МНОГОПОЗИЦИОННОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ С БОЛЬШОЙ ВЫДЕРЖКОЙ

Полезная модель относится к элементам систем автоматического управления, в частности к электрическим аппаратам, и может быть использовано в качестве реле времени с большой выдержкой при формировании различных команд в многопозиционных цепях, в частности электрическом приводе и в электрических сетях.
Известное устройство реле времени, описанное в [1], содержит двоичный счетчик импульсов, выполненные на первой и второй парах счетчиков, генератор тактовых импульсов, реле с двумя обмотками, пять резисторов, два диода, стабилитрон, четыре конденсатора, три логических элемента И-НЕ, переключатель, два ключа и источник питания. Старший разряд первой пары счетчиков соединен с СЕ-входом второго счетчика первой пары счетчиков, старший разряд которого соединен с СЕ-входом первого счетчика второй пары счетчиков, старший разряд которого соединен с СЕ-входом второго счетчика второй пары счетчиков. Первый и второй ключи содержат управляющую клемму, являющуюся управляющей клеммой первого и второго ключей, а также входную и выходную силовые клеммы первого ключа и входную и выходную силовые клеммы второго ключа.
Недостатком устройства является его сложность, дороговизна за счет большого количества элементов. Существенным недостатком является возможность формирования выдержек времени в узком диапазоне, хотя в системах автоматического управления требуется формирование больших выдержек в многопозиционных цепях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является устройство описанное в [2]. Известное многофункциональное реле времени, в частности моторное реле времени, принято авторами за прототип. Для создания выдержек времени 20-30 минут используется моторное реле времени, в состав которых входят электродвигатель с заданной частотой вращения. Промышленностью выпускаются большие серии этих реле на выдержки времени от 1 с до 26 мин и с различным исполнение контактов. Для пуска реле подается напряжение на электромагнит и двигатель. С помощью рычага электромагнит без выдержки времени включает муфту и замыкает выходной контакт. Через муфту и зубчатую передачу электродвигатель начинает вращать диски с кулачками, воздействующими на промежуточные кулачки и выходные контакты. При соприкосновении кулачков, последний поворачивается против часовой стрелки и дает возможность контактной пластине опустится вниз под действием силы упругости. При этом контакт размыкается. При соприкосновении кулачков последний поворачивается и освобождает пластину что вызывает замыкание контакта. Выдержка времени работы контактов
ном
регулируется путем изменения начального положения дисков. При снятии напряжения с реле диски поворачиваются в начальное положение с помощью спиральной возвратной пружины. Точность работы реле ±5 с. Реле позволяет устанавливать различную выдержку времени в пяти независимых цепях (многопозиционное реле). Выходные контакты реле допускают длительный ток 10 А и пре переменном токе могут отключать нагрузку мощностью 800 В·А при напряжении 220 В и 100 Вт при том же напряжении и индуктивной нагрузки постоянного тока. Допустимые колебания напряжения составляют (0,9÷1,12)-U, износостойкость не менее 1000 циклов. Время возврата не более 1 с.В качестве приводного электродвигателя используется синхронный электродвигатель.
Недостатком моторного реле является то, что для формирования выдержек времени предусматривается разветвленная и сложная кинематическая цепь (шестерни, передачи). Кроме того, для формирования больших выдержек времени требуется кинематическая цепь, которая имеет большой коэффициент передачи, что ограничивает надежность устройства. Существенным недостатком является то, что сложная и громоздкая кинематическая цепь при формировании больших выдержек определяет ограниченный ресурс безотказной работы.
Техническим результатом является - повышение надежности и точности формирования больших выдержек времени в многопозиционных схемах при одновременном упрощении кинематической схемы с расширенным диапазоном регулирования выдержек времени и повышении ресурса безотказной работы.
Технический результат достигается тем, то многопозиционное реле времени с большой выдержкой, содержащее приводной синхронный двигатель, редуктор, муфту, кулачковый механизм дополнительно введены: управляемый выпрямитель источник регулируемого постоянного напряжения и инвертор, причем его выходные зажимы подключены к статору синхронного двигателя, а выходы управляемого выпрямителя соединены со входами инвертора, управляемый выпрямитель подключен к питающей сети, а входные зажимы управляемого выпрямителя и инвертора подсоединены к источнику регулируемого постоянного напряжения.
3AД
На фиг.1 представлена блочная схема предлагаемого многопозиционного реле времени обозначения на котором соответствуют: 1 - управляемый выпрямитель; 2 - инвертор; 3 - синхронный электродвигатель; 4 - муфта; 5 - редуктор; 6 - кулачковый механизм. Выходные зажимы инвертора 2 подключены к статору синхронного двигателя 3. Выходы управляемого выпрямителя 1 соединены со входами инвертора 2. Управляемый выпрямитель 1 подключен к питающей сети, а входные зажимы управляемого выпрямителя 1 и инвертора 2 подсоединены к источнику регулируемого постоянного напряжения U.
с
ЗАД
Устройство работает следующим образом. Синхронный двигатель 3 за счет подключения к инвертору 2 регулируется частотой f напряжения подаваемого на его статор согласно соотношению , где (- частота вращения вала , p - число пар полюсов машины. Объект регулирования является механизмом с зависимостью М=const, поэтому закон управления определяется , где U - статорное напряжение. Диапазон регулирования частоты вращения 3 соответствует порядка Д=100:1(f=50 Гц÷0,5 Гц). Устанавливая соответствующую частоту вращения 3 изменением заданного напряжения U (фиг.1) регулируется и выдержка времени реле - момент срабатывания кулачкового механизма 6. Заметим, что за счет регулирования частоты вращения 3 в указанном диапазоне можно уменьшить передаточное отношение редуктора 5 для получения тех же выдержек времени (реализованных с синхронным двигателем без регулирования частоты вращения), что упрощает кинематическую схему и одновременно повышает ресурс безотказной работы.
0
1
2
3
1
6
13
18
a
b
c
Поясним принцип частотного регулирования скорости синхронного электродвигателя. Рассмотрим электромагнитные процессы для одного варианта преобразователя (фиг.2), получившего широкое распространение в отечественной и зарубежной практике (Siemens, Fanyk, General Electric и др.). Инвертор И собран по мостовой схеме на тиристорах V1-V6, выходное напряжение которого сглаживается фильтром C-L. Инвертор И собран на управляемых тиристорах V1-V6 и управляется блоком БУИ. Диоды V7-V12 улучшают форму выходного напряжения инвертора. Конденсаторы С1-С6 предназначены для гашения тиристоров И. Индуктивности L-L уменьшают разряд емкостей С-С. Мост реактивного тока на диодах V-V предназначен для пропускания тока в моменты времени, когда ток и напряжение И не совпадают по фазе. На (фиг.2) дополнительно показаны обмотки Z-Z-Zсинхронной машины М, соединенные звездой.
1
6
A
B
C
A
B
C
1
3
5
4
6
2
1
4
3
6
5
2
Логический блок БУИ обеспечивает управление тиристорами V-V (фиг.2) для формирования трехфазного напряжения U, U, U, каждая фаза которого сдвинута относительно друг друга (фиг.3) на угол 120((2·π/3). На этой же фигуре цифрами 1-6 обозначены рабочие тиристоры инвертора И. Для наглядности выходные напряжения U, U, U показаны прямоугольной формы, а не синусоидальными зависимостями, причем реальная форма выходного напряжения уточняется в результате анализа электромагнитных процессов. Положительные полуволны пропускаются тиристорами V, V, V (в соответствующих фазах), а отрицательные - тиристорами V, V, V. Фаза А коммутируется тиристорами V, V; фаза В - тиристорами V, V; фаза С - тиристорами V, V.
Рассматриваемый интервал 0-2·(разбит (фиг.3) на шесть интервалов I-VI, причем каждый интервал составляет 60((2π/3). Управляемый выпрямитель В собран на тиристорах V7-V12, Выходное напряжение которого регулируется блоком управления БУВ.
V1
V6
a
b
c
На (фиг.4) для каждого временного интервала I-VI приведены эквивалентные схемы, анализ которых показывает их идентичность - два сопротивления в различных комбинациях включены ключами S-S параллельно и к ним последовательно включено одно из сопротивлений Z, Z, Z. Для всех эквивалентных схем эквивалентное сопротивление будет , откуда следует, что на отдельном сопротивлении выделяется , а на сопротивлении включенном параллельно .
a
A
B
C
A
B
C
На каждой эквивалентной схеме (рис.4) положительный потенциал выделяется в левой части схемы. Учитывая, что напряжение фазы А выделяется на сопротивлении Z эквивалентных схем (фиг.4) для интервалов I-VI с соответствующими потенциалами и полярностью имеем реальную форму выходного напряжения U фазы А на интервале 0-2·((фиг.5). Аналогично получаем фазные напряжения U, U двух других фаз (фиг.5). Заметим, что такая форма выходных фазных напряжений U, U, U инвертора И является аппроксимацией синусоидального напряжения, а инверторы отличаются друг от друга степенью приближения выходного напряжения к синусоиде.
За счет частотного и частотно-токового управления с микропроцессорными преобразователями синхронная машина является конкурентоспособной в сравнении с машиной постоянного тока независимого возбуждения. Высокие динамические и статические показатели электроприводов реализуются в системах с подчиненным регулированием параметров. За счет регулирования задающего сигнала  изменяется как выходное напряжение выпрямителя В, так и частота f инвертора И.
1. - Патент РФ RU 2219615 С1, МКИ Н01Н 47/18: Реле времени. Автор - В.В.Березов. Регистрационный номер заявки: 2002111385/09
2. - А.А.Чунихин. Электротехнические аппараты. М, Энергоатомиздат. 1988 г., с.376