РЕЛЕ ТОКА С МАГНИТНЫМ ПРИТЯЖЕНИЕМ ВТЯЖНОГО ЯКОРЯ
CURRENT RELAY WITH MAGNETIC ATTRACTION OF PULL-IN ARMATURE

Изобретение относится к области токовых реле для отключения электропроводки в зданиях, не допустив ток нагрузки на провод от бытовых электроприборов сверх допустимого значения, и для защиты электродвигателя от перегрузки, обрыва фазы, незапускания при отсутствии фазы и заторможения ротора.
Известны реле соленоидного типа Р-4000, РЭО-401 и реле с поворотным якорем ЭТ-521 и РТ-40. при защите электродвигателей от больших перегрузок и коротких замыканий на землю катушки трех реле максимального тока включают во все три фазы статора двигателя (1), а их размыкающие контакты соединяются последовательно к блок-контакту магнитного пускателя, и шунтируются кнопкой «Пуск» что позволяет отключить двигатель при срабатывании хотя бы одного реле. Также известно схема защиты двигателя при помощи реле типа ЭТ-521 и РТ-40 (2) от обрыва фазы. Катушки трех реле также включают в фазы статора двигателя, а их замыкающие контакты последовательно включают в цепь управление магнитного пускателя. Во время пуска их шунтирует кнопка «пуск». При работе двигателя в нормальном режиме все три реле включены, а при обрыве фазы якорь поворачивается в исходное положение, разрывает цепь катушки магнитного пускателя, которое ведет к отключению двигателя.
Основным недостатком реле максимального тока является то, что их нельзя отрегулировать на небольшие перегрузки. Недостатком реле минимального тока является то, что они не реагируют на перегрузку и короткое замыкание.
Известно трехпозиционное реле тока (3), выбранное в качестве прототипа, содержащее втяжной якорь, неферромагнитный контактный стержень, подвижные контакты, укрепленные на торцах неферромагнитного контактного стержня, клапан, регулировочный винт, в корпусе устройства полость втяжного якоря переходит в расширенную полость клапана, на границе перехода полостей по периметру образовано плечо. Втяжной якорь и неферромагнитный контактный стержень выступающий за торцы втяжного якоря, сочленены пружиной, находящейся на стержне между стопорным кольцом и внутренним торцом втяжного якоря и гайкой, завернутой на выступающий из нижнего торца втяжного якоря, стержень. В нормальном положении втяжной якорь и неферромагнитный контактный стержень расположены в полостях корпуса в вертикальном положении на нижних замкнутых контактах, верхние контакты разомкнуты. Катушка трехпозиционного реле тока сообразована с номинальном током защищаемого электродвигателя - для перехода втяжного якоря из исходного положения трехпозиционное нейтральное положение при протекании по катушке номинального тока двигателя, а при затянувшимся пуске и перегрузке, втянувшись в полость, замыкая верхние контакты, отключает двигатель от сети.
Недостатком приведенного реле является то, что втяжной якорь при протекании номинального тока защищаемого двигателя по катушке, переходит из исходного положения в трехпозиционное нейтральное положение, верхние и нижние контакты разомкнуты, а при появлении тока от перегрузки и короткого замыкания на землю замыкает верхние контакты, тем самым отключает двигатель от аварийного режима. Поэтому данное реле не сможет отключить электропровод при протекании по нему допустимого (номинального) тока, а отключит только при протекании по проводу тока от перегрузки и короткого замыкании, что недопустимо.
Целью изобретения является не допускать ток нагрузки на электропровод выше допустимого значения и защита электродвигателя от перегрузки, обрыва фазы, заторможения ротора и незапускания при отсутствие фазы.
Указанная цель достигается тем, что трехпозиционное реле тока преобразовано в реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря, содержащее втяжной якорь, неферромагнитный контактный стержень, верхний подвижный контакт, укрепленный на верхнем торце неферромагнитного контактного стержня, регулировочный винт, укрепленный на траверсе, верхний торец втяжного якоря, выступающий за края поперечного сечения втяжного якоря, сердечник с полостью по оси, расположенный в широкой полости корпуса, в корпусе устройства полость втяжного якоря переходит в расширенную полость верхнего торца втяжного якоря, на границе переходов полостей по периметру образовано плечо. Втяжной якорь и неферромагнитный контактный стержень, выступающий за торцы втяжного якоря, сочленены пружиной, находящийся на стержне между стопорным кольцом и внутренним торцом втяжного якоря и гайкой, завернутой на выступающий из нижнего торца втяжного якоря стержень. В нормальном положении втяжной якорь и неферромагнитный контактный стержень расположены в полостях корпуса в вертикальном положении, удержанные на плече верхним торцом втяжного якоря, верхние замыкающие контакты разомкнуты. Пружину, соединенную с нижним торцом неферромагнитного контактного стержня, ферромагнетик, подвешенный к нижнему концу пружины через неферромагнитное кольцо, постоянный магнит, устроенный под ферромагнетиком с соприкосновением к его поверхности и с возможностью передвижения для регулировки уставки тока, т.к. сила магнитного притяжения возрастает в одной из точек на его поверхности, неподвижный контакт, укрепленный на торце регулировочного винта, фиксирован в полости сердечника на определенном уровне регулировочным винтом, катушку (на чертеже не показано) тока реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря с определенным количеством витков, создающую сердечником от номинального тока силу электромагнитного поля, как от тока перегрузки на провод, т.е. имитирующую ток перегрузки на провод за счет количества витков на катушке. При протекании по катушке тока до допустимого значения втяжной якорь согласно изобретению притянут к постоянному магниту, в исходном положении, при этом пружина гасит звук, возникающий при прямом соприкосновении втяжного якоря к постоянному магниту. При протекании по электропроводу допустимого тока втяжной якорь, мгновенно отрываясь от притяжения постоянного магнита, втягиваясь в полость, замыкает верхние замыкающие контакты в цепи катушки магнитного пускателя, магнитный пускатель, размыкая замкнутые контакты отключает электропровод от тока нагрузки достигшей допустимого значения. Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемое реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря отличается тем, что при протекании по электропроводу тока до номинального значения втяжной якорь притянут к постоянному магниту в исходном положении, при протекании по электропроводу допустимого тока втяжной якорь, мгновенно отрываясь от притяжения постоянного магнита, замыкает верхние контакты, тем самым включает магнитный пускатель, магнитный пускатель, размыкая замкнутые контакты, отключает электропровод от сети.
Таким образом, заявляемое реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря, соответствует критерию изобретения «Новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом (3), но и с другими реле тока с их принципами действия и конструкциями в данный области реле строения (4) не позволило обнаружить в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию « Существенные отличия».
На фиг.1 дана схема реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря в продольном сечении. На фиг.2 дана схема отключения электропровода от тока нагрузки, достигшего допустимого значения с применением реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря. На фиг.3 дана схема защиты электродвигателя от аварийного режима с применением реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря.
Реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря содержит втяжной якорь 1, неферромагнитный контактный стерженъ 2, выступающий по осевой линии втяжного якоря 1 за его торцы. Подвижный контакт 3, укрепленный на верхнем торце стержня 2, регулировочный винт 6, укрепленный на верхней траверсе 7 и направленный по осевой линии в полость сердечника 16 на определенный уровень, то есть регулирует замыкание пожвижного контакта 3 на неподвижный 15, сочленяющую пружину 9, расположенную на стержне 2 между стопорным кольцом 10 и внутренним нижним торцом якоря 1, удерживающую сочленение гайку 11, завернутую на нижний выступающий из торца якоря 1 стержень 2, в корпусе 12 устройства полость 13 втяжного якоря 1 переходит в расширенную полость 8 верхнего торца 17 втяжного якоря 1, на границе перехода полостей 8 и 13 образована по периметру плечо 14, в нормальном положении сочлененные втяжной якорь 1 и неферромагнитный контактный стержень 2 находятся в полостях 13 и 8 в вертикальном положении, удержанные на плече 14 верхним торцом 17 втяжного якоря 1, верхние замыкающие контакты 3 и 15 разомкнуты, сердечник 16, расположенный в расширенной полости 8, пружину 9, соединенную с нижним торцом неферромагнитного контактного стержня 2, ферромагнетик 18, подвешенный к нижнему концу пружины 9 через неферромагнитное кольцо 19, постоянный магнит 20, устроенный под ферромагнетиком 18 с соприкосновением к его поверхности с возможностью передвижения для регулирования уставки тока, т.к. сила магнитного притяжения возрастает в одной из точек на его поверхности, катушку (на чертеже не показано) реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря РТМПВЯ, создающую сердечником 16 от номинального тока силу электромагнитного поля как от тока перегрузки на провод, т.е. имитирующую ток перегрузки на провод за счет количества витков на катушке, направляющий коробок 21. Реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря работает следующим образом. Катушку реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря РТМПВЯ включают в магнитный пускатель МП, верхние разомкнутые контакты 3 и 15 РТМПВЯ включают в цепь катушки магнитного пускателя МП и шунтирует блок-контактом магнитного пускателя МП для самоблокировки МП. Если при включении электороприборов по цепи электропровода потечет ток до допустимого значения, то втяжной якорь 1 будет притянут постоянному магниту 20 в исходном положении, а если ток нагрузки потечет допустимого значения (может чуть выше допустимого значения), то появившаяся сила электромагнитного поля катушки РТМПВЯ и сердечника 16, направленные верх оторвет втяжной якорь 1 от притяжения постоянного магнита 20, в этом случае втяжной якорь 1, втянувшись в полость, замкнет контакты 3 и 15 РТМПВЯ в цепи катушки магнитного пускателя МП. Магнитный пускатель МП, срабатывая, разомкнет замкнутые контакты МП в цепи электропровода, питающего электроприборы в зданиях, тем самым будет предотвращать токовые перегрузки на электропроводы и короткие замыкания.
Магнитный пускатель МП выключается из блокировки выключением автоматического выключателя АВ и сеть питания нагрузки восстанавливается обратным включением автоматического выключателя АВ.
1
2
1
1
1
2
2
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
2
2
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
2
2
2
1
2
1
2
1
2
Данное реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря (РТМПВЯ) позволяет защитить электродвигатель от перегрузки, обрыва фазы, заторможения ротора и незапускания при отсутствия фазы. Из схемы 3 видно, что реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря РТМВЯ и РТМВЯ включены в фазы двигателя и магнитного пускателя МП, замыкающие контакты 3 и 15 РТМВЯ, 3 и 15 РТМВЯ включены в цепь управления промежуточных реле P и Р, размыкающие контакты P и Р промежуточных реле включены последовательно к блок-контакту магнитного пускателя МП и шунтируются кнопкой «Пуск». Работает схема следующим образом. При обрыве фазы двигатель испытывает перегрузку от работы на двух фазах, так при обрыве фазы, не включенной в катушку РТМВЯ и РТМВЯ, втяжные якоря 1 этих реле, отрываясь от притяжения постоянного магнита 20, и втянувшись в полость, замыкают контакты 3 и 15 РТМВЯ и 3 и 15 РТМВЯ в цепи катушек P и Р, от поданного питания промежуточные реле P и Р, срабатывая, размыкают замкнутые контакты P и Р в цепи управления магнитного пускателя МП, тем самым отключают двигатель от работы, при обрыве одной фазы, включенной в РТМВЯ или РТМВЯ, у оставшегося в работе реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря (РТМВЯ), втяжной якорь 1, оторвавшись от притяжения постоянного магнита 20, замыкает контакты 3 и 15 РТМВЯ или 3 и 15 РТМВЯ в цепи катушки P или Р, тем самым промежуточный реле P или Р, получив питание, срабатывая, размыкает замкнутые контакты в цепи управления магнитного пускателя МП, что ведет к отключению двигателя от работы на двух фазах. При перегрузке втяжные якоря 1 в обоих реле, оторвавшись от притяжения постоянного магнита 20, замыкают соответствующие контакты, тем самым отключают двигатель от перегрузки по приведенному выше описанию. Пусковой момент, (если пуск нормальный) кнопка «Пуск» шунтируя контакты P и Р и блок-контакт МП запускает двигатель в работу.
Для реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря не требуется регулировки уставки тока в зависимости от температуры окружающей среды, уставка тока будет зависеть от количества витков на катушке, силы притяжения постоянного магнита и размера и веса ферромагнетика.
Электропроводки, проведенные в зданиях для питания электроприборов, и электродвигатели, защищенные реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря, будут отключаться от перегрузки мгновенно, точно, согласно уставки тока, без перегрева изоляции провода, так как в реле тока с магнитным притяжением втяжного якоря отсутствуют такие недостатки, какие есть в тепловых реле и автоматических выключателях с биметаллическими элемента - большой разброс защитных характеристик, большую температурную инерцию и дрейф настройки во время эксплуатации, достигающий в течение года 15% (5). Таким образом, видно, что электропроводки электродвигатели будут служить долго, до естественного старения изоляции, не будут возникать пожары из-за короткого замыкания проводов.
Источники информации
1. Е.А.Зимин. «Защита асинхронных двигателей до 500 В» Энергия, 1967 г., с.23-25, рис.5б-в.
2. А.О.Грундулис. «Защита электродвигателей в сельском хозяйстве». - М.: Колос, 1962 г., с.40-42, 16 и А.О.Грундулис. «Защита электродвигателя в сельском хозяйстве». - Москва, ВО «Агропромиздат», 1988 г.
3. RV 2267829 С2, Н01Н 51/16 (2006.01).
4. Е.Н.Зимин. «Защита электродвигателей до 500 В», §2.
5. Н.Н.Сырых. «Эксплуатация сельских электроустановок». - Москва, Агропромиздат, 1986. С.181, 292-295.