Электромагнитное реле времени

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1 К АВ водственное элекое обьединение ирова ство СССР/00, 1988,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ(57) Использование: относится к электротехнике, Целью изобретения является упрощение конструкции;омпенсатора 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 каЯ 2 177574 Н 01 Н 50/86, 37/10 тушкой 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 пласти.ч 13, симметрично расположенных по обе стороны рейки 8, закрепленных своими концами 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 ус- тановлены 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.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в коммутационных электрических аппаратах с электромагнитным замедлением времени отпуска, в частности, в электромагнитных реле времени.Известны и широко применяются элек. тромагнитные 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 мерной 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 окружающейсреды от -40 до +бОС, то выдержка времени может изме.няться 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 темпвратуре 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 жеэто позволило бы уменьшить соответственно число витков и массу обмоточного провода катушки реле.5. Наиболее близким к предлагаемомуизобретению по технической сущности является электромагнитное реле времени, содержащее магнитопровод с размещеннымина его цилиндрическом керне демпферной10 гильзой и включающей катушкой, якорь свозвратной пружиной, связанный с контактной системой и термобиметаллическийкомпенсатор температурной погрешностипо выдержке времени в виде набора термо 15 чувствительных мембран и промежуточныхэлементов, размещенного в глухом отверстии цилиндрического керна магнитопровода и воздействующего через упругийэлемент и толкатель на якорь во включен 20 ном положении реле.Однако выполнение реле с таким компенсатором весьма трудоемко и доростояще из-за сложности конструкциикомпенсатора и высоких требований к точ 25 ности изготовления его элементов. Так необходимо с высокой точностью и высокойчистотой сопрягаемых поверхностей выполнять мембраны, промежуточные элементы иглухое отверстие в магнитопроводе, по 30 скольку наличие шероховатостей, заусеници т,п., не соблюдение точности зазоров между стенками отверстия и перемещающимися в нем мембранами и промежуточнымиэлементами приводит к их заклиниванию,35 перекосам и т,п, Кроме того, при сборке.компенсатора необходимо заложить в глухое отверстие магнитопровода поочередноболее двух десятков термобиметаллическихмембран и промежуточных элементов, стро 40 го соблюдая требуемую ориентацию активных и пассивных слоев мембран. и выступовпромежуточных элементов, Например,ошибка в ориентации слоев мембран приводит не к устранению температурной по 45 грешности реле, а к ее резкомувозрастанию. К тому же такой компенсаторне оказывает стабилизирующего воздействия на напряжение срабатывания реле,Целью изобретения является упроще 50 ние конструкции компенсатора температурной погрешности по выдержке времени истабилизация напряжения срабатыванияреле при изменении температуры окружающей среды,55 Укаэанная цель достигается тем, чтоэлектромагнитное реле времени, содержащее магнитопровод с размещенными нанем демпферной гильзой и включающей катушкой, якорь с возвратной пружиной, связанный с контактной системой черезуказанных тэГ .льчатых шайб выполнена с центральной п,срезью, указанная контактная рейка снабжена двумя пластинчатыми упорами, расположенными на противоположных сторонах рейки напротив основания реле, при этом каждый из указанных 10 пластинчатых упоров выполнен с выступом, указанный компенсатор выполнен в виде двух термобиметаллических пластин, каждая из упомянутых термобиметаллических 15 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 20 выступов плэстинчатых 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 25 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 30 же, вид сверху; на фи,3 - узел соединения термобиметаллических пластин с контактной щкой реле через упругие элементы; на фиг,4 - кинематическэя схема предлагаемого реле (стрелки указывают направления действующих усилий) Ргм - усилие электромагнитного притяжения; Р, - усилие отключающей пружины; Рк - усилие контактной пружины; Рпк - усилие пружины компенсатора; 2 Рпк 3 и р- составляющая усилий Рпк, направленная вдоль оси контактной рейки (вертикэльная составляющая); + Вх - направление прогиба термобиметаллических пластин компенсатора при,овышении температуры окружающей ср;ды; - г.й - то же при понижении температуры окружающей среды; нэ фиг,5 - механические характеристики предлагаемого реле; а - а - характеристика контактных пружин реле (суммарная) б - б - хэрэктеристика отключающей пружины; в - в - характеристика пружин компенсэторэ (вертикальная составляю 35 40 45 50 55 щая) при нормальной температуре окружающей среды (+20 С); г - г - то же при температуре среды +60 С; д -. д - то же, при температуре среды -40 С; е - е - механическая характеристика реле при нормальной контактную рейку и компенсатор температурной погрешности по выдержке времени, снабжено двумя упругими элементами и четырьмя тарельчатыми шайбами, каждая из температуре среды ( 20 С); ж - ж - то же при температуре среды +60 С; э - з - то же при температуре среды -40 С: Рг, Рз - отрывные усилия якоря; Р 1, Р 2, Рз - отрывные усилия .якоря; Р 1, Рр., Рз - усилия, препятствующие включениюреле; Л 1, Л, Л - зазоры якоря, при которых изменяется направление усилий пружин компенсатора.Реле содержит электромагнитную систему клапанного типа и контактную систему мостикового типа.Электромагнитная система состоит иэ О-образного магнитопроводэ 1, якоря 2 и включающей катушки 3. В пластмассовый каркас катушки 3 эапрессована массивная медная демпфирующая гильза 4, Магнитопровод 1 своей изогнутой частью залит в силуминовое основание 5, которое служит одновременно дополнительным демпфером электромагнитной системы.Контактная система состоит из неподвижных контактов 6 и подвижных мостиковых контактов 7, связанных через контактную рейку 8 и скобу 9 с якорем 2, который удерживается в исходном положении регулируемой возвратной пружиной 10 и упорным винтом 11,Грубая (ступенчатая) регулировка выдержки времени реле осуществляется установкой немагнитной и рокладки 12 соответствующей толщины, а плавная - изменением натяжения пружины 10. Напряжение срабатывания реле при включении регулируется изменением рабочего зазора магнитопровода (между якорем и керном) с помощью винта 11 в пределах определенных допусков, Обычно выдержка времени и напряжение срабатывания устанавливаются заводом-изготовителем при температуре окружающей среды 20 + 5 С и холодной катушке реле,Узел компенсации температурной погрешности по выдержке времени и напряжению срабатывания состоит (см.фиг.Э) из 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 снабженных 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 упругие элементы - винтовые пружины 18, опирающиеся на тарельчэтые нлйбы 19. имеющие центральнь;е прорези 20, энэло. гичные по форме сечению .,с", :н 15 и 1 б надетые на эти выступы с зэзп; и, доста 1775748точными для качения шайб на выступах, По- усилие электромагнитного притяжения яколожение выступов 15 относительно высту- ря 2 станет меньше суммарного отрывного пов 16 в исходном положении рейки 8 усилия, создаваемого пружинами 10 и 18, а регулируется посредством прокладок, раз- также контактными пружинами. Возврат мещаемых при регулировке между скобой 5 якоря 2 вместе со скобой 9 и рейкой 8 в 14 и пластинами 13, исходное положение (т,е. до упора в винт 11)Реле работает следующим образом. приводит к замыканию контактов б и 7, СоПри подаче питания на катушку 3 якорь 2, ответственно в исходное положение возпреодолевая усилия пружины 10 и пружин вращаются и пружины 18, а вертикальная 18, а затем и контактных пружин притягива составляющая их усилий вновь меняет свое ется к магнитопроводу 1 на расстояние, ог- направление на противоположное электрораничиваемое толщиной немагнитной магнитномуусилию,прокладки 12. Связанная с якорем 2 скобой Компенсация температурной погреш контактная рейка 8, перемещаясь вверх, ности реле по выдержке времени и напряразмыкает контакты би 7. Пружины 18,упи жению срабатывания при изменении рающиеся в пластины 13 и упоры 17 через температуры окружающей среды происхошайбы 19, надетые своими прорезями 20 на дит следующим образом. При постепенном выступы 15 и 16, поворачиваются в процес- увеличении температуры окружающей сресе перемещения рейки 8 относительно пла- ды соответственно растет и температура стин 13 так, что угол р (см,фиг.4) между 20 всехдеталейиузловреле, втомчисле,гильплоскостьюэтих пластин иосями пружин 18 зы 4, основания 5 и обмотки катушки 3, изменяегся как по величине, так и знаку. сопротивление которых электрическому тоСоответственно происходит изменение ку при этом возрастает. Выдержка времени как по величине, так и по направлению уси- (по сравнению с первоначально установленлия, создаваемого пружинами 18 вдоль оси 25 ной при+20 С) должна была бы уменьшить- рейки 8, При малых углах риэменение этого ся из-за более быстрого затухания вихревых усилия по ходу якоря 2 происходит практи-. потоков в гильзе 4 и основании 5 и, следовачески линейно (см, в - в на фиг.5), Причем в тельно, более быстрого спадания магнитно- исходном положении вертикальная состав- го потока от установившегося значения до ляющая усилий пружин 18 направлена вниз 30 величины, при которой происходит отпада(см,фиг.4), а при перемещении упоров 17 ние якоря реле. Однакопластины 13 также рейки 8 в плоскость пластин 13 эта состав- приобретают повышенную температуру окляющая становится равной нулю (точка Ь ружающей среды и деформируются вслед- кривой в - в на фиг,5) и затем меняет свое ствие возникающих в них внутренних направление на противоположное, т.е, из 35 механических напряжений, прогибаясь противодействующего в исходном положе- вниз. Соответственно смещаются.(в направнии якоря 2 усилие пружин 18 становится лении стрелки + й на фиг.4) выступы 15 согласным с электромагнитным усилием во пластин 13, что при неизменных исходном включенном положении реле (притянутое положении упоров 17 и ходе рейки 8 приво- положение якоря 2), 40 дит к уменьшению угла р в исходном полоЬеханическая характеристика реле жении и к увеличению угла у во включеннОм (крива е - е на фиг.5) является суммой ха- положении реле, В связи с этим снижается рактеристик контактных пружин(кривая а - противодействующее усилие пружин 18 в а), отключающей пружины 10 (кривая б - б) исходном положении и возрастает согласи пружин 18(кривая в - в), Причем усилие Р 1 45 ное с электромагнитным усилием во вклюявляется отрывным для притянутого якоря 2 ченном положении реле (см.кривую г - г с реле и предопределяет при нормальной нулевой точкой Й (на фиг.5). Так как на температуре окружающей среды (+20 С). усилия контактных и отключающей пружин выдержку времени реле, а усилие Р 1 проти- повышение температуры окружающей среводействует притяжению якоря в исходном 50 ды не оказывает влияния, то соответствую- положении и предопределяет напряжение щая механическая характеристика реле срабатывания реле при тех же условиях; . (кривая ж - ж) будет лежать ниже, чем приПри отключении катушки 3 магнитный нормальнойтемпературе(+20 С) на величипоток в магнитопроводе 1 реле спадает за- ну изменения усилий пружин 18, т,е. отрывмедленноиз-за возникновения в гильзе 4 и 55 ное усилие Р 2 и противодействующее в основании 5 вихревых токов, стремящихся включению Рг будут меньше усилий Р 1 и Р 1 поддерживать спадающий поток. Поэтому соответственно, Поэтому отрыв якоря 2 проякорь 2 реле отпадает только после опреде- изойдет при меньшем значении спадающеленной выдержки времени и тогда, когда го потока и выдержка времени возрастет, 1775748 10Очевидно, что компенсация температурнойпогрешности по выдержке времени будетполной, если ее увеличение из-за сниженияотрывного усилия будет равно уменьшениюее вследствие возрастания сопротивления 5гильзы 4 и основания 5.Одновременно уменьшение противодействующего усилия Р 2 по сравнению с Р 1приводит к соответствующему снижениютока срабатывания реле, а это при увеличении сопротивления обмотки катушки 3 ведет к тому, что напряжение срабатыванияреле остается практически неизменным приповышении температуры окружающей среды. 15При постепенном снижении температуры окружающей среды (по сравнению с нормальной температурой +20 С) соответственно уменьшается сопротивление гильзы4, основания 5 и обмотки катушки 3, что 20должно было бы привести к увеличению выдержки времени при отключении реле и кснижению напряжения срабатывания релепри его включении. Однако пластины 13,приобретая пониженную температуру окружающей среды, деформируются, прогибаясь вверх, Соответственно смещаю 1 ся (внаправлении стрелки - й на фиг.4) выступы15 пластин 13, что приводит к увеличениюпротиводействующего усилия пружин 18 в 30исходном положении и к снижению согласного с электромагнитным усилия во вклюценном положении рел(см.кривую д - д снулевой точкой й на фиг.5). Поэтому механическая характеристика реле при пониженной температуре окружающей среды(кривая з - з на фиг,5) лежит выше, чем принормальной температуре. Соответственноотрывное усилие Рз и противодействующеевключению Рз будут больше усилий Р 1 и Р 1 40Поэтому отрыв якоря 2 произойдет прибольшем значении спадающего магнитногопотока и выдержка времени уменьшитьсядо установленной при нормальной темпера;туре величины, 45Одновременно возрас ание противодействующего усилия Рз па сравнению с Р 2ведет к соответствующему возрастанию тока срабатывания реле, а это при снижениисопротивления обмотки катушки 3 приводит 50к сохранению неизменным напряжениясрабатывания реле,Таким образом, работа компенсирующих элементов реле сводится к таким изменениям отрывных усилий якоря и усилий, 55противодействующих включению реле. которые во всем рабочем диапазоне температур окружающей реле среды соответствовали бы необходимым изменениям выдержки времени и напряжения срабатывания навеличины, противоположные их температурным погрешностям. Исходя из этого, ирассчитываются рабочие характеристикикомпенсирующего устройства и, в том числепружин 18.Автоматическая компенсация температурной погрешности по выдержке времении напряжению срабатывания электромагнитных реле позволяет четко выдержать заданный цикл работы управляемых илиэлектроприводных (или иных) механизмовнезависимо от времени года (лето или зима).Это важно, например, для палубного электрооборудования судов морского флота,электрооборудования портальных механизмов, механизмов открытых карьеров в горнодобывающей промышленности и т,п.Проведенные в ЛПЭО "Электросила"испытания макета предлагаемого электромагнитного реле времени, выполненного набазе реле времени типа КУВА, показали,что уставка выдержки времени, равная 3,1 спри +20 С, изменялась в диапазоне температур окружающей среды от -40 до+60 С впределах от 3,25 до 2,98 с, т.е. отклонениеот уставки времени не превышало 5. В тоже время у макета реле без компенсациитемпературной погрешности в этих же условиях предельные отклонения времени от уставки составляли +24 О, и -16..ЪНапряжение срабатывания макета релепри+20 С составляло 125 В и изменялось вдиапазоне температур среды от -40 С до+60 С в пределах от 117 до 128 В, т,е, отклонение от уставки по напряжению не превышало +2,5 и -6,5 о , У макета безкомпенсатора температурной погрешностив этих же условиях предельные отклонениянапряжения срабатывания реле достигали+15 и -257 ь.Предлагаемое электромагнитное релевремени наиболее целесообразно испольэовать в особо ответственных электроприводах, управляемых в функции времени, атакже во всех случаях, когда требуется независимость цикла работы электроприводного механизма от температуры окружающейсреды,Экономический эффект, который можетбыть получен в результате использованияпредлагаемого реле, заключается, помимообеспечения стабильной при температурных изменениях производительности Злектроприводного механизма (у потребителя).также в снижении 12 массы обмоточногопровода катушки реле(у производителя) т,к.отпадает необходимость в дополнительныхампервитках, создающих намагничиеающую силу, компенсирующая ув,.оо ни го 17 75748противления катушки при повышенной теглпературе 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, о т л и ч а ю щ е е с я 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 5 пластин, каждая из упомянутых термобиметаллических пластин выполнена с выступом так, что термобиметаллическая пластина имеет Т-образную форму, термобиметаллические пластины установлены так, что меж ду выступом каждой из пластин и одним извыступов пластинчатых упоров установлены указанные один упругий элемент и две тарельчатых шайбы, причем прорезь одной из шайб предназначена для в едения в нее 15 выступа термобиметаллической пружины, апрорезь другой - для выступа пластинчатого упора, при этом упомянутый упругий элемент фиксируется между указанными тарельчатыми шайбами, а оба конца каждой 20 термобиметаллической пластины закреплены на неподвижных частях реле,