БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ РЕЛЕ
FAST-OPERATING RELAY

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитной коммутационной аппаратуре, и может применяться для защиты от перегрузок и коротких замыканий электроустановок и линий постоянного тока.
Известно быстродействующее реле (реле РДШ-3000), содержащее магнитопровод, в окно которого пропущена токоведущая шина, якорь, подвижный контакт, установленный на рычаге, неподвижный контакт и пружину. Пружина создает усилие, направленное против усилия притяжения якоря. Изменение натяжение пружины приводит к изменению тока срабатывания реле. Токоведущая шина разделена на две неравные части, направленные встречно друг другу в окне магнитопровода. На часть шины меньшего сечение установлен магнитный шунт. [К.К. Намитоков и др. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств. Москва, Энергоатомиздат, 1988, с. 32-33, рис. 2.4].
Недостатком такого реле являются большие габариты и масса, а также сравнительно небольшое усилие притяжения якоря по отношению к его массе.
Наиболее близкой к патентуемому быстродействующему реле является конструкция электромагнитного размыкателя, состоящая из П-образного магнитопровода, в окно которого пропущена токоведущая шина, якоря, магнитного шунта, охваченного короткозамкнутым витком, соединенного со стержнями магнитопровода и образующего магнитную цепь, параллельную магнитной цепи якоря. Якорь жестко связан с рычагом, установленным на неподвижной поворотной оси, с которым жестко связан подвижный контакт, установленный с возможностью взаимодействия с неподвижным контактом [ПМ №62737 РФ]. Задачей магнитного шунта в данной конструкции является повышение быстродействия срабатывания реле при большой скорости нарастания тока. Настройка тока срабатывания реле происходит при плавном нарастании тока через токоведущую шину. При этом магнитный поток делится на две части. Одна часть потока протекает через якорь, вторая часть - через магнитный шунт. Но в случае быстрого нарастания тока через токоведущую шину все нарастание магнитного потока проходит через якорь, так как на магнитный шунт установлены короткозамкнутые токопроводящие кольца, что препятствует быстрому нарастанию магнитного потока через магнитный шунт. В результате якорь размыкателя начнет движение раньше, чем ток достигнет величины, на которую был настроен, за счет чего и достигается повышение быстродействия.
Указанная конструкция также имеет значительные габариты и массу, так как магнитный шунт удален от якоря и имеет значительную длину, и для обеспечения магнитной проводимости его сечение должно быть достаточно большим. Также на увеличение габаритов и массы влияет то, что между магнитопроводом и неподвижным контактом не предусмотрена изоляция, по этой причине магнитопровод выполняется увеличенным, чтобы обеспечить изоляцию от магнитопровода до токоведущей шины. По этой же причине - из-за увеличенного размера магнитопровода - повышается влияние внешних магнитных полей, что снижает точность настройки тока срабатывания реле.
Кроме того, в вышеуказанной конструкции небольшой диапазон настройки токов срабатывания.
Задачей создания изобретения явилась разработка быстродействующего реле постоянного тока с уменьшенными габаритами и массой и улучшенными техническими характеристиками.
Технический результат, который достигается изобретением, состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем повышения быстродействия, надежности, отказоустойчивости при одновременном снижении габаритов и массы предлагаемого устройства.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Быстродействующем реле содержит магнитопровод, в окно которого пропущена токовая шина, якорь, магнитный шунт, охваченный короткозамкнутым витком, рычаг, установленный на неподвижной поворотной оси и жестко связанный с якорем, подвижный контакт, установленный на рычаге, неподвижный контакт и пружину. Пружина воздействует на рычаг и создает момент, прижимающий подвижный контакт к неподвижному контакту, и противодействует моменту силы притяжения якоря при срабатывании. Согласно п. 1 формулы, магнитный шунт выполнен несимметричным относительно вертикальной оси магнитопровода и установлен с возможность проведения магнитного потока между магнитным шунтом и якорем так, чтобы указанный магнитный поток создавал момент, направленный встречно моменту силы притяжения якоря при срабатывании, рычаг выполнен из изоляционного материала, а магнитопровод дополнительно содержит изоляционный элемент для крепления неподвижного контакта. Рычаг выполнен изоляционным.
В соответствии с п. 2 формулы изоляционный элемент установлен с возможностью его перемещения относительно магнитопровода в направлении движения подвижных контактов.
В соответствии с п. 3 формулы между магнитопроводом и изоляционным элементом установлен регулировочный винт.
В соответствии с п. 4 формулы в качестве пружины использована пружина сжатия с направляющими растяжками, позволяющая использовать ее как пружину растяжения.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - общий вид заявляемого реле
на фиг. 2 - магнитная цепь реле
на фиг. 3 - устройство пружины реле (вид сбоку)
на фиг. 4 - устройство пружины реле (вид сверху), где
1 - магнитопровод;
2 - токоведущая шина;
3 - якорь;
4 - магнитный шунт;
5 - короткозамкнутый виток;
6 - неподвижная поворотная ось;
7 - рычаг;
8 - подвижный контакт;
9 - изоляционный элемент;
10 - неподвижные контакты;
11 - регулировочный винт;
12 - пружина;
13 - корректировочный винт;
14 - упор с резьбовым отверстием;
15 - направляющие растяжки;
16 - упор с гладким отверстием;
17 - ось.
Быстродействующее реле постоянного тока (фиг. 1) содержит магнитопровод 1, в окно которого пропущена токоведущая шина 2, якорь 3, магнитный шунт 4 с короткозамкнутым витком 5. На неподвижной поворотной оси 6 установлен рычаг 7, который жестко связан с якорем 3. Также на рычаге 7 установлен подвижный контакт (контактный мостик) 8. Магнитный шунт 4 выполнен несимметричным относительно вертикальной оси магнитопровода 1 и установлен с небольшим зазором относительно якоря 3 так, что между магнитным шунтом и якорем через этот зазор может проходить магнитный поток. Магнитный шунт расположен возле края якоря 3, более удаленного относительно поворотной оси 6. На магнитопроводе 1 установлен изоляционный элемент 9, на котором установлены неподвижные контакты 10. Регулировочный винт 11 позволяет перемещать изоляционный элемент 9 относительно магнитопровода 1. Пружина 12 воздействует на рычаг 7.
Быстродействующее реле постоянного тока работает следующим образом.
Пока через токоведущую шину 2 не протекает ток, реле находится в положении, которое показано на фиг. 1. В этом положении подвижный контактный мостик 8 под действием пружины 12 поджат к неподвижным контактам 10, благодаря чему через контакты может протекать ток. Как правило это ток управления какими-либо устройствами защиты. Под действием тока в токоведущей шине 2 в магнитопроводе 1 создается магнитный поток, основная часть которого протекает через магнитопровод 1 и якорь 3 - поток Ф1, а небольшая часть через магнитный шунт 4 и якорь - поток Ф2. Поток Ф1 стремится притянуть якорь 3 к магнитопроводу 1, а поток Ф2 противодействует этому. При определенном значении тока (так называемом токе уставки) суммарное усилие от действия потоков Ф1 и Ф2 преодолеет усилие пружины 12, и якорь 3 притянется к магнитопроводу 1, разомкнув при этом контакты 8 и 10. Если ток в шине 2 нарастает медленно, потоки Ф1 и Ф2 определяются только величиной тока и магнитными сопротивлениями ветвей, по которым эти потоки протекают. Этот режим определяет ток статической уставки реле тока. Якорь 3 притягивается к магнитопроводу 1 и через изоляционный рычаг 7 размыкает контакты. Для улучшения условий размыкания цепи применен контактный мостик с двумя разрывами, содержащий, соответственно, 2 неподвижных контакта.
При коротком замыкании в цепи, содержащей шину 2, нарастание тока происходит с большой скоростью, и нарастание потока Ф2 происходит значительно медленнее, чем нарастание потока Ф1, благодаря наличию короткозамкнутого витка 5 на магнитном шунте 4. За счет этого движение якоря начинается раньше, чем ток достигнет величины тока статической уставки - срабатывание произойдет при токе динамической уставки. По сравнению с прототипом в данном случае этот процесс происходит более эффективно, так как в прототипе увеличение усилия притяжения якоря происходит только за счет увеличения потока Ф1, в то время как в патентуемой конструкции увеличивается поток Ф1 и одновременно исключается усилие, которое создавалось потоком Ф2 и противодействовало усилию притяжения якоря.
Также за счет того, что поток Ф2 создает усилие, направленное против усилия притяжения якоря, появляется возможность применять пружину 12 с меньшим усилием, а также это позволяет в более широких пределах регулировать ток срабатывания реле.
Благодаря тому, что магнитный шунт 4 расположен несимметрично относительно вертикальной оси магнитопровода возле края якоря 3, более удаленного относительно поворотной оси 6, усилие, создаваемое потоком Ф2, создает больший момент вращения относительно оси 6, благодаря чему магнитный шунт можно выполнять меньшего сечения.
Рычаг 7, на котором установлен подвижный контакт 8, выполнен из изоляционного материала, а неподвижные контакты 10 установлены на изоляционном элементе 9. Благодаря такому исполнению нет необходимости обеспечивать изоляцию между магнитопроводом 1 и токоведущей шиной 2, что позволяет более плотно охватить шину магнитопроводом. Это, во-первых, значительно облегчает конструкцию, так как длина магнитопровода становится значительно меньше и также меньше сечение магнитопровода при сохранении той же магнитной проводимости, и, во-вторых, настройка тока срабатывания становится более точной, так как при этом меньше влияние внешних магнитных полей.
Регулировка тока срабатывания реле в процессе эксплуатации производится пружиной 12. Но для калибровки реле тока в процессе изготовления требуется настройка зазора между магнитопроводом 1 и якорем 3. Один из вариантов такой регулировки - перемещение изоляционного элемента 9, на котором закреплен неподвижный контакт, относительно магнитопровода 1. Поскольку подвижный контакт 8, прикрепленный к изоляционному рычагу 7, упирается в неподвижный контакт 10 и тем самым ограничивает ход изоляционного рычага, на котором закреплен якорь, то передвигая изоляционный элемент вместе с неподвижным контактом, можно изменять положение якоря в начальном положении, а, следовательно, и зазор между якорем и магнитопроводом. Для удобства регулирования может быть предусмотрен специальный регулировочный винт 11.
Пружина 12 в данном конструктиве должна быть пружиной растяжения. Однако обычная пружина растяжения имеет такой недостаток, что для обеспечения предварительного натяжения ее необходимо предварительно растянуть. При этом ее длина увеличивается, и на рабочий ход остается меньше длины. Пружину сжатия можно установить сразу предварительно сжатой, и ее рабочий ход будет практически до полного соприкосновения витков, то есть больше, чем у пружины растяжения. В патентуемом реле применена пружина сжатия 12, которая установлена между упором с резьбовым отверстием 14 и упором с гладким отверстием 16. С упором 16 связаны направляющие растяжки 15, которые связаны с осью 17, установленной на изоляционном рычаге 7. Направляющие растяжки 15 не позволяют пружине изгибаться. Корректировочный винт вкручен в резьбовое отверстие упора 14, при вращении корректировочного винта происходит изменение длины пружины и, соответственно, усилие ее воздействия. При срабатывании реле изоляционный рычаг поворачивается относительно оси 6, через ось 17 тянет направляющие растяжки, которые через упор 16 сжимают пружину. Упор с гладким отверстием 16 также служит направляющей для корректировочного винта 13, который проходит через гладкое отверстие.
Благодаря внесенным улучшениям создано быстродействующее реле постоянного тока с уменьшенными габаритами и массой и с улучшенными техническими характеристиками: быстродействием, надежностью, отказоустойчивостью.