Устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность
RELAY CONTROL DEVICE 8E123M DURING FAIL-OVER TEST

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам контроля реле и может быть использовано для контроля электромагнитных реле 8Э123М при испытании на безотказность при периодических испытаниях.
Особенность испытания реле 8Э123М на безотказность
Особенность испытания реле 8Э123М на безотказность в том, что они находятся в камере тепла при высокой температуре - 85°С сравнительно длительное время - 500 часов, при этом на катушки реле подано напряжение (реле постоянно включены), а через замкнутые последовательно соединенные контакты всех реле пропущен ток [Реле электромагнитное 8Э123М ЕЖИА.647115.001 ТУ Технические условия ТУ16-647.037-86]. Это очень жесткие условия для этих реле. Поэтому в процессе испытания приходится систематически измерять ток, протекающий через горячие катушки реле, чтобы их не сжечь.
Уровень техники
Известно штатное устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность, описанное в работе [Черкасов Ю.Н. Периодические испытания реле 8Э123М. Учебное пособие. Издание первое. ФГУП "НПП
1
i
n
ВНИИЭМ», 2009, с. 38] (Фиг. 1), содержащее первый источник постоянного тока (в дальнейшем источник №1) (Фиг. 1), второй источник постоянного тока (в дальнейшем источник №2), пульт, кабель подачи напряжения на катушки реле, кабель подачи напряжения на контакты реле, миллиамперметр mA, милливольтметр mV, переменное сопротивление R, при этом пульт содержит тумблеры T, …,T, …, T подачи напряжения на
1
i
n
катушки реле P, …, P, …, P, штепсельный разъем для подключения кабеля подачи напряжения на катушки реле, калиброванный шунт Ш, включенный последовательно с контактами реле, причем число тумблеров равно числу испытываемых реле.
i
i
i
1
i
n
Ток через катушки реле измеряют миллиамперметром mA. При измерении сначала выключают тумблер T, проверяемого реле, а затем к выводам этого тумблера T, вручную подключают миллиамперметр mA и регистрируют показания миллиамперметра mA. Подобным образом измеряют последовательно ток, протекающий через катушки всех реле. Этот способ измерения тока вручную очень неудобный, требует определенных навыков, измерения низкоточные и, главное, недостоверные, а процесс измерения тока у всех реле занимает много времени. Выключение тумблера, даже на короткое время, приведет к прерыванию тока через катушку реле, при этом реле отпустит, и разомкнутся его контакты К. Следовательно, прервется ток, протекающий через последовательно соединенные контакты К, …, К, …, К всех реле. Опытным путем выявлено, что если прервать ток, даже на короткое время, через катушку или контакты, катушки реле успевают изменить температуру и, вследствие этого, изменится сопротивление катушки и, соответственно, изменится ток через катушку реле. Если измерять ток сразу же после подачи напряжения на катушку реле, естественно, реле не успеют прогреться и измерения будут недостоверными. Сколько времени нужно прогревать реле до их полного прогрева, после повторной подачи тока, в документации на реле не указано. Опытным путем выявлено, что для полного прогрева реле нужно не менее 2-х часов. Опытным путем также выявлено еще одно свойство реле - после включения тока через катушку реле, после прерывания тока через катушку или контакты, значение тока через катушку реле всякий раз меняется по сравнению с предыдущим измерением из-за изменения сопротивления катушки реле. Следовательно, измерения тока через горячие катушки реле,
после прерываний тока, будут неравноточными. Если учесть, что ток через полностью нагретую катушку реле составляет всего несколько десятков миллиампер, то указанное изменение тока оказывается значимым и приводит к ощутимой погрешности.
Достоверными и равноточными измерения тока будут только у полностью прогретых до 85°С реле и без прерываний тока. Для полного прогрева реле дополнительно через их замкнутые контакты пропускают ток. Но ток через контакты потечет только в случае, когда они замкнутся у всех реле, т.к. они соединены последовательно. Только при замыкании всех контактов через милливольтметр mV, подключенный параллельно шунту Ш, потечет ток и его стрелка отклонится. Но милливольтметр mV имеет инерционность. Поэтому отсчет показаний миллиамперметра mA снимают не в момент срабатывания реле (замыкания контактов), а несколько позже, после замыкания контактов. Но по Техническим Условиям на реле требуется знать ток через горячую катушку реле именно в момент срабатывания реле (замыкания контактов). Опытным путем установлено, что если измерять ток через катушку реле не в момент замыкания его контактов, а несколько позже, то значение тока будет уже другим. Этому эффекту имеется объяснение - при протекании тока через контакты они нагреваются и, соответственно, катушка реле дополнительно нагревается.
Значимым недостатком данного устройства является полное отсутствие контроля фактов подачи напряжения на катушки и замыкания контактов реле. Поэтому, если после включения на пульте всех тумблеров, стрелка милливольтметра mV не отклонилась, то непонятна причина этого: или контакты какого-то реле не замкнулись, или не подалось напряжение на катушку какого-то реле. Приходится разбирать всю схему и проверять каждое реле, что очень трудоемко и занимает много времени. Если учесть, что реле находятся в горячей камере в специальном приспособлении и нагреты до температуры плюс 85°С, к ним припаяны провода, то, чтобы
проверить реле, нужно камеру и реле остудить, разобрать всю схему, автономно проверить каждое реле и найти причину не отклонения милливольтметра mV после включения всех тумблеров. После этого нужно повторно собрать схему испытаний и повторно провести испытания. На эти работы нужно много времени, дополнительный расход моторесурса испытательного оборудования и электроэнергии.
1
i
n
Известно усовершенствованное, в сравнении со штатным, устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность [Черкасов Ю.Н. Патент №2665327 от 30.70.2017 г. Устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность.] (Фиг. 2), в котором дополнительно к схеме на фиг. 1 введен пакетный переключатель П и сигнальные лампочки Л, …, Л, …, Л контроля подачи напряжения на катушки каждого реле, причем миллиамперметр mA включен последовательно с центральной ламелью пакетного переключателя, при этом через ламели пакетного переключателя создана, параллельная тумблерам, дополнительная цепь подачи напряжения от источника №1 на катушки реле. В этом устройстве не происходит прерывания напряжения от источника №1 при измерении тока через катушку реле за счет дополнительной цепи через пакетный переключатель.
Введение пакетного переключателя позволило повысить точность измерения тока через горячую катушку реле, поскольку при измерении тока через катушку реле не прерывается ток через катушку реле. Лампочки позволили однозначно установить факт подачи напряжения на катушку каждого реле.
Хотя это устройство (с лампочками) и имеет преимущество по сравнению с предыдущим устройством (без лампочек), но у него остался существенный недостаток - отсутствие контроля факта замыкания контактов каждого реле. Этот недостаток этого устройства очень значимый - если на катушки всех реле подано напряжение (все тумблеры включены и все лампочки горят), но стрелка милливольтметра mV не отклонилась, что
1
i
n
означает, что через последовательно соединенные контакты реле не течет ток, следовательно, контакты какого-то реле не замкнулись, но непонятно у какого реле не замкнулись контакты, поскольку никакого контроля замыкания контактов К, …, К, …, К нет. Поэтому схему приходится опять разбирать, как и в предыдущем случае. На это требуется много времени, поскольку реле находятся в камере при температуре плюс 85°С и они горячие. Нужно остудить камеру и реле, отпаять от каждого реле провода, автономно проверить поочередно каждое реле и вновь провести испытание.
Проведены патентные исследования изобретений и полезных моделей СССР, Российской Федерации, стран СНГ и зарубежных стран по классам МПК: G01R 31/327, G01M 7/00, G01M 7/02, G01M 7/06, Н01Н 47/00, Н01Н 49/00, G01R 23/00, G05D 23/02, с 1970 г. по настоящее время. При проведении анализа уровня техники по изобретениям и полезным моделям обнаружен один аналог - устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность [Черкасов Ю.Н. Патент №2665327 от 30.70.2017 г. Устройство контроля реле 8Э723М мри испытании на безотказность], совокупность признаков которого наиболее близка к совокупности существенных признаков заявленного технического решения, которое и было принято за прототип. При проведении анализа уровня техники по научно-техническим источникам не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения - повысить достоверность определения факта замыкания контактов каждого реле.
Поставленная цель достигается заявленным устройством контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность (Фиг. 3), содержащим первый источник постоянного тока (в дальнейшем источник №1), второй источник
постоянного тока (в дальнейшем источник №2), пульт, кабель подачи напряжения от источника №1 на катушки реле, кабель подачи напряжения от источника №2 на контакты реле, миллиамперметр, милливольтметр, переменное сопротивление, при этом источник №1 выполнен с возможностью подачи напряжения на катушки всех реле, источник №2 выполнен с возможностью подачи напряжения на контакты всех реле, при этом контакты всех реле соединены последовательно, пульт содержит тумблеры подачи напряжения от источника №1 на катушки всех реле, сигнальные лампочки контроля подачи напряжения от источника №1 на катушки реле (в дальнейшем Л1), пакетный переключатель, штепсельный разъем для подключения кабеля подачи напряжения от источника №1 на катушки реле, шунт, причем число тумблеров и сигнальных лампочек Л1 равно числу испытываемых реле, при этом каждый тумблер выполнен с возможностью подачи напряжения от источника №1 на катушку одного реле, каждая сигнальная лампочка Л1 включена последовательно с одной катушкой реле, через каждую ламель пакетного переключателя создана одна дополнительная цепь, параллельная цепи подачи напряжения от источника №1 через тумблер на катушку одноименного реле, шунт включен последовательно с контактами реле, миллиамперметр включен в цепь центральной ламели пакетного переключателя, милливольтметр включен параллельно шунту, переменное сопротивление включено последовательно с контактами реле, причем дополнительно введены параллельно каждому контакту реле последовательно соединенные сигнальная лампочка контроля замыкания контактов реле(в дальнейшем Л2) и резистор r, кабель подключения пары сигнальная лампочка Л2 и резистор r к контактам каждого реле, в пульт дополнительно введен штепсельный разъем для подключения кабеля подключения пары сигнальная лампочка Л2 и резистор r к контактам каждого реле, причем число пар сигнальная лампочка Л2 и резистор r равно числу контактов реле, при этом все
лампочки Л2 помещены на переднюю панель пульта, а все резисторы r - внутрь пульта.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков заявленного устройства, является повышение достоверности факта замыкания контактов каждого реле после подачи управляющего напряжения на катушки реле и, как следствие, уменьшение ресурсозатрат испытательного оборудования, трудозатрат и времени на испытание реле, экономия электроэнергии при испытании.
К защите патентом Российской Федерации предлагается техническое решение - устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показана схема штатного устройства контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность без контроля подачи напряжения на катушки реле и без контроля замыкания контактов реле. Здесь:
1
n
T, …, T - тумблеры пульта, при включении которых подается напряжение на катушки реле;
1
n
Р, …, P - катушки реле;
1
n
К, …, К - контакты реле;
R - переменное сопротивление;
Ш - калиброванный шунт;
mA - миллиамперметр;
mV - милливольтметр;
источник №1 - источник постоянного тока для подачи напряжения на катушки реле;
источник №2 - источник постоянного тока для подачи напряжения на контакты реле.
На фигуре 2 показана схема усовершенствованного, в сравнении со штатным, устройства контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность с контролем подачи напряжения на катушки реле, но без контроля замыкания контактов реле (патент №2665327 от 30.10.2020 г). Здесь: П - пакетный переключатель, у которого обозначены 1, …, n № ламели;
1
n
Л, …, Л - сигнальные лампочки контроля подачи напряжения на катушки реле.
Остальные составные части устройства те же, что и на фигуре 1.
На фигуре 3 показано заявленное устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность при периодических испытаниях. Здесь:
1
n
1
n
Л1, …, Л1 - сигнальные лампочки контроля подачи напряжения на катушки реле. Это те же лампочки, что и Л, …, Л на фиг 2 - лампочки контроля подачи напряжения на катушки реле. На фиг. 3 для этих лампочек дополнительно введен индекс 1 (Л1), поскольку в заявленном устройстве дополнительно введены сигнальные лампочки контроля замыкания контактов реле, для которых введен индексом 2 (Л2), чтобы была однозначность в назначении лампочек.
1
n
Л2, …, Л2 - сигнальные лампочки контроля замыкания контактов реле;
1
n
r, …, r - гасящие сопротивления.
Остальные составные части заявленного устройства те же, что и в прототипе (фиг 2).
На фигуре 4 показан макет пульта управления и контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность (без сигнальных лампочек), подготовленный для реализации заявленного технического решения (фиг. 3). Здесь:
1 - пульт П123-5;
2 - тумблеры для подачи напряжения на катушки реле;
3 - пакетный переключатель для подачи напряжения на катушки реле;
4 - штепсельный разъем для подключения кабеля подачи напряжения на катушки реле;
5 - кабель для подачи напряжения на катушки реле;
6 - калиброванный шунт 75ШС 75mV;
7 - клеммы для подключения источника постоянного тока №1;
8 - клеммы для подключения источника постоянного тока №2;
9 - клеммы для подключения миллиамперметра М2038;
10 - клеммы для подключения милливольтметра М2017.
На фигуре 5 показано заявленное устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность при периодических испытаниях. Здесь:
1 - источник постоянного тока №1;
2 - источник постоянного тока №2;
3 - пульт П123-5;
4 - кабель подачи напряжения на катушки реле;
5 - кабель подачи напряжения на контакты реле;
6 - кабель подключения пар лампочек Л2 и резисторов г к контактам реле;
7 - миллиамперметр М2038;
8 - милливольтметр М2017;
9 - переменное сопротивление НФ11;
10 - камера тепла, в которой находятся испытываемые реле.
Осуществление изобретения
Заявленное устройство контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность (Фиг. 5) содержит первый источника постоянного тока (источник №1) 1, второй источник постоянного тока (источник №2) 2, пульт П123-5 3, кабель подачи напряжения на катушки реле 4, кабель подачи напряжения на контакты реле 5, кабель подключения пар лампочек Л2 и резисторов r к контактам реле 6, миллиамперметр М2038 7, милливольтметр М2017 8, переменное сопротивление НФ11 9, камеру тепла 10, в которой находятся испытываемые реле, закрепленные в
1
n
1
n
1
n
специальном приспособлении, при этом пульт содержит пакетный переключатель, сигнальные лампочки Л1, …, Л1 контроля подачи напряжения на катушки реле, сигнальные лампочки Л2, …, Л2 контроля замыкания контактов реле, тумблеры T, …, Т подачи напряжения на катушки реле, штепсельный разъем для подключения кабеля подачи напряжения на катушки реле, штепсельный разъем для подключения кабеля подключения пар лампочек Л2 и резисторов r к контактам реле, клеммы для подключения источников постоянного тока №1 и №2, миллиамперметра М2038 и милливольтметра М2017.
В настоящее время разработана реальная монтажная схема и изготовлен макет заявленного устройства, с использованием которого были проведены очередные периодические испытания реле 8Э123М. Использование устройства в реальных испытаниях показало, что оно полностью обеспечивает заявленный технический результат и дает практический эффект, в сравнении с прототипом. Устройство ощутимо сокращает время измерений и делает процесс измерений очень удобным.
Реализацию заявленного технического решения - контроль замыкания контактов каждого реле при подаче напряжения на катушки реле, опишем с использованием электрической схемы заявленного устройства, показанной на фиг. 3. Устройство работает следующим образом.
1
n
1
n
1
n
Л1
, … Л1
не горят
Л2
, …, Л2
горят
Исходное положение. Схема собрана, как показано на фиг. 3. К реле припаяны провода кабелей, реле установлены в камеру тепла в специальном приспособлении. Источники тока №1 и №2 включены и отрегулированы нужные значения тока и напряжения. Штепсельные разъемы (ШР) кабелей состыкованы с ШР пульта. На пульте пакетный переключатель П установлен в положение 0, тумблеры T, …, T выключены. Сигнальные лампочки . Сигнальные лампочки . Объясним это.
1
n
1
n
Сигнальные лампочки Л1, …, Л1 не горят потому, что тумблеры T, …, T выключены, а пакетный переключатель П установлен в положение 0.
Поэтому напряжение от источника №1 не поступает на катушки всех реле, что свидетельствует о правильности соединений всех проводов части схемы подачи управляющего напряжения на катушки всех реле. Соответственно, контакты всех реле разомкнуты, поскольку реле не сработали.
1
n
1
1
i
i
n
n
Сигнальные лампочки Л2,…,Л2 горят потому, что источник №2 включен и от него ток протекает по цепи: плюс источника №2 - шунт Ш - сопротивление R - сопротивление r - лампочка Л2 - далее остальные пары r и Л2 (…r Л2… r Л2), подключенные параллельно контактам реле, - минус источника №2. Контакты всех реле разомкнуты, поэтому, естественно, ток потечет через лампочки Л2 и они горят, что свидетельствует об исправности реле в их исходном состоянии и правильности соединений всех проводов части схемы подачи напряжения на контакты всех реле.
2
Таким образом, не горящие лампочки Л1 и горящие лампочки Л2 косвенно контролируют исправность реле и правильность собранной схемы для испытания реле. Контроль правильности собранной схемы испытаний с помощью лампочек Л1 и Л2 очень важен, поскольку реле помещены в камеру тепла в специальном приспособлении, камера включена на температуру плюс 85°С и ее открывать нельзя, а лампочки свидетельствуют не только о исправности реле и правильности собранной схемы, но и о том, что пайка всех соединений надежная. Кроме этого, горящие лампочки Лдополнительно свидетельствуют о том, что на катушки реле не подано напряжение, следовательно исходное состояние схемы правильное.
Реализация заявленного изобретения и принцип его работы.
1
n
Принцип работы заявленного изобретения (Устройства контроля реле 8Э123М при испытании на безотказность) опишем с использованием схемы на фиг. 3. После того, как схема испытаний собрана и проверена на правильность ее функционирования, поочередно включают тумблеры Т, …, Т. При включении тумблеров на все катушки реле подается
1
n
1
n
1
n
1
1
2
2
2
i
i
i
напряжение по цепи: плюс источника №1 - включенные тумблеры T, …, T - лампочки Л1, …, Л1 - минус источника №1. Лампочки Л1 загорятся, что достоверно свидетельствует о подаче напряжения на катушки реле. Все реле сработают, замкнутся их контакты К, …, К. При замыкании контактов гаснут одноименные лампочки Л2, поскольку ток от источника №2 потечет по цепи: плюс источника №2 - шунт Ш - сопротивление R - замкнутые контакты сработавших реле - минус источника №2. Ток через пары r и Л2 не потечет, а потечет через замкнутые контакты, потому, что сопротивление замкнутых контактов много меньше чем сопротивление пары r и Л2, поэтому лампочки Л2 погаснут. Ток в электрической цепи течет по наименьшему сопротивлению. Именно этот эффект электрической цепи и использован в заявленном техническом решении. Включили на пульте тумблер Tзагорается лампочка Л1, (на катушку первого реле подано напряжение) и гаснет лампочка Л2 (контакты первого реле замкнулись), остальные лампочки Л1 не горят, а остальные лампочки Л2 горят. Включают на пульте тумблер Т загорается лампочка Л1 (на катушку второго реле подано напряжение) и гаснет лампочка Л2. Таким образом, при включении на пульте очередного тумблера Т загорается одноименная лампочка Л1 и гаснет одноименная лампочка Л2. Если схема испытаний собрана правильно, а пайка всех соединений надежная, то после включения на пульте всех тумблеров Т все лампочки Л1 горят (на катушки всех реле подано напряжение), а все лампочки Л2 не горят (контакты всех реле замкнулись). При протекании тока через шунт Ш на нем падает напряжение и милливольтметр mV М2017 покажет это напряжение, что дополнительно свидетельствует о том, что контакты всех реле замкнуты и через них течет ток.
Измерение тока через горячие катушки реле.
Реле испытывают 500 часов при температуре плюс 85°С. Чтобы реле не «сжечь» периодически измеряют ток, протекающий через катушки горячих
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
реле. Ток измеряют миллиамперметром mA типа М2038, включенным в цепь центральной ламели пакетного переключателя П. При измерении тока через катушку первого реле P, сначала пакетный переключатель устанавливают в положение 1 и создается параллельная тумблеру T цепь подачи напряжения на катушку P по цепи: плюс источника №1 - миллиамперметр mA - центральная ламель и ламель 1 пакетного переключателя П - лампочка JI1 - катушка реле P - минус источника №1. Лампочка Л продолжает гореть, поскольку напряжение на катушку реле Р подается одновременно по двум цепям - через тумблер Т, и параллельно через центральную ламель пакетного переключателя П. Затем тумблер Т выключают и весь ток от источника №1 потечет только через миллиамперметр mA по цепи: плюс источника №1 - миллиамперметр mA - центральная ламель пакетного переключателя - ламель №1 пакетного переключателя - лампочка Л1 - катушка первого реле P, минус источника №1. Стрелка миллиамперметра mA отклонится и с него снимают отсчет значения тока через горячую катушку первого реле Р. Заметим, что при этом измерении ток через катушку Р не прерывался. Поэтому его контакты оставались замкнутыми и поэтому лампочка Л2 не горела. Если по какой-либо причине контакты реле Р разомкнутся, то лампочка Л2 загорится.
1
2
1
2
2
2
2
2
2
2
Затем включают тумблер Т, а пакетный переключатель П ставят в положение 2. В этом случае на катушку реле Р напряжение подается одновременно по двум цепям, как и для реле P - через тумблер Т и через центральную ламель пакетного переключателя П. Выключают тумблер Т и ток для катушки Р потечет только через миллиамперметр mA, его стрелка отклонится и покажет значение тока через горячую катушку Р. Заметим, что при этом измерении ток через катушку Р не прерывался и поэтому контакты всех реле не размыкались. Поэтому лампочка Л1 продолжала гореть, а лампочка Л2 оставалась выключенной. Аналогично измеряют токи через катушки остальных реле.
Таким образом, если все реле исправны, а схема соединения оборудования не нарушена, то за все время измерения тока через горячие катушки реле лампочки Л1 остаются постоянно включенными, а лампочки Л2 остаются постоянно выключенными.
Состояние реле и схемы соединения оборудования между измерениями тока контролируют по милливольтметру mV типа М2017. При прогретых реле и неизменном состоянии схемы испытания показания милливольтметра будут постоянными.
Принципиальное отличие заявленного устройства от прототипа состоит в однозначном установлении факта исправности всех реле и однозначном определении номера неисправного реле, в случае его отказа при испытании за счет дополнительно введенных пар лампочка Л2 и резистор r, подключенных параллельно каждому контакту реле. Кроме этого, состояние (горят, не горят) совокупности лампочек Л1 и Л2 однозначно характеризуют не только исправность всех реле, но и состояние схемы испытаний. При этом полностью остается преимущество прототипа, в сравнении со штатным устройством - исключение прерывания тока через катушки и контакты всех реле за счет создания дополнительных цепей, параллельных тумблерам, посредством введения пакетного переключателя, повышение точности измерения токов через катушки реле за счет постоянного включения миллиамперметра mA в цепь центральной ламели пакетного переключателя, повышение достоверности определения факта подачи напряжения на катушки реле за счет сигнальных лампочек Л1, включенных в цепь последовательно с катушками реле.