ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ С ПЛОСКИМ П-ОБРАЗНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к реле электромагнитным для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Известно реле электромагнитное, содержащее основание, магнитную систему, состоящую из сердечника, обмоток, намотанных на шпули и размещенных на сердечнике, якоря, контактной системы, груза для возврата якоря, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток, сердечник расположен перпендикулярно основанию, имеет вытянутую форму, замыкании якорем сердечника, происходит вне зоны обмоток. (RU 103975 МПК H01H 51/00).
К недостаткам реле следует отнести отсутствие способа изготовления плоского Π-образного сердечника, его геометрических параметров.
Наиболее близким техническим решением является реле с плоской магнитной системой содержащее основание, магнитную систему, контактную систему, груза для возврата якоря, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток намотанных на катушки и размещенных на сердечнике, сердечник расположен перпендикулярно основанию, имеет вытянутую форму, замыкание якорем сердечника, происходит вне зоны обмоток, сердечник состоит из ярма и двух боковых стержней, имеющих в сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником, изготовленный методом штамповки, или лазерной резкой, или набран из отдельных тонких пластин электротехнической стали, или методом порошковой металлургии и подвергнутый термической обработке (отжигу) (Н.И. Пивоварчик, «Реле с плоской магнитной системой. Способы обеспечения безопасного функционирования». Тезисы Доклада на Третьей международной научно-практической конференция «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе», 27-29.09.11 г.).
К недостаткам данного технического решения следует отнести то, что не определены геометрические размеры сердечника, обеспечивающие механическую прочность сердечника и его магнитные свойства изготовленного методом порошковой металлургии.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы реле.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в исключении процесса коробления спеченного сердечника П-образного формы, снижении объема механической обработки конструкции сердечника П-образного формы полученного методом порошковой металлургии удовлетворяющего техническим требованиям функционирования реле железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов.
Указанный технический результат
по варианту 1 достигается электромагнитным реле с плоским П-образным сердечником, содержащим основание, магнитную систему, контактную систему, груза для возврата якоря, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток намотанных на катушки и размещенных на сердечнике, якоря, сердечник расположен перпендикулярно основанию, имеет вытянутую форму, замыкание якорем сердечника происходит вне зоны обмоток, сердечник состоит из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником, сердечник изготовлен методом порошковой металлургии и подвергнут термической обработке, при этом площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и ровна (0,05-0,10)L<sup>2</sup>, отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник вначале спрессован и спечен с перемычкой, соединяющей концы боковых стержней, из композиционного материала на основе железа, с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора и вторично подвергнут термической обработке после удаления перемычки. Кроме этого длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки на катушке и диаметром наматываемого провода, спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа, плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см<sup>3</sup>, коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.
2
3
Указанный технический результат по варианту 2 достигается электромагнитным реле с плоским П-образным сердечником, содержащим основание, магнитную систему, контактную систему, груза для возврата якоря, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника и двух обмоток намотанных на катушки и размещенных на сердечнике, якоря, сердечник расположен перпендикулярно основанию, имеет вытянутую форму, замыкание якорем сердечника происходит вне зоны обмоток, сердечник состоит из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником, сердечник изготовлен методом порошковой металлургии и подвергнут термической обработке, при этом площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и ровна (0,05-0,10)L, отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник спрессован и спечен из композиционного материала на основе железа, с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора. Кроме этого длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки на катушке и диаметром наматываемого провода, спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа, плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см, коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 показано электромагнитное реле с плоским П-образным сердечником, на фиг.2 П-образный сердечник без перемычки (перемычка удалена).
2
Электромагнитное реле состоит из основания 1, магнитной системы, состоящей из сердечника 2, обмоток 3, намотанных на катушки 4 и размещенных на сердечнике 2, якоря 5, контактной системы 6, груза 7 для возврата якоря 5, при этом магнитная система состоит из П-образного сердечника 2 и двух обмоток 3, якоря 5, сердечник расположен перпендикулярно основанию 1, имеет вытянутую форму, замыкании якорем сердечника, происходит вне зоны обмоток 3. Площадь поперечного сечения ярма 2.1 равна площади поперечного сечения стержня 2.2 и ровна (0,01-0,10)L, отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней 2.2 ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой.
2
2
2
Используя металлические порошки на основе железа и смешивая их в нужных соотношениях, прессуя в формах и спекая при определенных температурах, были получены П-образные сердечники, которые были установлены в реле типа РЭЛ. Какие либо электрические параметры реле и системы централизации и блокировки при установке П-образного сердечника в реле не менялись. Катушка с обмоткой имела длину 40 мм. На нее было намотано 8000 ампер витков, проводом сечением 0,14 мм. Исходя из этих параметров были определены предпочтительные размеры П-образного сердечника. Площадь сечения 0,06 L=108 мм, длина сердечника 2.0 L=80 мм, при соотношении сторон равным 3, т.е. ширина стержня 18,0 мм, высота 6,0 мм. Было изготовлено два варианта сердечников с перемычкой и без перемычки с различным содержанием компонентов железа, фосфора и кремния.
Исключение возможности коробления сердечника по варианту 2 достигалось более медленной температурой охлаждения спеченного образца.
2
Вариант 1. Пример 1. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и феррофосфора (содержание фосфора 13% мас.), который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мас. Прессование проводили в твердосплавной пресс-форме при односторонней нагрузке 6 т/см. спекали при 1150°C в течение 2,5 ч в вакууме 5 мбар печи марки VHT 08/18 GR. После спекания образцы не шлифовались. Параллельно с сердечником изготавливались кольцевые образцы для определения коэрцитивной силы и магнитной проницаемости материала, пористости. Образцы для определения прочности на разрыв вырезались из стержней сердечника. После вырезания перемычки проводилась повторная термическая обработка.
Вариант 1. Пример 2. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и ферро кремния, который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание кремния в смеси было 4,5 мас.% Режимы прессования и спекания аналогичны Варианту 1. Примера 1.
Вариант 1. Пример 3. Сердечник для реле электромагнитного изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и порошков ферро фосфора и ферро силиция, которые были получены методом измельчения сплавов, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мае, а кремния 4,0 мас. Режимы прессования и спекания аналогичны Варианту 1. Примера 1.
Вариант 2. Пример 1. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и ферро кремния, который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание кремния в смеси было 4,5 мас.% Режимы прессования и спекания аналогичны Варианту 1. Примера 1. С увеличенным временем охлаждения образца. Шлифование образца не проводилось
Вариант 2. Пример 2.. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и феррофосфора (содержание фосфора 13% мас.), который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мас. Режимы прессования и спекания полюсника для сердечника и изготовление стержня для сердечника проводили для аналогично Варианту 1. Примера 1.
3
Результаты проведенных измерений электромагнитных свойств реле по варианту 1 и варианту 2 представлены в таблице. Плотность спеченных сердечников находилась в пределах 7,0-8,0 г/см, а предел прочности не менее 340 МПа.
отпускания
подъема
с
Значения U и U определены в вольтах, магнитная проницаемость m в Гс/э, а Н в А/м.
Таблица.
Вариант изготовления реле
U<sub>отпуск</sub>
U<sub>подъема</sub>
Электромагнитные свойства Вариант 1
Электромагнитные свойства Вариант2
Полярность
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 1
Пример 2
Прямая
Обрати
m
Н<sub>с</sub>
m
H<sub>c</sub>
m
H<sub>c</sub>
m
H<sub>c</sub>
m
H<sub>c</sub>
Реле РЗЛ1-1600
5,5/
14,3/
5,6
14,3
Предлагаемое техническое решение. Вариант 1
7,8/
12,7/
550
76
555
550
76
555
79
55
77
7,8
12,7
00
0
76
0
0
90
Предлагаемое техническое решение. Вариант 2
7,8/
12,7/
550
76
555
76
550
76
555
79
55
77
7,8
12,8
00
0
0
0
90
Использование предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом исключить процесс коробления спеченного сердечника П-образного формы полученного методом порошковой металлургии и удовлетворяющего техническим требованиям функционирования реле железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов. Испытания реле проводятся на Камышловском электротехническом заводе.