Электромагнитное реле времени

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 01 Н 50/86, 37/10

/Юф .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902418/07 (22) 14.01.91 (46) 15.11.92, Бюл. М 42 (71) Ленинградское производственное электромашиностроительное обьединение

"Электросила" им, С.M.Êèðosà (72) Б.А.Лярский (56) Авторское свидетельство СССР

И 1368930, кл. Н 01 Н 37/00, 1988, (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 ка„„5U,„1775748 А1 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.

1775748

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 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 среды от -40 до

+бО С, 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 же это позволило бы уменьшить соответственно число витков и массу обмоточного провода катушки реле.

5. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является электромагнитное реле времени, содержащее магнитопровод с размещенными на его цилиндрическом керне демпферной

10 гильзой и включающей катушкой, якорь с возвратной пружиной, связанный с контактной системой и термобиметаллический компенсатор температурной погрешности по выдержке времени в виде набора термо15 чувствительных мембран и промежуточных .элементов, размещенного в глухом отверстии цилиндрического керна магнитопровода и воздействующего через упругий элемент и толкатель на якорь во включен20 ном положении реле.

Однако выполнение реле с таким компенсатором весьма трудоемко и доростояще из-за сложности конструкции компенсатора и высоких требований к точ25 ности изготовления его элементов. Так необходимо с высокой точностью и высокой чистотой сопрягаемых поверхностей выполнять мембраны, промежуточные элементы и глухое отверстие в магнитопроводе, по30 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.

35 перекосам и т.п. Кроме того, при сборке. компенсатора необходимо заложить в глухое отверстие магнитопровода поочередно более двух десятков термобиметаллических мембран и промежуточных элементов, стро40 ro соблюдая требуемую ориентацию активных и пассивных слоев мембран. и выступов промежуточных элементов, Например, ошибка в ориентации слоев мембран приводит не к устранению температурной по45 грешности реле, а к ее резкому возрастанию. К тому же такой компенсатор не оказывает стабилизирующего воздействия на напряжение срабатывания реле, Целью изобретения является упроще50 ние конструкции компенсатора температурной погрешности по выдержке времени и стабилизация напряжения срабатывания реле при изменении температуры окружающей среды, 55 Укаэанная 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

1775748

10

20

30

55 контактную рейку и компенсатор температурной погрешности по выдержке времени, снабжено двумя упругими элементами и четырьмя тарельчатыми шайбами, каждая из указанных тар.-.льчатых шайб выполнена с централ ьной п .с резью, 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 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 тарельчатыми шайбами, а оба конца каждой термобиметаллической пластины закреплены на неподвижных частях реле.

Нэ фиг,1 изображена конструкция предлагаемого реле воемени; на фиг.2 — то же, вид сверху; на фи,3 — узел соединения термобиметаллических пластин с контактной я кой реле через упругие элементы; на фиг.4 — кинематическэя схема предлагаемого реле (стрелки указывают направления действующих усилий) Р м — усилие электромагнитного притяжения; Р, — усилие отключающей пружины; PK — усилие контактной пружины; Рпк —. усилие пружины компенсатора; 2P«sin р- составляющая усилий Рпк, направленная вдоль оси контактной рейки (вертикальная составляющая); + hI — направление прогиба термобиметаллических пластин компенсатора при, .овышении температуры окружающей ср-;ды; — Al — то же при понижении температуры окружающей среды; нэ фиг,5 — механические характеристики предлагаемого реле; а — а — характеристика контактных пружин реле (суммарная) б — б — характеристика отключающей пружины; в — в — характеристика пружин компенсаторэ (вертикальная составляющая) 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 температуре среды (- 20 С); ж — ж — то же и ри температуре среды +60 С: э — з — то же при температуре среды -40" С: Р2, Рз — отрывные усилия якоря; P>, Pz, Рз — отрывные усилия .якоря; Р1, Рр., Рз -- усилия, препятствующие включению реле; Л1, Q, Л вЂ” зазоры якоря, при которых изменяется направление усилий пружин компенсатора.

Реле содержит электромагнитную систему клапанного типа и контактную систему мостикового типа.

Электромагнитная система состоит иэ

U-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 неподBMKHblX KOHTBK708 6 M I10pBM)KHblX 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.3) 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 илйбы 19. имеющие центральнь.е прорези 20, аналогичные по форме сечению r.,i(:::, i í 15 «16 надетые на эти выступы с зэз<>п:, и, у ста1775748 точными 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 1 3. исходное положение (т,е. до упора в винт 11)

Реле работает следующим образом. приводит к замыканию контактов 6 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- 10 составляющая их усилий. вновь меняет свое ется к магнитопроводу 1 на расстояние, or- направление на противоположное электрораничиваемое толщиной немагнитной магнитномуусилию, прокладки 12. Связанная с якорем 2 скобой Компенсация температурной погреш9 контактная рейка 8, перемещаясь вверх, ности реле по выдержке времени и напряразмыкает контакты 6 и 7. Пружины 18,упи- 15 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 i3 так, что угол р (см.фиг.4) между 20 всехдеталейи узлов реле, втомчисле, гильплоскостью этих пластин и осями 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 уменьшитьрейки 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 магнитноисходном поло>кении 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. Однакопластины13также рейки 8 в плоскость пластин 13 эта состав- приобретают повышенную температуру окляющая становится равной нулю (точка hi ружающей среды и деформируются вследкривой 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 + ht на фиг.4) выступы 15 согласным с электромагнитным усилием во пластин 13, что при неизменных исходном включенном положении реле (притянутое положенииупоров17иходерейки8привоположение якоря 2), 40 дит к уменьшению угла р в исходном полоЫеханическая 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 — B), Причем усилие Р1 45 ное с электромагнитным усилием во вклюявляется отрывным для притянутого якоря 2 ченном положении реле (cM.êðèâóþ r — r c реле и предопределяет при нормальной нулевой точкой ha (на фиг.5). Так как на температуре окружающей среды (+20 С). усилия контактных и отключающей пружин выдержку времени реле, а усилие Р> проти- повышение температуры окружающей среводействует притяжению якоря в исходном 50 ды не оказывает влияния, то соответствуюположении и предопределяет напряжение щая механическая характеристика реле срабатывания реле при тех же условиях; (кривая ж — ж) будет лежать ниже, чем при

При отключении катушки 3 магнитный нормальнойтемпературе(+20 С) на величипоток в магнитопроводе 1 реле спадает за- ну изменения усилий пружин t8, т,е. отрывмедленноиз-за возникновения в гильзе 4и 55 ное усилие Р2 и противодействующее в основании 5 вихревых токов, стремящихся включению Р2 будут меньше усилий Р1и Р 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

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 5 гильзы 4 и основания 5.

Одновременно уменьшение противодействующего усилия Р2 по сравнению с Р1 приводит к соответствующему снижению тока срабатывания реле, а это при увеличе- 10 нии сопротивления обмотки катушки 3 ведет к тому, что напряжение срабатывания реле остается практически неизменным при повышении температуры окружающей среды. 15

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 20 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 окру- 25 жающей среды, деформируются, прогибаясь вверх, Соответственно смещаю1ся (в направлении стрелки — At на фиг.4) выступы

15 пластин 13, что приводит к увеличению противодействующего усилия пружин 18 в 30 исходном положении и к снижению согласного с электромагнитным усилия во включенном flOllO>KBHMM рел., (см.кривую д — д с нулевой точкой 6з на фиг.5). Поэтому механическая характеристика реле при пони- 35 женной 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 Р1 и Р1 40

Поэтому отрыв якоря 2 произойдет при большем значении спадающего магнитного потока и выдержка времени уменьшиться до установленной при нормальной темпера-. туре величины, 45

Одновременно возрас ание противодействующего усилия Рз по сравнению с Р2 ведет к соответствующему возрастанию тока срабатывания реле, а это при снижении сопротивления обмотки катушки 3 приводит 50 к сохранению неизменным напряжения срабатывания реле, Таким образом, работа компенсирующих элементов реле сводится к таким изменениям отрывных усилий якоря и усилий, 55 противодействующих включению реле. которые во всем рабочем диапазоне температур окружающей реле среды соответствовали бы необходимым изменениям выдержки времени и напряжения срабатывания на величины, противоположные их температурным погрешностям. Исходя из этого, и рассчитываются рабочие характеристики компенсирующего устройства и, в том числе пружин 18.

Автоматическая компенсация температурной погрешности по выдержке времени и напряжению срабатывания электромагнитных 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 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 на базе реле времени типа КУВ-12А, показали, что уставка выдержки времени, равная 3,1 с при +20 С, изменялась в диапазоне температур 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 условиях предельные отклонения времени от уставки составляли +24 ф, и -167,. .Ъ

Напряжение срабатывания макета реле при+20 С составляло 125 В и изменялось в диапазоне 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 . У макета без компенсатора температурной погрешности в этих же условиях предельные отклонения напряжения срабатывания реле достигали

+157ь и -257ь.

Предлагаемое электромагнитное реле времени наиболее целесообразно испольэовать в особо ответственных электроприводах, управляемых в функции времени, а также во всех случаях, когда требуется независимость цикла работы электроприводного механизма от температуры окружающей среды, Экономический эффект, который может быть получен в результате использования предлагаемого реле, заключается, помимо обеспечения стабильной при температурных изменениях производительности Злектроприводного механизма (у потребителя). также в снижении 12 массы обмоточного провода катушки реле (у производителя) т,к. отпадает необходимость в дополнительных ампервитках, создающих намагничиеающую силу, компенсирующая уB. .fit> -:ни» го17 75748 противления 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 меж10 ду 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 введения в нее

15 выступа термобиметаллической пружины, а прорезь 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.

1775748

1775748

Усилие на якоре нее хсение юг. 5

Редактор

Заказ 4036 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Проиаводственнп-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ь / ) о а)

Оз

З Ра

> o

Ъ Е Р (Ъ

0э

6 (+h

О

О

Ь

Ю

1 ТОЩ

О р

Составитель Б.Лярский

Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши