ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ РЕЛЕЙНОЕ УСТРОЙСТВО
ELECTRIC RELAY DEVICE

Данное изобретение относится к релейным устройствам и более точно касается шагового электрического релейного устройства (варианты).
Как известно, реле-устройство, которое в ответ на изменение характеристик источника питания или управляющего контура, обеспечивает соответствующее изменение характеристик одного или нескольких управляемых контуров, позволяя тем самым использовать относительно слабый сигнал в управляющей цепи для управления контуром значительно более высокой мощности.
Также известно, что реле подразделяются на три основные группы, а именно: электрические, электромеханические и электронные реле (мы не рассматриваем тепловые реле или электроды и т.п.).
Электрическое реле, это реле, в котором управляющие и управляемые контуры относятся к чисто электрическому типу. Эти реле обладают рядом преимуществ, в частности, в них не используются высокочувствительные активные электронные компоненты, а только резисторы, конденсаторы и диоды, которые не потребляют значительного количества электроэнергии.
Кроме того, электрическое реле имеет весьма низкий уровень шума, может быть включено непосредственно в цепь переменного тока напряжением 220 В, а также может быть подключено как обычное электромеханическое трех проводное шаговое реле.
Кроме того, у него "сухие" контакты, т.е. гальванически развязанные с управляющим сигналом, оно характеризуется очень высокой возможностью переключений и практически не чувствительно к коротким замыканиям.
Электромеханическое реле - это электрическое реле, которое содержит электромагнит с подвижным сердечником, чувствительный к изменению силы тока питания. Благодаря воздействию магнитных сил на сердечник из магнитно-мягкого материала, последний перемещается, обеспечивая размыкание или замыкание одного или нескольких контактов.
Такое электромеханическое реле хотя и имеет достаточно надежную конструкцию и приспособлено для эффективной коммутации как высокоточных, так и слаботочных цепей, однако, характеризуется при этом значительными габаритами, высоким уровнем эксплуатационного шума и большой величиной мощности переключения, т.е. рассчитано на эксплуатацию при высоком уровне мощности.
И, наконец, электронное реле - это реле, в котором используются полупроводниковые элементы, например, кремниевые управляемые транзисторы и диоды, которое отличается небольшими габаритами, работает мягко и имеет пониженный уровень шума.
Однако такое электронное реле весьма чувствительно к скачкам напряжения и токам высокого напряжения, и, поскольку в нем используется концевой полупроводниковый каскад, оно может «сгореть», если, например, в подключенной нагрузке произойдет короткое замыкание.
Несмотря на вышеуказанные недостатки электронных реле, развитие технологий производства реле, в настоящее время, ориентировано на дальнейшую разработку именно электронных реле, в ущерб развитию электромеханических и даже электрических реле, что представляется заявителю не оправданным, ввиду вышеуказанных значительных преимуществ, присущих электрическим реле, даже в сравнении с электронными..
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного электрического релейного устройства, которому свойственны все вышеуказанные преимущества как электрических реле, так и все перечисленные преимущества электронных реле, и одновременно устранены все упомянутые выше недостатки последних.
Более конкретно технической задачей настоящего изобретения является создание такого шагового электрического релейного устройства, которое не включало бы в себя активных электронных элементов, имело бы минимально возможное количество пассивных электрических элементов и при этом .отличалось бы высокой надежностью в эксплуатации, небольшими габаритами и низким уровнем шума.
Также задачей изобретения является создание такого шагового электрического релейного устройства, которое было бы приспособлено для осуществления функций «УСТАНОВКА» и «СБРОС», и при этом не требовало бы наличия внешних устройств для выполнения этих функций, как, например, в пространстве умного дома.
Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание такого шагового электрического релейного устройства, которое могло бы быть подключено к нескольким соответствующим или аналогичным реле с образованием электрического релейного блока, приспособленного для управления от единой команды.
Еще одной технической задачей настоящего изобретения является создание такого шагового электрического релейного устройства, которое было бы способно заменить собой все выключатели и переключатели обычных электрических систем, с тем, чтобы устройством возможно было легко управлять с помощью обычных кнопочных средств управления.
Также технической задачей настоящего изобретения является создание шагового электрического релейного устройства, которое имело бы средства памяти или хранения информации, и с его использованием возможно было бы создать, например, небольшой централизованный узел управления электроприводами жалюзи, штор и т.п.
С учетом всего вышеизложенного задача данного изобретения состоит еще и в том, чтобы предлагаемое шаговое электрическое релейное устройство возможно было выполнить из обычных, поставляемых на рынок материалов, оно было бы простым и удобным в обслуживании и достаточно привлекательным с экономической точки зрения.
Поставленные задачи решаются тем, что в шаговом электрическом релейном двухпозиционном устройстве, имеющем механическую и электрическую части, где механическая часть содержит кнопочное средство, управляемое пользователем, и электрическая часть включает в себя, связанные друг с другом с возможностью прохождения электрического сигнала, индуктивность, конденсаторы, резисторы и диоды, согласно изобретению, индуктивность выполнена в виде двух катушек, связанных одна с другой, при этом устройство содержит по меньшей мере, один конденсатор, подключенный между катушками индуктивности и источником напряжения, по меньшей мере, один резистор, связанный с источником напряжения и катушками индуктивности, а также первый и второй диоды, подключенные катодами к катушкам и имеющие каждый анод, подключенный к соответствующему кнопочному средству, так, что при воздействии пользователя на кнопочное средство для переключения по меньшей мере одного контакта указанного релейного устройства, обеспечивается зарядка конденсатора через соответствующий резистор и замыкание одной из катушек накоротко, в результате чего происходит выполнение указанным электрическим релейным устройством логических функций «УСТАНОВКА» и «СБРОС».
В одном из возможных вариантов осуществления релейное устройство содержит два конденсатора первый и второй, подключенные каждый одной стороной к первому резистору, соединенному с источником питания переменного тока напряжением 220 В, и другой стороной каждый - к одному концу соответствующей из двух катушек, вторые концы которых соединены с кнопочным средством, и к катоду одного из двух диодов соответственно, при этом аноды упомянутых диодов подсоединены каждый к своему кнопочному средству, и, кроме того, устройство содержит дополнительно три резистора, второй, третий и четвертый, при этом указанный первый резистор, соединенный с одной стороной каждого из конденсаторов и с источником питания обеспечивает ограничение зарядного тока конденсаторов, второй резистор, включен между источником питания и кнопочным средством с возможностью обеспечения настройки времени перехода кнопочного средства от одной команды к другой команде, а третий и четвертый резисторы подключены каждый одним своим выводом к кнопочному средству и вторым выводом к обкладке соответствующего конденсатора с обеспечением возможности предотвращения отскакивания контакта или повторного включения.
Желательно, что бы. релейное устройство содержало дополнительный конденсатор, включенный между концами двух катушек, противоположными концам, подключенным к кнопочному средству, с обеспечением возможности усиления блокировки катушки, которая замкнута накоротко.
В еще одном варианте выполнения возможно, что бы в релейном устройстве катушки одними своими концами были соединены друг с другом и с катодом диода, анод которого подсоединен к кнопочному средству, тогда как вторые концы указанных катушек соединены друг с другом через конденсатор, одна сторона которого, подключена к соответствующей катушке, а также и к источнику питания переменного тока напряжением 220 В через два соединенных последовательно первый и второй резисторы, а другая сторона подсоединена к третьему резистору, подключенному в свою очередь ко второму конденсатору и к точке соединения первого и второго резисторов, при этом указанный второй конденсатор подключен второй своей стороной к упомянутому источнику питания.
Во втором варианте выполнения устройства поставленные задачи решаются тем, что в шаговом электрическом релейном двухпозиционном устройстве, имеющем механическую и электрическую части, где механическая часть содержит кнопочное средство, управляемое пользователем, и электрическая часть включает в себя связанные друг с другом с возможностью прохождения электрического сигнала индуктивность, конденсаторы, резисторы и диоды, согласно изобретению, индуктивность выполнена в виде одной катушки подмагничивания или поляризованной катушки с двумя полюсами, при этом устройство содержит конденсатор, включенный между катушкой и источником питания, дополнительный конденсатор, подключенный параллельно названной катушке, а также каждой из своих сторон к соответствующему контакту (R или S) переключателя, первый резистор, подключенный между источником питания и катушкой, два дополнительных резистора, подключенных одним концом каждый к соответствующей стороне дополнительного конденсатора и другим концом к выводу контакта С переключателя, а также первый и второй диоды, анод каждого из которых подключен к соответствующему кнопочному средству, а катоды связаны с катушкой, так, что при воздействии пользователя на кнопочное средство для переключения по меньшей мере одного контакта релейного устройства, конденсаторы способны заряжаться через соответствующие резисторы, благодаря чему происходит изменение полярности указанной катушки, что позволяет электрическому релейному устройству выполнять логические функции «УСТАНОВКА» и «СБРОС»,
При этом предпочтительно, что бы первый конец катушки подмагничивания или поляризованной катушки был подсоединен через два соединенных последовательно резистора к источнику питания переменного тока напряжением 220 В и через третий резистор к выводу контакта С переключателя из первого положения (R) во второе положение (S), подключенного в свою очередь через первый диод к первому кнопочному средству и кроме того механически связанного с коммутирующим контактом для переключения из положения «ВЫКЛЮЧЕНО» в положение «ВКЛЮЧЕНО», кроме того, параллельно катушке был бы подсоединен первый конденсатор, одной стороной соединенный с первым ее концом и другой стороной - со вторым концом катушки и с концом четвертого резистора, подключенного другим концом к катоду первого диода, при этом катушка через пятый резистор была подключена ко второму конденсатору, подсоединенному второй стороной к источнику питания переменного тока напряжением 220 В, а точка соединения первого и второго резисторов подключена к точке соединения пятого резистора со вторым конденсатором, при этом первый конец катушки, связан через второй диод со вторым кнопочным средством, а второй ее конец, соединенный с четвертым резистором, подключен через третий диод к третьему кнопочному средству, и к контакту (R) переключателя, в то время, как второй контакт (S) этого переключателя подключен к первому концу названной катушки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие характеристики и преимущества электрического релейного устройства в соответствии с настоящим изобретением станут понятны из дальнейшего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления и прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг. 1 изображает в общем виде вариант выполнения электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением, в увеличенном масштабе;
Фиг. 2 - принципиальную электрическую схему варианта осуществления электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 3 - то же, что и на фиг. 2, другой вариант выполнения;
Фиг. 4 - то же, что и на фиг. 2, третий вариант выполнения;
Фиг. 5 - то же, что и на фиг. 2, четвертый вариант выполнения;
Фиг. 6 - принципиальную электрическую схему, иллюстрирующую работу электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 7 - осциллографическую кривую, поясняющую работу электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 8 - осциллографическую кривую, иллюстрирующую работу электрического релейного устройства в положение «УСТАНОВКА»;
Фиг. 9 - то же, что и на фиг. 8, но в положении «СБРОС»;
Фиг. 10а, b - две осциллограммы, для варианта выполнения релейного устройства, содержащего одну катушку, причем фиг. 10а соответствует состоянию устройства при воздействии положительного импульса «УСТАНОВКА», а фиг. 10b состоянию при воздействии отрицательного импульса «СБРОС», соответственно;
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Представленное на фиг. 1 в увеличенном масштабе электрическое релейное устройство согласно данному изобретению, обозначено в целом позицией 1 и имеет весьма малые габаритные размеры (если сравнивать с габаритами обычного электронного реле), составляющие порядка нескольких десятков миллиметров.
Релейное устройство 1 содержит корпус 2, в который заключены главные электрические элементы электрического релейного устройства согласно данному изобретению, внешний конденсаторный блок 3 и внешний блок 4 приводов.
На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема этого варианта осуществления электрического релейного устройства.
На этой схеме резистор R1 предназначен для ограничения тока нагрузки, чтобы предотвратить повреждение кнопочных средств.
Точнее, после нажатия кнопки Р.Р, конденсаторы С1 и С2 начинают одновременно заряжаться, при этом они работают по-разному, а именно, конденсатор С1, который должен осуществлять обмен, заставляет ток проходить через катушку А, тогда как другой конденсатор С2 заряжается практически сразу, поскольку в положении обмена замыкается накоротко катушка В, которая не должна приводить к срабатыванию реле.
Резисторы R3 и R4 препятствуют возникновению вибраций и повторного переключения в тех случаях, когда во время переключения конденсаторы С1 и С2 еще не полностью заряжены и способны, таким образом, принять на себя остаточный заряд.
Предусмотрен, кроме того, резистор R2, который позволяет настроить (вместе с конденсаторами С1 и С2) интервал времени в секундах, которое проходит от команды (нажатие кнопки РР) до следующей команды.
Предпочтительный интервал времени переключения для данной схемы составляет от 0.1 с до 15 с, однако, с другой стороны, можно соответственно задать другой желаемый интервал, выбрав соответствующие номиналы резистора R2 и конденсаторов С1 и С2.
Таким образом, при нажатии кнопки R, независимо от положения контактов релейного устройства, всегда происходит переключение в положение «ВЫКЛЮЧЕНО».
И наоборот, при нажатии кнопки S, независимо от положения контактов, всегда происходит переключение в положение «ВКЛЮЧЕНО».
Предпочтительный диапазон рабочего напряжения устройства составляет от 160 до 260 В переменного тока.
Результаты испытаний, проведенных заявителем на реальных электрических реле, показывают, что при мощности 1,700 Вт напряжение может составлять 220 В.
2
Поскольку катушки А и В электрического реле, а также ряд его элементов, имеют относительно высокое сопротивление, существует возможность управлять устройством с расстояния порядка нескольких километров посредством обычного провода сечением 1,5 мм.
На представленной на фиг. 2 схеме конденсаторы С1 и С2 одной стороной подсоединены через резистор R1 к источнику питания напряжением 220 В переменного тока, а другой стороной каждый из конденсаторов С1 и С2 подсоединен к выводу соответствующей из двух катушек А и В, вторые выводы которых подключены к катоду диода кнопки PP. При этом конденсатор С! подключен к катоду диода R, анод которого соединен с кнопочным средством N, а конденсатор С2 подключен к катоду диода S, анод которого также соединен с соответствующим кнопочным средством N. Резистор R1, включенный между выводами конденсаторов С1 и С2 с одной стороны и источником питания напряжением 220 В с другой стороны, позволяет ограничить зарядный ток конденсаторов С1, С2, резистор R2, подключенный одним концом к резистору R1 и другим концом замкнутый на землю, предназначен для регулирования времени перехода от одной команды к другой. Электрическая схема, также содержит резисторы R3 и R4, которые одними своими концами замкнуты на землю, при этом другим концом резистор R3 соединен с конденсатором С2 а резистор R4 с конденсатором С1. Резисторы R3, R4 и кнопка РР предназначены для предотвращения отскакивания или повторного включения.
На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема второго варианта осуществления электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением, которая в основном основана на логической схеме варианта, описанного выше, однако в нее дополнительно включен конденсатор С3, который, по завершении любого процесса обмена, путем изменения полярности дополнительно усиливает блокировку катушки А или В, которая должна быть обесточена или отключена.
В частности, после нажатия кнопки P.P., начинают заряжаться конденсаторы С1 и С2.
Благодаря внутреннему обмену, импульс проходит только через катушку А, в то время как другая катушка В замкнута накоротко.
По завершении процесса обмена, конденсаторы С1 и С2 по существу уже заряжены, в то время как конденсатор С3 препятствует образованию остаточного заряда, изменяя полярность, и направляет разряд на катушку А, таким образом еще больше усиливая блокировку последней.
Конденсатор С3 также способствует решению задачи, связанной со временем отклика механизма реле, которое может по-разному зависеть от характеристик, заданных производителем.
Конденсатор С3, кроме того, способствует уменьшению отскока внутренних контактов (более чем в 20 раз), который может препятствовать коммутации релейного устройства
После отпускания кнопки P.P. конденсаторы С1 и С2 разряжаются в течение интервала времени, задаваемого посредством резистора R1, причем предпочтительная продолжительность этого интервала времени составляет от 0.1 до 15 секунд.
По истечении упомянутого интервала времени, релейное устройство в соответствии с настоящим изобретением, будет готово к дальнейшей работе.
Электрическая схема, изображенная на фиг. 3, включает в себя две катушки А и В, верхние (на фиг. 3) концы которых подсоединены к противоположным выводам конденсатора С3.
К этому же (верхнему) концу катушки А подсоединен первый вывод конденсатора С1, противоположный вывод которого через резистор R1 подсоединен к источнику питания напряжением 220 В переменного тока и к одному концу резистора R2, другой конец которого подсоединен к резистору R1, при этом другой конец конденсатора С1 также подсоединен к катоду диода R, анод которого соединен с концом кнопочного средства N.
Конденсатор С2 включен между точкой соединения резисторов R1 и R2 и верхним выводом катушки В, первый конец которой подсоединен к катоду диода S, анод которого соединен с концом соответствующего кнопочного средства N.
1
1
Два других (нижних на фиг. 3) вывода катушек А и В соединены друг с другом в точке Cb, принадлежащей выводу контакта С обмена, который может быть замкнут на клемму R, подсоединенную непосредственно к верхнему концу катушки В, или на клемму S, подсоединенную непосредственно к верхнему концу катушки А.
Контакт С обмена посредством механической связи соединен с коммутирующим контактором Com, который можно устанавливать в положение "ВЫКЛЮЧЕНО" (R1) и "ВКЛЮЕНО" (S1).
На фиг. 4 представлен третий вариант осуществления электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
В частности этот вариант схемы значительно упрощен по сравнению с предыдущими, здесь отсутствует конденсатор С2 и лишь один конденсатор С1 взаимосвязан с резисторами R1, R2, и R3.
С помощью этого конденсатора С1 в данном случае можно выполнять автоматическую настройку импульса (0,002 сек) поскольку, после переключения, конденсатор С1 не имеет достаточной мощности или энергии для другого обмена.
Точнее, после нажатия кнопки P.P., конденсатор С1 начинает заряжаться, и внутренний обмен или переключение может обеспечить передачу импульса на одну катушку, в то время как другая замкнута накоротко, что позволяет разделить две катушки и ограничить ток короткого замыкания.
По завершении переключения, конденсатор С1 будет в почти разряженном состоянии и не будет готов к выполнению последующих операций.
После отпускания кнопки P.P. конденсатор С1 разряжается в течение периода времени, задаваемого посредством выбора номинала резистора R1, предпочтительная продолжительность этого периода времени от 0,1 до 15 секунд.
По завершении переключения, релейное устройство в соответствии с настоящим изобретением, будет готово к дальнейшей работе.
Одна из функций конденсатора С3-решение задачи, связанной со временем отклика механизма реле, которое может быть различным в зависит от параметров, заданных производителем.
При практическом применении, конденсатор С3, после переключения, также изменяет полярность и соответственно, усиливает импульс на катушке, которая подлежит коммутации.
Кроме того, он уменьшает отскок внутренних контактов (более чем в 20 раз), который может препятствовать релейной коммутации.
На схеме, представленной на фиг. 4, нижние концы двух катушек А и В соединены друг с другом и с катодом первого диода, анод которого подсоединен к кнопке P.P., тогда как другие (верхние на фиг. 4) концы катушек А и В подсоединены к противоположным выводам конденсатора С3. Вывод конденсатора С3, подключенный к катушке А, связан с источником питания (напряжение 220 В переменного тока) через два соединенных последовательно резистора R1 и R2, при этом второй вывод конденсатора С3 подсоединен к концу резистора R3, подключенного в свою очередь к выводу конденсатора С1, второй вывод которого подсоединен к указанному источнику питания. Кроме того, конец резистора R3, соединенный с конденсатором С1, подключен к точке соединения резисторов R1 и R2.
На фиг. 5 приведен еще один пример реализации электрического релейного устройства, в соответствии с настоящим изобретением, которое включает в себя, согласно основному аспекту изобретения, одну катушку А-В с разной полярностью (- и +), чем обеспечивается логическая схема отличная от тех, что были описаны выше со ссылкой на фиг. 2-4.
Этот вариант осуществления электрического релейного устройства предназначен для коммутации электрических цепей за счет изменения полярности (- и +) сигнала на единственной катушке А-В.
Точнее, после нажатия кнопки P.P., конденсатор С1 начинает заряжаться, внутренний обмен или коммутация обеспечивает замыкание импульса на катушке А-В.
По завершении переключения, происходит изменение полярности катушки, конденсатор С1 по существу разряжен и следовательно не может выполнять последующих операций, поскольку резисторы R4 и R5 поглощают остаточный заряд.
Если вновь нажать кнопку P.P., приведенный выше режим работы повторяется, но при этом происходит изменение полярности катушки (+ и -), поскольку теперь внутренний обмен вызывает замыкание через конец А.
Если вновь нажать кнопку P.P., конденсатор С1 разряжается в течение периода времени, задаваемого посредством резистора R1 и определяемого емкостью конденсатора С1, предпочтительная продолжительность этого периода времени составляет 0.1-15 секунд.
По истечении этого периода времени, релейное устройство в соответствии с настоящим изобретением, будет готово к дальнейшей работе.
В это время, конденсатор С3 выполняет функцию стабилизации полярности.
1
1
1
1
Представленная на фиг. 5 принципиальная электрическая схема включает в себя единственную катушку А-В, конец А которой подсоединен к резистору R2, второй конец которого в свою очередь подключен к резистору R1, соединенному с источником питания напряжение 220 В переменного тока. При этом конец А катушки А-В подсоединен также к резистору R4, второй конец которого подключен к контакту С обмена, который может быть переключен из первого положения R во второе положение S. Контакт С электрической связью соединен с катодом диода, анод которого подключен к кнопке Р.Р, и механической связью соединен с коммутирующим контактом Com, который может занимать положение «ВЫКЛЮЧЕНО» или «ВКЛЮЧЕНО». К катушке А-В подключен параллельно ей конденсатор С3, при этом вывод конденсатора, подключенный к концу А, соединен также с резистором R4, а другой вывод конденсатора С3, подсоединенный к концу В катушки, подключен к резистору R5, соединенному вторым своим концом с катодом диода, подключенного к кнопке PP. Кроме того катушка А-В подключена концом В к резистору R3, подключенному в свою очередь к конденсатору С1, соединенному второй стороной с источником питания напряжением 220 В переменного тока. Точка соединения резисторов R1 и R2 электрически подключена к точке соединения резистора R3 и конденсатора С1, а вывод резистора R2, соединенный с концом А катушки, непосредственно подсоединен к катоду диода R, анод которого подсоединен к кнопочному средству N. Вывод резистора R5, подключенный к концу В катушки, одновременно подключен также к катоду второго диода S, анод которого подсоединен к соответствующему кнопочному средству, и к контакту R переключателя, тогда как другой контакт S указанного переключателя подключен к концу А катушки А-В.
Принципиальная электрическая схема, изображенная на фиг. 6, приведена для пояснения описания работы вариантов устройства, согласно изобретению, представленных на фиг. 2-5.
Как было отмечено выше, электрическое реле представляет собой двухпозиционное устройство, которое имеет либо две, либо одну поляризованную катушку постоянного тока с временем коммутации - 0,001 с, сдвоенный контакт (С - No - Nc).
Как известно, реле с двумя катушками отличается тем, что может оставаться в положении, заданном последней операцией переключения.
Иными словами, когда посредством нажатия кнопки ток подается на катушку А, контакт устанавливается в положение "УСТАНОВКА" и остается в этом положении, тогда как, если ток подается на катушку В, контакт устанавливается в положение "СБРОС" и остается в этом положении.
Таким образом, для переключения реле требуется наличие двух отдельных кнопок.
Эта задача усложняется в том случае, если для переключения используется одна кнопка.
Как показано на принципиальной схеме, приведенной на фиг. 6, использование внутреннего переключателя для активации соответствующей катушки, позволяет осуществлять обмен или переключение.
Следует отметить, что переключение реле занимает порядка 1/1000 с, при этом контакты реле испытывают порядка 20 отскоков (вибраций) в течение 4/1000 с, тогда как время удержания кнопки в нажатом состоянии составляет не менее 250/1000 с, следовательно, реле подвергается колебаниям и выполняет не одну, а много операций переключения.
В этой связи приведена осциллографическая кривая, изображенная на фиг. 7.
В частности, когда происходит переключение из положения "УСТАНОВКА" в положение "СБРОС" контакт начиная от А в течение 0.0008 с переходит на В и затем осуществляет по меньшей мере двадцать отскоков (вибраций) в неопределенной зоне, после чего, через 0.0045 с, положение контакта стабилизируется.
Чтобы обеспечить стабильное переключение, система должна работать на отрезке А В.
Для устранения вышеописанной проблемы, необходимо использовать различные электронные компоненты, например не менее нескольких десятков компонентов со стабилизированным напряжением, которые производят (независимо от времени, в течение которого кнопка остается в нажатом положении) один импульс за 1/1000 с.
К этому следует добавить тот факт, что во избежание перегрева электронная цепь может регулироваться только полупроводниковым реле со всеми соответствующими ограничениями (например, использование светодиодных ламп).
Шаговые электронные релейные устройства с обычными (не полупроводниковыми) контактами, которые производятся серийно и имеются на рынке, нуждаются в бесперебойном питании, т.е., они питаются от сетей четырехфазного, а не трехфазного напряжения, таким образом, в состоянии покоя, они потребляют не менее 1 Вт, а при отключении напряжения, они теряют все сохраненные данные, т.е. происходит возврат на нуль и необходимо производить перезапуск.
Шаговое электрическое релейное устройство, согласно настоящему изобретению, позволяет решить две задачи, а именно: а) может быть использовано для коммутации нагрузок на переменном токе 220 В; б) данное релейное устройство способно самостоятельно настраивать импульс.
В терминах логики: один привод или команда, один обмен или переключение.
В этой связи следует отметить, что релейные устройства (даже изготовленные одним производителем и относящиеся к одной партии изделий) имеют разное время переключения и разные конструктивные параметры.
Таким образом, заявитель решил проблему "обнуления" или выключения катушки, которая в данное время не участвует в операции обмена, и сумел сделать это с использованием весьма небольшого числа компонентов.
Иными словами, релейное устройство согласно данному изобретению обеспечивает взаимодействие электрических и механических элементов, замыкая накоротко катушку, которая в процессе данной операции не участвует в обмене, так что система в целом способна самостоятельно настраивать время и режим при переходе от одной операции по коммутации нагрузок к другой..
Выше был описан принцип действия, на котором основана работа электрического релейного устройства согласно изобретению.
Для подтверждения достоверности вышеупомянутого принципа с использованием уже изготовленных и прошедших испытания электрических релейных устройств, был использован осциллограф для наблюдения двух процессов в режиме разделения времени, позволяющий одновременно регистрировать два напряжения, подаваемые на две катушки.
Применительно к фиг. 8, кривая А относится к катушке А при переключении реле в положение «УСТАНОВКА» или «СБРОС».
Кривая В, напротив, относится к катушке В при переключении реле в положение «СБРОС » или «ВЫКЛЮЧЕНО».
Анализ кривых на фиг. 8 показывает, что при нажатии кнопки P.P. происходит подача напряжения на катушку А, в то время как на катушку В напряжение не подается, поскольку она замкнута накоротко.
Соответственно, катушка А выполняет операцию по переключению, а через примерно 0.001 с, активируется катушка В, которая пытается в свою очередь снова выполнить переключение: однако, импульс значительно ослабляется за счет того, что цепь в реальных условиях аннулирует операцию; большое количество вибраций, которые наблюдаются после обмена, компенсируется, или устраняется.
Через 20 миллисекунд (т.е. время, соответствующее частоте напряжения питающей электросети 50 Гц), катушка В, которая находится в свободном состоянии, снова попытается выполнить переключение, но закорачивающая электрическая система в это время полностью сводит на нет энергию, возникшую при нажатии кнопки, и реле полностью стабилизируется, даже если кнопка оставалась нажатой в течение долгого времени.
Если снова нажать кнопку РР, вновь будет происходить описанный выше процесс, но на этот раз он будет действовать в отношении катушки В, как показано на фиг. 9.
Фактически, можно сделать вывод, что импульс на катушках не является симметричным, поскольку две катушки (даже если они имеют одинаковое сопротивление) работают по разному, из-за эффекта магнитного гистерезиса на «северном» и «южном» полюсах магнита.
Точнее говоря, на фиг. 9 показано переключение в положение "СБРОС" (активирована катушка В), тогда как на фиг. 10 представлена кривая, относящаяся к варианту выполнения релейного устройства, которое имеет одну поляризованную катушку. Анализ кривой на фиг. 10 показывает, что в позиции "УСТАНОВКА" импульс является положительным (как изображено на фиг. 9), тогда как в позиции СБРОС он становится отрицательным (изображение на фиг. 10).
Таким образом, изобретение представляет новое электрическое релейное устройство, а именно отдельное малогабаритное устройство, которое питается от сети переменного тока с напряжением 220 В, и полностью независимо от других устройств, имеет функции пошагового переключения, «УСТАНОВКА» и «СБРОС».
Из приведенного выше описания принципиальных электрических схем, отражающих несколько вариантов осуществления электрического релейного устройства согласно данному изобретению, следует, что в основе релейного устройства, являющееся предметом предлагаемого изобретения, лежит новая концепция построения электрической цепи, которая предполагает либо замыкание катушки или стороны катушки, которая находится в нерабочем состоянии, посредством трансформации обычного поляризованного реле с двумя катушками, или посредством изменения полярности одной катушки подмагничивания или поляризованной катушки, и таким образом позволяет получить шаговое электрическое релейное устройство, которое отличается высокой надежностью в эксплуатации, весьма малыми габаритами и низким уровнем шума, и которое не включает в себя активных электронных элементов и имеет очень мало пассивных электрических элементов.
Кроме того, изобретение представляет шаговое электрическое релейное устройство, которое способно выполнять функции «УСТАНОВКА» и «СБРОС», и при этом не требует наличия внешних устройств для выполнения этих функций, как, например, в системе «умный дом».
Таким образом, изобретение позволяет значительно усовершенствовать широко применяемые в настоящее время обычные шаговые электрические релейные устройства.
Следовательно, изобретение полностью соответствует поставленным целям и задачам.
Хотя описание электрического релейного устройства, являющееся предметом предлагаемого изобретения, касается предпочтительных (на данный момент) вариантов его осуществления, указанные варианты осуществления могут быть модифицированы и изменены, при этом оставаясь в рамках концепции изобретения.