Тепловое реле

 

Изобретение относится к температурным реле без самовозврата с термочувствительным плавким веществом многократного срабатывания, предназначено для защиты электротеплового оборудования от перегрева при аварийных режимах работы. Сущность изобретения заключается в том, что тепловое реле содержит элемент дистанционной кинематической связи между термочувствительным плавким элементом и двухпозиционным переключающим устройством. Указанный элемент дистанционной кинематической связи совокупно исполняет функцию возвратной пружины кручения и выполнен в виде упругого торсионного стержня, в частности, из пружинной проволоки, один конец которого защемлен в среде плавкого вещества, а другой - на поворотной оси, которая фиксирует двухпозиционный переключатель в рабочем положении. Такое техническое решение значительно упрощает конструкцию и повышает надежность работы теплового реле при контроле неограниченно высоких температур, при контроле объектов, размещенных внутри жидкой среды, а также в условиях повышенной вибрации, тряски и ударной нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к температурным реле без самовозврата с термочувствительным плавким веществом, предназначенным для защиты электротеплового оборудования от перегрева при аварийных режимах работы.

Известен тепловой выключатель с термочувствительным плавким веществом многократного срабатывания [1], содержащий рычаг ручного управления, электрический переключатель, поршень в гильзе с плавким веществом и дугообразную перехлопывающую пластину.

Недостатком этого выключателя является его низкая надежность, так как перехлопывающая пластина является неустойчивым элементом и может самопроизвольно перехлопывать при толчках, ударах, тряске и вибрации.

Известен тепловой плавкий переключатель [2], содержащий неподвижные и подвижные поворачивающиеся контакты, поворотную ось, храповик, плавкое вещество и цилиндрические пружины кручения, который способен многократно срабатывать и вручную возвращаться в исходное положение.

Известен также температурный предохранитель многократного действия [3], содержащий поворотные контакты, поворотную ось, храповик, втулку, связанную с поворотной осью брикетом из плавкого вещества, спиральную возвратную пружину кручения и цилиндрическую пружину поджатия.

Недостатками устройств [2] и [3] являются их сложность, большое число конструктивных элементов и размещение термочувствительного плавкого вещества внутри устройства, из-за чего при нагреве плавкого вещества нагреваются все элементы конструкции, в том числе и электрические переключатели. Такие устройства, не имеющие дистанционной кинематической связи с термочувствительным элементом, приходится устанавливать непосредственно в зоне контролируемой температуры и подводить в эту зону электрические провода, что невозможно при контроле высоких температур в жидких средах, например в электроводонагревателях, самоварах и чайниках.

Известен тепловой выключатель [4], содержащий в одном корпусе плавкое вещество, размещенное между корпусом и торцовой поверхностью поворотной оси, рычаг управления, пружину, храповик и электрические контакты, один из которых размещен на подвижном рычаге управления, а другой - на корпусе.

Несмотря на то, что плавкое вещество приближено к корпусу для повышения чувствительности к температуре, нагреваются все элементы конструкции и электрические элементы, так как устройство не имеет возможности дистанционно контролировать температуру. Данное устройство обладает всеми недостатками вышеописанных устройств, имеет еще более сложную и неудобную для монтажа конструкцию.

Наиболее простой, надежной и малогабаритной конструкцией отличается тепловое реле [5], содержащее корпус, плавкое вещество между корпусом и одним из двух соосных дисков храпового механизма, поворотную ось с пружиной кручения и переключатель контактов поворотного типа.

Данное тепловое реле удобно для установки на корпусах электродвигателей, на жарочных поверхностях, но непригодно для объектов, где требуется дистанционно контролировать температуру, особенно для объектов с жидкой средой или при очень высоких температурах объекта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный прототипом тепловой выключатель [6], содержащий поршень с возвратной пружиной, размещенные в термопатроне и удерживаемые плавким веществом, дугообразную перехлопывающую пружину с кнопкой для повторного включения, связанной с переключателем электрических контактов, промежуточный рычаг и дистанционный гибкий трос, установленный между поршнем и одним концом перехлопывающей пружины. Данная конструкция позволяет дистанционно контролировать температуру и устанавливать в различных местах объекта термочувствительную и электрокоммутирующую части теплового выключателя.

Недостатками известного устройства являются сложное конструктивное исполнение, большое число деталей и большие габариты термопатрона, где размещаются поршень, возвратная пружина и плавкое вещество. Из-за больших габаритных размеров термопатрона увеличиваются тепловая инерционность и время срабатывания. Уменьшение термопатрона вызывает технологические трудности при изготовлении, так как становится невозможным ввести в термопатрон поршень, пружину и плавкое вещество. Кроме того, возможна низкая надежность теплового выключателя при эксплуатации в условиях вибрации, тряски и ударов, когда перехлопывающая пружина может самопроизвольно срабатывать.

Целью изобретения является упрощение конструкции теплового реле и повышение его надежности при работе на различных объектах.

Цель достигается тем, что в тепловом реле элемент дистанционной кинематической связи исполняет одновременно и функцию возвратной пружины кручения, для чего он выполнен в виде упругого торсионного стержня, в частности, из пружинной проволоки, один конец которого защемлен в среде плавкого вещества, а другой - на поворотной оси, которая фиксирует двухпозиционный переключатель в рабочем положении.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом объекте отсутствуют поршень с возвратной пружиной, рычаги и перехлопывающая возвратная пружина благодаря тому, что простой упругий стержень выполняет функции всех этих элементов, чем существенно упрощается конструкция и повышается ее надежность при работе на различных объектах в самых жестких условиях окружающей среды, в том числе при ударах, вибрациях и тряске. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области (электротехника) и в смежных областях (приборостроение) позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого теплового реле, которые явно не следуют из известного уровня техники и могут признаться соответствующими критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображено тепловое реле в разрезе; на фиг. 2 - то же реле, вид сверху, переключатель находится в положении разомкнутых электроконтактов; на фиг. 3 - то же в положении, когда контакты замкнуты.

Тепловое реле содержит корпус 1, на котором закреплена одним концом упругая пластина 2 переключателя с отогнутым лепестком 3 и с размещенным на другом ее конце подвижным электрическим контактом 4. Неподвижный контакт 5 закреплен на корпусе. По центру корпуса 1 размещена поворотная ось 6 с возможностью свободно вращаться. На оси 6 имеются выступы 7, которые при вращении оси проскальзывают через лепесток 3 (по часовой стрелке) или стопорятся лепестком при вращении оси в другом направлении. Через центральное отверстие в оси 6 проходит упругий стержень 8, выполненный из обычной пружинной проволоки, диаметр которой выбирается в зависимости от необходимой длины стержня. Так например, при длине стержня 5-10 см диаметр проволоки составляет 0,5-0,6 мм. При длине стержня до 20 см необходима проволока 0,7 мм. При длине стержня более 1 м берется проволока диаметром 1,5-2 мм. Один конец стержня 8 отгибают и размещают в шлицевом пазу на конце оси 6. Стержень проходит через капиллярную трубку или иную гибкую оболочку 9, а другой конец стержня размещается в гильзе 10, где он защемлен от возможности поворота плавким веществом 11. В данном случае гильза 10 термопатрона может быть сколько угодно малых размеров или вообще отсутствовать, так как конец стержня 8 может защемляться плавким веществом непосредственно в зазоре на конце трубки 9. Возможны варианты, когда конец стержня 8 выступает из дистанционной трубки 9 и помещается непосредственно в среду с плавким веществом и таким образом имеется возможность контролировать момент расплавления и затвердевания контролируемого вещества.

Тепловое реле работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг. 2) ось 6 находится в свободном положении, когда выступы 7 не взаимодействуют с лепестком 3 пластины 2. Пластина 2 своей упругостью создает момент силы М1, направленный в сторону размыкания контактов 4 и 5, благодаря чему они разомкнуты.

Для приведения теплового реле в рабочее положение поворотом оси 6 по часовой стрелке закручивают стержень 8 по принципу торсионного вала до момента, когда один из выступов 7 защелкнется на лепестке 3. При этом закрученный стержень 8 создает момент силы М2 (фиг. 3), который намного больше момента М1 и направлен в противоположную сторону. Благодаря этому момент М2, преодолевая момент М1, поворачивает упругую пластину и замыкает контакты 4 и 5. Таким образом, тепловой выключатель готов контролировать заданную температуру в зоне, где установлена и закреплена гильза 10. По достижении температуры заданного критического значения в гильзе 10 плавится вещество 11 и освобождается конец стержня 8, который свободно раскручивается, благодаря чему исчезает крутящий момент М2, упругая пластина 2 под действием своего момента М1 поворачивается и размыкает контакты 4 и 5 (фиг. 2).

Повторное замыкание контактов возможно после затвердения плавного вещества 11. Тепловое реле можно выполнить работающим на замыкание или переключение контактов при плавлении термочувствительного вещества, для чего достаточно поменять местами неподвижный и подвижный контакты 4 и 5 или установить в переключателе третий контакт. Таким же образом можно устанавливать вместо электрического переключателя пневматический клапан, гидравлический клапан или иной необходимый двухпозиционный переключатель в зависимости от коммутируемого сигнала.

Формула изобретения

1. ТЕПЛОВОЕ РЕЛЕ, содержащее термочувствительный плавкий элемент, двухпозиционный переключатель, поворотную ось управления и элемент дистанционной кинематической связи между термочувствительным элементом и двухпозиционным переключателем, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, элемент дистанционной кинематической связи выполнен в виде упругого торсионного стержня и одновременно исполняет функцию возрастной пружины кручения, причем один конец торсионного стержня защемлен в среде плавкого вещества, а другой его конец защемлен на поворотной оси так, что указанная поворотная ось фиксирует двухпозиционный переключатель в рабочем положении.

2. Реле по п.1, отличающееся тем, что упругий торсионный стержень выполнен из пружинной проволоки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3