на фиг.2)9 а в последующем, в результате подключения нагрузки оптимальной величины - еще дополнительно на 18% (кривая 2 на фиг.З), Таким образом, в общем случае уровень резонансных вибраций уменьшается на 43% по сравнению с уровнем вибраций контактной пружины без демпфирующих злементов при зтом надо отметить, что используемые в качестве демпфирующих элементов пьезополимерные мультимор- (ры обладают довольно высоким внутренним трением, причем потери на трения еще увеличиваются из-за трения между соседними слоями пьезопленки и клеевых соединений, что способствует увеличению эффективности гашения вредных вибраций.

Так как гибкий пьезополимерный мультиморф не оказывает существенного влияния на жесткостные свойства подвижных контактных пружин, то остаются прежними быстродействие кон99

тактнон системы, а также требуемое

для KoviMyTauHH прижимное усилие.

Ввод в электрическую схему контактной системы переменной индуктивности, с помощью которой устанавливается резонанс токов в электрической цепи позволяет увеличить демпфирующие способности с 10% (кривая I на фиг.З) до 18% (кривая 2).

Предлагаемую контактную систему целесообразно применять в тех случаях, когда к процессу коммутации выдвигаются повышенные требования в надежности и работоспособности, а коммутационная аппаратура подвергается интенсивному вибрационному воздействию, причем в зтом случае возможно слежение за количеством выделяемой гибким мультиморфом энергии, что позволяет осуществлять контроль работоспособности контактной системы и прогнозировать момент возникновения в ней аварийного состояния.

Формула изобретения

Контактная система с приспособлением для снижения уровня вибрации, содержащая демпфирующий элемент, вы- полненный в виде пластинообразного пьезоэлемента, установленного в зоне наибольшей деформации и замкнутую электрическую цепь, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения веса, габаритов и повьш1ения эффективности, пьезоэлемент выполнен в виде гибкого мультиморфа из электрически последовательно соединенных и склеенных между собой слоев поляризованной, металлизированной пьезопо- лимерной пленки, а электрическая цепь вьшолнена в виде резонансного контура.

5 W 15 20 25 m/s a--

Фи€, Z

M

Of

OJ Of 0.5

W

100 КЛ

KH

(риг.З

Изобретение относится к электромеханическим устройствам и может найти применение для повьтения виброустойчивости электромеханических реле, предназначенных для коммутации токов большой величины. Цель изобретения - уменьшение веса, габаритов и повышение эффективности гашения вибраций. Под воздействием внешних возмущающих вибраций или в момент коммутации контактные пружины (КП) Г и 2 начинают колебаться, потенциальная составляющая колебательной энергии концентрируется у места защемления КП 1 и 2. При закреплении в этой зоне демпфирующих элементов и гибкого мультимор- фа (ГМ) 4 слои последнего вьшолняют функцию пассивных вибропоглощающих покрытий. Из-за возникновения пьезо- эффекта при деформации слоев ГМ 4 вырабатывает электрические заряды, которые поступают в электрическую цепь, вьтолненную в виде замкнутого колебательного контура. Колебательная энергия подвижных частей контактной системы КП 1 и 2 дополнительно преобразуется в электрическую, отводится от конструкции и в качестве тепла вьщеляется на активном сопротивлении (ДС) в электрической цепи 7. Регулируя индуктивность 9, устанавливают резонансный режим токов в электрической цепи 7. На АС 8 увеличивается падение напряжения и, подбирая оптималы- ную величину АС 8, добиваются максимального вьщел ения энергии (тепла) на АС 8, что сопровождается максимальным уменьшением амплитуды колебаний КП 1 и 2. 3 ил. (Л ОЭ Од СО Э L8 фиг.;

Редактор А.Ревин

Составитель М.Трофимова

Техред М.ДИДык Корректор М.Демчик

Заказ 3967/48 Тираж 697Подписное

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