Электромагнитное реле времени Советский патент 1992 года по МПК H01H50/86 H01H37/10 

Изобретение от носится к электротехнике и может быть использовано в коммутаци- онных электрических аппаратах с электромагнитным замедлением времени отпуска, в частности, в электромагнитных реле времени

Известны и широко применяются электромагнитные реле времени, в которых выдержка времени при отпускании электромагнита достигается при помощи массивной гильзы-демпфера, выполненной из материала с высокой электропроводностью (например, из меди) и размещенной на магнитопроводе реле

При отключении катушки этого реле, питающейся от источника постоянного тока, в гильзе-демпфере возникают вихревые токи, стремящиеся поддержать спадающий магнитный поток. Поэтому якорь реле отпадает не сразу, а после достижения замедленно спадающим потоком значения отпуска.

Однако на выдержку времени таких реле большое влияние оказывает температура медной гильзы, а именно: с увеличением температуры возрастает сопротивление гильзы, ускоряется затухание тока в ней и наоборот Поэтому выдержка времени обратно пропорциональна этому сопротивлению. Если учесть, что такие реле предназначены для работы в диапазоне температур окружающей Зсреды от -40 до +60°С, то выдержка времени может изменяться в 1,4 раза, то есть реле обладает существенной температурной погрешностью по выдержке времени. Управляемый таким реле процесс (например, пуск электродвигателя исполнительного механизма в Функции времени) не будет стабильным при изменении температуры окружающей среды, а это не допустимо в целом ряде случаев. Кроме того, при указанных выше изменениях температуры окружающей среды в 1,4 раза будет изменяться и сопротивление обмотки включающей катушки реле. Следовательно, напряжение на обмотке, при котором срабатывает реле, также будет в 1,4 раза больше при температуре среды +60°С по сравнению с напряжением срабатывания при температуре -40°С Обычно включающая катушка реле рассчитывается по напряжению срабатывания при худших условиях (т е. в данном случае при температуре среды +60°С). Но такое напряжение при температуре -40°С будет уже избыточным, вызывающим не оправдано высокую намагничивающую силу, приводящую к большим динамическим нагрузкам на элементы реле при его включении Поэтому для целого ряда объектов желательно, чтобы напряжение срабатывания реле мало зависело от

температуры окружающей среды К тому же это позволило бы уменьшить соответственно число витков и массу обмоточного провода катушки реле.

Наиболее близким к предлагаемому

изобретению по технической сущности является электромагнитное реле времени, содержащее магнитопровод с размещенными на его цилиндрическом керне демпферной

0 гильзой и включающей катушкой, якорь с возвратной пружиной, связанный с контактной системой и термобиметаллический компенсатор температурной погрешности по выдержке времени в виде набора термо5 чувствительных мембран и промежуточных элементов, размещенного в глухом отверстии цилиндрического керна магнитопрово- да и воздействующего через упругий элемент и толкатель на якорь во включен0 ном положении реле.

Однако выполнение реле с таким компенсатором весьма трудоемко и доростоя- ще из-за сложности конструкции компенсатора и высоких требований к точ5 ности изготовления его элементов. Так необходимо с высокой точностью и высокой чистотой сопрягаемых поверхностей выполнять мембраны, промежуточные элементы и глухое отверстие в магнитопроводе, по0 скольку наличие шероховатостей, заусениц и т.п., не соблюдение точности зазоров между стенками отверстия и перемещающимися в нем мембранами и промежуточными элементами приводит к их заклиниванию,

5 перекосам и т.п. Кроме того, при сборке компенсатора необходимо заложить в глухое отверстие магнитопровода поочередно более двух десятков термобиметаллических мембран и промежуточных элементов, стро0 го соблюдая требуемую ориентацию активных и пассивных слоев мембран и выступов промежуточных элементов. Например, ошибка в ориентации слоев мембран приводит не к устранению температурной по5 грешности реле, а к ее резкому возрастанию. К тому же такой компенсатор не оказывает стабилизирующего воздействия на напряжение срабатывания реле Целью изобретения является упроще0 ние конструкции компенсатора температурной погрешности по выдержке времени и стабилизация напряжения срабатывания реле при изменении температуры окружающей среды

5 Указанная цель достигается тем, что электромагнитное реле времени, содержащее магнитопровод с размещенными на нем демпферной гильзой и включающей катушкой, якорь с возвратной пружиной, связанный с контактной системой через

контактную рейку и компенсатор температурной погрешности по выдержке времени, снабжено двумя упругими элементами и четырьмя тарельчатыми шайбами, каждая из указанных тарельчатых шайб выполнена с центральной прорезью, указанная контактная рейка снабжена двумя пластинчатыми упорами, расположенными на противоположных сторонах рейки напротив основания реле, при этом каждый из указанных пластинчатых упоров выполнен с выступом, указанный компенсатор выполнен в виде двух термобиметаллических пластин, каждая из упомянутых термобиметаллических пластин выполнена с выступом таким образом, что термобиметаллическая пластина имеет Т-образную форму, термобиметаллические пластины установлены так, что между выступом каждой из пластин и одним из выступов пластинчатых упоров установлены указанные один упругий элемент и две тарельчатые шайбы, причем прорезь одной из шайб предназначена для введения в нее выступа термобиметаллической пружины, а прорезь другой -для выступа пластинчатого упора, при этом упомянутый упругий элемент фиксируется между указанными тарельчатыми шайбами, а оба конца каждой термобиметаллической пластины закреплены на неподвижных частях реле.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого реле воемени; на фиг.2 - то же, вид сварху; на фи& ,3 - узел соединения термобиметаллических пластин с контактной рейкой реле через упругие элементы; на фиг.4 - кинематическая схема предлагаемого реле (стрелки указывают направления действующих усилий) - усилие электромагнитного притяжения; Рв -усилие отключающей пружины; Рк - усилие контактной пружины; Рпк - усилие пружины компенсатора; 2Рпк sin (ft- составляющая усилий Рпк, направленная вдоль оси контактной рейки (вертикальная составляющая); + At - направление прогиба термоЕмметаллических пластин компенсатора при ,-овышении температуры окружающей - At - то же при понижении температуры окружающей среды; на фиг.5 - механические характеристики предлагаемого реле; а - а - характеристика контактных пружин реле (суммарная) б - б - характеристика отключающей пружины; в - в - характеристика пружин компенсатора (вертикальная составляющая) при нормальной температуре окружающей среды (+20°С); г - г - то же при температуре среды -t 60°С; д - д - то же, при температуре среды -40°С; е - е - механическая характеристика репе при нормальной

температуре среды (20°С); ж- ж тоже при температуре среды -60°С; з -- з - то же при температуре среды-40°С; 2. Р.З- отрывные усилия якоря; Pi, Ра, РЗ - отрывные усилия 5 .якоря; PI , Р2 , Рз - усилия, препятствующие включению реле; Ai, Дз, Аз зазоры якоря, при которых изменяется направление усилий пружин компенсатора.

Реле содержит электромагнитную сис- 10 тему клапанного типа и контактную систему мостикового типа.

Электромагнитная система состоит из

U-образного магнитопровода 1, якоря 2 и

включающей катушки 3. В пластмассовый

15 каркас катушки 3 запрессована массивная

медная демпфирующая гильза 4. Магнитопровод 1 своей изогнутой частью залит в

силуминовое основание 5, которое служит

одновременно дополнительным демпфе20 ром электромагнитной системы.

Контактная система состоит из неподвижных контактов 6 и подвижных мостико- вых контактов 7, связанных через контактную рейку 8 и скобу 9 с якорем 2, 5 который удерживается в исходном положении регулируемой возвратной пружиной 10 и упорным винтом 11.

Грубая (ступенчатая) регулировка выдержки времени реле осуществляется уста- 0 новкой немагнитной прокладки 12 соответствующей толщины, а плавная - изменением натяжения пружины 10. Напряжение срабатывания реле при включении регулируется изменением рабочего зазора 5 магнитопровода (между якорем и керном) с помощью винта 11 в пределах определенных допусков. Обычно выдержка времени и напряжение срабатывания устанавливаются заводом-изготовителем при температуре 0 окружающей среды 20 ± 5°С и холодной катушке реле.

Узел компенсации температурной погрешности по выдержке времени и напряжению срабатывания состоит (см.фиг.3) из 5 двух термобиметаллических Т-образных пластин 13, симметрично расположенных по обе стороны рейки 8, закрепленных своими концами на жестко установленной на основании 5 фигурной скобе 14 и снабжен- 0 ных выступами 15; аналогичными выступам 16 металлических пластинчатых упоров 17, запрессованных в контактной рейке 8 встречно выступам 15 пластин 13. Между пластинами 13 и упорами 17 установлены 5 упругие элементы - винтовые пру.хины 18, опирающиеся на тарельчатые шлйбы 19. имеющие центральные прореви 20. лнало- гичные по форме сечению пмс 15 и 16 надетые на эти выступы с зязор--.и, достаточными для качения шайб на выступах, Положение выступов 15 относительно выступов 16 в исходном положении рейки 8 регулируется посредством прокладок, размещаемых при регулировке между скобой 14 и пластинами 13.

Релз работает следующим образом. При подаче питания на катушку 3 якорь 2, преодолевая усилия пружины 10 и пружин 18, а затем и контактных пружин притягивается к магнитопроводу 1 на расстояние, ограничиваемое толщиной немагнитной прокладки 12. Связанная с якорем 2 скобой 9 контактная рейка 8, перемещаясь вверх, размыкает контакты 6 и 7. Пружины 18, упирающиеся в пластины 13 и упоры 17 через шайбы 19, надетые своими прорезями 20 на выступы 15 и 16, поворачиваются в процессе перемещения рейки 8 относительно пластин 13 так, что угол f (см.фиг.4) между плоскостью этих пластин и осями пружин 18 изменяется как по величине, так и знаку.

Соответственно происходит изменение как по величине, так и по направлению усилия, создаваемого пружинами 18 вдоль оси рейки 8. При малых углах изменение этого усилия по ходу якоря 2 происходит практически линейно (см. в - в на фиг.5). Причем в исходном положении вертикальная составляющая усилий пружин 18 направлена вниз (см.фиг.4), а при перемещении упоров 17 рейки 8 в плоскость пластин 13 эта составляющая становится равной нулю (точка Дт кривой в - в на фиг 5) и затем меняет свое направление на противоположное, т.е. из противодействующего в исходном положении якоря 2 усилие пружин 18 становится согласным с электромагнитным усилием во включенном положении реле (притянутое положение якоря 2),

Механическая характеристика реле (крива е - е на фиг.5) является суммой характеристик контактных пружин (кривая а - а), отключающей пружины 10 (кривая б - б) и пружин 18 (кривая в-в) Причем усилие Pi гвляется отрывным для притянутого якоря 2 реле и предопределяет при нормальной температуре окружающей среды (+20°С) выдержку времени реле, а усилие PI противодействует притяжению якоря в исходном положении и предопределяет напряжение срабатывания реле при тех же условиях.

При отключении катушки 3 магнитный поток в магнитопроводе 1 реле спадает замедленно из-за возникновения в гильзе 4 и в основании 5 вихревых токов, стремящихся поддерживать спадающий поток. Поэтому якорь 2 реле отпадает только после определенной выдержки времени и тогда, когда

усилие электромагнитного притяжения якоря 2 станет меньше суммарного отрывного усилия, создаваемого пружинами 10 и 18, а также контактными пружинами. Возврат

якоря 2 вместе со скобой 9 и рейкой 8 в исходное положение (т.е. до упора в винт 11) приводит к замыканию контактов б и 7. Соответственно в исходное положение возвращаются и пружины 18, а вертикальная

0 составляющая их усилий вновь меняет свое направление на противоположное электромагнитному усилию.

Компенсация температурной погрешности реле по выдержке времени и напря5 жению срабатывания при изменении температуры окружающей среды происходит следующим образом. При постепенном увеличении температуры окружающей среды соответственно растет и температура

0 всех деталей и узлов реле, в том числе, гильзы 4, основания 5 и обмотки катушки 3, сопротивление которых электрическому току при этом возрастает. Выдержка времени (по сравнению с первоначально установлен5 ной при +20°С) должна была бы уменьшиться из-за более быстрого затухания вихревых потоков в гильзе 4 и основании 5 и, следовательно, более быстрого спадания магнитного потока от установившегося значения до

0 величины, при которой происходит отпадание якоря реле. Однако пластины 13 также приобретают повышенную температуру окружающей среды и деформируются вследствие возникающих в них внутренних

5 механических напряжений, прогибаясь вниз. Соответственно смещаются (в направлении стрелки + At на фиг.4) выступы 15 пластин 13, что при неизменных исходном положении упоров 17 и ходе рейки 8 приво0 дит к уменьшению угла р в исходном положении и к увеличению угла (р во включенном положении реле. В связи с этим снижается противодействующее усилие пружин 18 в исходном положении и возрастает соглас5 мое с электромагнитным усилием во включенном положении реле (см.кривую г - г с нулевой точкой Д (на фиг.5). Так как на усилия контактных и отключающей пружин повышение температуры окружающей сре0 ды не оказывает влияния, то соответствующая механическая характеристика реле (кривая ж - ж) будет лежать ниже, чем при нормальной температуре (+20°С) на величину изменения усилий пружин 18. т.е. отрыв5 ное усилие Рг и противодействующее включению Р21 будут меньше усилий Pi и Pi соответственно. Поэтому отрыв якоря 2 произойдет при меньшем значении спадающего потока и выдержка времени возрастет

Очевидно, что компенсация температурной погрешности по выдержке времени будет полной, если ее увеличение из-за снижения отрывного усилия будет равно уменьшению ее вследствие возрастания сопротивления гильзы 4 и основания 5.

Одновременно уменьшение противодействующего усилия Р2 по сравнению с Pi приводит к соответствующему снижению тока срабатывания реле, а это при увеличении сопротивления обмотки катушки 3 ведет к тому, что напряжение срабатывания реле остается практически неизменным при повышении температуры окружающей среды.

При постепенном снижении температуры окружающей среды (по сравнению с нормальной температурой +20°С) соответственно уменьшается сопротивление гильзы 4, основания 5 и обмотки катушки 3, что должно было бы привести к увеличению выдержки времени при отключении реле и к снижению напряжения срабатывания реле при его включении. Однако пластины 13. приобретая пониженную температуру окружающей среды, деформируются, прогибаясь вверх. Соответственно смещаются (в направлении стрелки -At на фиг.4) выступы 15 пластин 13, что приводит к увеличению противодействующего усилия пружин 18 в исходном положении и к снижению согласного с электромагнитным усилия во включенном положении рел,., (см.кривую д - д с нулевой точкой Дз на фиг.5). Поэтому механическая характеристика реле при пониженной температуре окружающей среды (кривая з - з на фиг.5) лежит выше, чем при нормальной температуре. Соответственно отрывное усилие Рз и противодействующее включению РЗ будут больше усилий Pi и Р1 Поэтому отрыв якоря 2 произойдет при большем значении спадающего магнитного потока и выдержка времени уменьшиться до установленной при нормальной темпера: туре величины.

Одновременно возрастание противодействующего усилия Рз по сравнению с PZ ведет к соответствующему возрастанию тока срабатывания реле, а это при снижении сопротивления обмотки катушки 3 приводит к сохранению неизменным напряжения срабатывания реле.

Таким образом, работа компенсирующих элементов реле сводится к таким изменениям отрывных усилий якоря и усилий, противодействующих включению реле, которые во всем рабочем диапазоне температур окружающей реле среды соответствовали бы необходимым изменениям оыдержки времени и напряжения срабатывания на величины, противоположные их температурным погрешностям. Исходя из этого, и рассчитываются рабочие характеристики 5 компенсирующего устройства и. в том числе пружин 18.

Автоматическая компенсация температурной погрешности по выдержке времени и напряжению срабатывания электромаг- 10 нитных реле позволяет четко выдержать заданный цикл работы управляемых или электроприводных (или иных) механизмов независимо от времени года (лето или зима). Это важно, например, для палубного элект- 5 рооборудования судов морского флота, электрооборудования портальных механизмов, механизмов открытых карьеров в горнодобывающей промышленности и т.п. Проведенные в ЛПЭО Электросила

0 испытания макета предлагаемого электромагнитного реле времени, выполненного на базе реле времени типа КУВ-12А, показали, что уставка выдержки времени, равная 3,1 с при +20°С, изменялась в диапазоне темпе5 ратур окружающей среды от -40° до +60°С в пределах от 3.25 до 2,98 с, т.е. отклонение от уставки времени не превышало 5%. В то же время у макета реле без компенсации температурной погрешности в этих же усло0 виях предельные отклонения времени от уставки составляли +24% и -16%.

Напряжение срабатывания макета реле при +20°С составляло 125 В и изменялось в диапазоне температур среды от -40°С до

5 +60°С в пределах от 117 до 128 В, т.е. отклонение от уставки по напряжению не превышало +2,5% и -6,5%. У макета без компенсатора температурной погрешности в этих же условиях предельные отклонения

0 напряжения срабатывания реле достигали +15% и-25%.

Предлагаемое электромагнитное реле времени наиболее целесообразно использовать в особо ответственных электропри5 водах, управляемых в функции времени, а также во всех случаях, когда требуется независимость цикла работы электроприводного механизма от температуры окружающей среды.

0 Экономический эффект, который может быть получен в результате использования предлагаемого реле, заключается, помимо обеспечения стабильной при температурных изменениях производительности элект5 роприводного механизма (у потребителя). также в снижении 12% массы обмоточного провода катушки реле (у производителя) т, к. отпадает необходимость в дополнительных ампервитках, создающих мама НИЧИЕЭЮ- щую силу, компенсирующую :ние сопротивления катушки при повышенной температуре окружающей среды

Формула изобретения Электромагнитное реле времени, содержащее магнитопровод с размещенными на нем демпферной гильзой и включающей катушкой, якорь с возвратной пружиной, связанный с контактной системой через контактную рейку и компенсатор температурной погрешности по выдержке времени, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции компенсатора и стабилизации напряжения срабатывания реле при изменении температуры окружающей среды, оно снабжено двумя упругими элементами и четырьмя тарельчатыми шайбами, каждая из указанных тарельчатых шайб выполнены с центральной прорезью, указанная контактная рейка снабжена двумя пластинчатыми упорами, расположенными на противоположных сторонах рейки

напротив основания, реле, при этом каждый из указанных пластинчатых упоров выполнен с выступом, указанный компенсатор выполнен в виде двух термобиметаллических

пластин, каждая из упомянутых термобиметаллических пластин выполнена с выступом так, что термобиметаллическая пластина имеет Т-образную форму, термобиметаллические пластины установлены так, что между выступом каждой из пластин и одним из выступов пластинчатых упоров установлены указанные один упругий элемент и две тарельчатых шайбы, причем прорезь одной из шайб предназначена для Виэдения в нее

выступа термобиметаллической пружины, а прорезь другой -для выступа пластинчатого упора, при этом упомянутый упругий элемент фиксируется между указанными тарельчатыми шайбами, а оба конца каждой

термобиметаллической пластины закреплены на неподвижных частях реле.

Использование: относится к электротехнике. Целью изобретения является упрощение конструкции чомпенсатора и стабилизация напряжения срабатывания реле пои изменении температуры окружающей среды. Сущность изобретения: электромагнитное реле времени содержит магнитопровод 1 с размещенными на нем демпферной гильзой 4 и включающей катушкой 3, якорь 2 с возвратной пружиной 10. связанный с контактной системой через контактную рейку 8. Узел компенсации температурной погрешности по выдержке времени и напряжению срабатывания состоит из двух термобиметаллических пластин 13, симметрично расположенных по обе стороны рейки 8, закрепленных своими кондами на жестко установленной на основании 5 фигурной скобе 14 и снабженных боковыми выступами, идентичными выступам металлических упоров 17, запрессованных в контактной рейке 8 встречно выступам пластин 13. Между пластинами 13 и упорами 17 установлены упругие элементы .- винтовые пружины 18, опирающиеся на тарельчатые шайбы 19, имеющие центральные отверстия, аналогичные по форме сечению выступов и надетые на эти выступы с зазорами, достаточными для качания шайб на выступах. 5 ил. // сл С ч j ел 4j 00 fc

Фиг. 2

9 17 8

8

Y

2PnK ЈiflV

Фхг-4

ti-tt

Усилие на якоре

О

исходное положение

f (Х&)

якоря