Трехпозиционное реле тока
Изобретение относится к области электротехники, в частности, к реле минимальных и максимальных токов. Техническим результатом является повышение надежности защиты электродвигателя от перегрузки, обрыва фазы, а двигателя погружного насоса от холостого хода. Сущность изобретения заключается в том, что при пуске электродвигателя втяжной якорь с сочлененным контактным стержнем и с клапаном на торце, втягиваясь в полость, замыкает верхние контакты и включает реле времени, но контакт реле времени не размыкается. Клапан, удержавшись на плече расширенной полости корпуса, удерживает втяжной якорь в магнитном притяжении в нейтральном положении, верхние и нижние контакты разомкнуты. При обрыве фазы, включенной в реле, клапан опускает втяжной якорь на нижний контакт, включается реле времени, через заданное время разомкнутый контакт реле времени отключает двигатель. При затянувшемся пуске двигателя, обрыве фазы, не включенной в реле, и перегрузке втяжной якорь с клапаном на торце, втягиваясь в полость, замыкает верхние контакты, включает реле времени, которое через заданное время, прерывая контакт, отключает двигатель от сети. Регулировочный винт с укрепленным контактом на торце регулирует ход втяжного якоря в полость в зависимости от тока уставки. Неферромагнитная накладка, ограничивающая приближение, укреплена на нижней плоскости клапана или на торце втяжного якоря. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области токовых реле для защиты электродвигателей от обрыва фазы и перегрузки, а двигателя погружного насоса от сухого (холостого) хода.
Известны реле соленоидного типа Р-4000, РЭО-401 и реле с поворотным якорем ЭТ-520 и РТ-40. При защите электродвигателей от коротких замыканий на землю и больших перегрузок катушки трех реле максимального тока включаются во все три фазы статора двигателя (1), а их размыкающие контакты соединяются последовательно с блок-контактом магнитного пускателя и шунтируются кнопкой пуска, что позволяет отключить двигатель при срабатывании хотя бы одного реле. Также известна схема защиты двигателя при помощи реле минимальных токов 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 управления магнитного пускателя. Во время пуска их шунтирует кнопка "Пуск". При работе двигателя при нормальном режиме все три реле включены, а при обрыве фазы якорь поворачивается в исходное положение, разрывая цепь катушки магнитного пускателя, которая ведет к отключению двигателя.
Основным недостатком реле максимальных токов является то, что их надо устанавливать в каждую фазу двигателя, и они не реагируют на обрывы фаз, их нельзя отрегулировать на небольшие перегрузки. Они изначально предназначены обеспечить в сетях 380/220 В с заземленной нейтралью защиту от однофазных замыканий на землю и защиту двигателя от больших перегрузок, поэтому они не нашли применения для защиты двигателей вентиляторов, калориферов, погружных и центробежных насосов, у которых постоянные нагрузки на валу. Недостатком схем защиты двигателя от обрыва фаз с помощью трех реле минимального тока является то, что здесь также надо включать катушки 3-х реле в фазы двигателя и они не реагируют на перегрузку и короткое замыкание на землю.
Известно электромагнитное реле с нейтральным положением якоря, выбранное в качестве прототипа (4), содержащее якорь, пружину, подвижные и неподвижные контакты. В нормальном положении якорь, соединенный с подвижным контактом, удерживается пружинами в нейтральном положении между двух магнитопроводящих корпусов с обмотками. При подаче питания в одну из обмоток якорь, преодолев усилие пружины, притягивается к корпусу и замыкает неподвижный контакт. При отключении тока усилие пружины возвращает якорь в исходное положение.
Недостатком приведенного реле является то, что оно при подаче тока замыкает контакты, а при снятии питания, как и обрыве фазы, возвращается в нейтральное положение. Поэтому данное реле не может защитить двигатель от перегрузки, обрыва фазы, а двигатель глубинного насоса от сухого (холостого) хода.
Целью изобретения является совмещение функций реле минимального и максимального токов в одно трехпозиционное реле тока для защиты электродвигателя от обрыва фазы, перезагрузки, а двигатель погружного насоса от сухого (холостого) хода.
Указанная цепь достигается тем, что в трехпозиционном реле тока содержится втяжной якорь, неферромагнитный контактный стержень, подвижные контакты, укрепленные на торцах неферромагнитного контактного стержня, клапан, неферромагнитная накладка, 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, клапан, удержанный на плече нижней периферийной плоскостью, перекрывая полость втяжного якоря, пропущен осевой полостью по выступающему стержню возможностью хода на нем. При протекании по катушке (на чертеже не показано) тока втяжной якорь с неферромагнитным контактным стержнем, согласно изобретению, переходят в трехпозиционное нейтральное положение, клапан и втяжной якорь притянуты друг к другу, при этом верхние и нижние контакты разомкнуты.
В зависимости от тока уставки регулировочным винтом устанавливают на нужном уровне верхний неподвижный контакт, увеличивая или уменьшая ход втяжного якоря в полость.
При возникновении тока срабатывания втяжной якорь, втягиваясь в полость с клапаном на торце, замыкает верхние контакты и при неподвижном упертом положении неферромагнитного контактного стержня, перемещаясь в полость по нему, сжимает пружину. Сжатая пружина усиливает давление подвижного контакта на неподвижный и гасит вибрацию подвижного контакта.
При обрыве фазы, возникающей в общей электролинии 380/220 В, питающей объекты с электродвигателями, высоковольтной электролинии 6-10 кВ, питающей потребительские подстанции, из-за потери контактов и т.д. ток в поврежденной фазе не всегда бывает минимальным или равным нулю, а может быть достаточным для удержания якоря во включенном положении, но неферромагнитная накладка, укрепленная на нижней плоскости клапана или на верхнем торце втяжного якоря, ограничивает приближение торца втяжного якоря к нижней плоскости клапана, что ослабляет силу электромагнитного притяжения между клапаном и втяжным якорем. В этом случае сила тяжести втяжного якоря и неферромагнитного контактного стержня оказывается больше силы электромагнитного поля. Поэтому при потере фазы или сухом (холостом) ходе двигателя погружного насоса клапан отпускает втяжной якорь в исходное положение на замыкание нижних контактов. От замыкания реле времени получает питание и отключает двигатель от сети после выдержки времени.
При допустимых перегрузках двигателя, которые могут быть из-за падения напряжения, втяжной якорь с клапаном на торце втягивается в полость выше плеча и, уравновешенный силой магнитного поля, взвешивается в полости в трехпозиционном нейтральном положении, верхние и нижние контакты разомкнуты, при стабилизации нагрузки или напряжения втяжной якорь с клапаном на торце опускается в исходное положение, клапан, опустившись на плечо, удерживает втяжной якорь в магнитном притяжении. Клапан при ходе втяжного якоря в полость, утяжеляя его, уменьшает подъем в полость. Этим увеличивает ток уставки. При уменьшении номинального тока двигателя из-за перенапряжения клапан, находясь на плече и удерживая втяжной якорь в магнитном притяжении, не отпускает его на замыкание нижних контактов, что вызвало бы отключение двигателя от нормальной работы. При номинальном токе защищаемого двигателя, после пускового момента, втяжной якорь с сочлененным неферромагнитным контактным стержнем притянут к клапану, согласно изобретению, в трехпозиционном нейтральном положении, верхние и нижние контакты разомкнуты. Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемое трехпозиционное реле тока отличается тем, что при обрыве фазы, которая включена в витки реле, клапан отпускает втяжной якорь в исходное положение, от замкнутых нижних контактов подается питание на реле времени, которое по истечении выдержки времени, размыкая контакт в цепи катушки магнитного пускателя, отключает двигатель, при затянувшемся пуске, перегрузке, обрыве фазы, которая не включена в витки реле и является также причиной перезагрузки двигателя от работы на двух фазах, втяжной якорь, втягиваясь в полость, замыкает верхние контакты, и реле времени по истечению выдержки времени, размыкая контакт в цепи катушки магнитного пускателя, отключает двигатель от сети.
Таким образом, заявляемое трехпозиционное реле тока соответствует критерию изобретения "Новизна".
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом (4), но и с другими реле тока, с их принципами действия и конструкциями в данной области реле строения (3) не позволило обнаружить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".
На фиг.1 дана схема трехпозиционного реле тока в продольном сечении; на фиг.2 дана схема защиты двигателя с применением трехпозиционного реле тока.
Трехпозиционное реле тока содержит втяжной якорь 1, неферромагнитный контактный стержень 2, выступающий по осевой линии втяжного якоря 1 за его торцы, подвижные контакты 3 и 3', укрепленные на торцах стержня 2, ферромагнитный клапан 4, неферромагнитную накладку 5, укрепленную на нижней плоскости клапана 4 или на верхнем торце якоря 1, ограничивающую приближение торца якоря 1 к нижней плоскости клапана 4, регулировочный винт 6, укрепленный на верхней траверсе 7 и направленный по осевой лини в полость 8 в зависимости от тока срабатывания, т.е. регулирует ход втяжного якоря 1 в полость 8, 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 клапана 4, на границе перехода полостей 8 и 13 образовано 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 на нижних замкнутых контактах 3' и 15', а верхние контакты 3 и 15 разомкнуты, а клапан 4, пропущенный осевой полостью по выступающему из верхнего торца якоря 1 стержню 2 и удержанный нижней периферийной плоскостью на плече 14, перекрыв полость 13 якоря 1, образует разрыв между нижней плоскостью клапана 4 и верхним торцом втяжного якоря 1. От витков катушки выведены отдельные отпайки (на чертеже не показано) на соответствующие номинальные токи защищаемых двигателей, близко разнящихся по мощности, и катушка состоит из разного сечения наращенных проводов, по нагреву выдерживающих длительно допустимый ток, т.е. начальные витки соответствуют более мощному двигателю из подключаемых двигателей. Трехпозиционное реле тока ТПРТ работает следующим образом. Катушку ТПРТ включают в одну фазу двигателя, верхние контакты 3 и 15 реле ТПРТ включены в цепь катушки реле времени РВ. Размыкающий контакт реле времени РВ включен в цепь катушки магнитного пускателя МП и в начале пуска в цепи катушки магнитного пускателя МП замкнут, в пусковой момент втяжной якорь 1 с клапаном 4 на торце, втягиваясь в полость 8, замыкает верхние контакты 3 и 15, от поданного питания включается реле времени РВ, если пуск протекает нормально, то до истечения выдержки времени втяжной якорь 1 с клапаном 4 на торце, опускаясь вниз, разомкнет контакты 3 и 15, поэтому контакт РВ в цепи катушки МП не разомкнется, двигатель останется в работе. Если клапан 4 на торце якоря 1 опустится на плечо 14, то удержит втяжной якорь 1 в магнитном притяжении в трехпозиционном нейтральном положении, при этом возникнет разрыв между нижним подвижным контактом 3' и неподвижным контактом 15', равный существовавшему разрыву между нижней плоскостью клапана 4 и верхним торцом якоря 1 в их исходном положении, если не опустится до плеча 14 при допустимом токе перегрузки, то втяжной якорь с клапаном 4 на торце взвесится в электромагнитном силовом поле, уравновешенный силами электромагнитного поля, направленной вверх, и тяжести, направленной вниз, также в трехпозиционном нейтральном положении, т.к. при малом ходе втяжного якоря 1 в полость 8 подвижный контакт 3 не замкнет неподвижный контакт 15, поэтому положение втяжного якоря с клапаном 4 на торце в промежутке свободного хода (от плеча 14 до замыкания верхних контактов 3 и 15), регулируемое регулировочным винтом 6, в зависимости от тока уставки, также является трехпозиционным, т.к. верхние контакты 3 и 15 и нижние контакты 3' и 15' разомкнуты, т.е. промежуток свободного хода якоря 1 используется для перегрузочной способности двигателя, как и при защите двигателя, тепловыми реле. При затянувшимся пуске, недопустимых перегрузках и обрыве фазы, которая не включена в катушку ТПРТ, втяжной якорь 1 с клапаном 4 на торце, втягиваясь в полость 8, замкнет верхние контакты 3 и 15, включит реле времени РВ, по истечении выдержки времени контакт РВ разомкнется в цепи катушки МП и отключит двигатель от работы. При обрыве фазы, которая включена в катушку ТПРТ, клапан 4 отпускает втяжной якорь 1 на контакт 15', от замкнутых контактов 3' и 15' включается реле времени и по истечении выдержки времени, разомкнув контакт РВ, отключает двигатель от сети.
Если нет сезонных часовых спадов напряжения из-за перегрузки электролинии или перенапряжения из-за спада перегрузки, то при стабильном напряжении в электросети можно обходиться без клапана. При работе электродвигателя, в частности, и погружного насоса номинальный ток двигателя не будет изменяться. Поэтому втяжной якорь 1, втянувшись в полость 8 реле ТПРТ на заданную высоту, будет устойчиво взвешиваться в электромагнитном силовом поле катушки в трехпозиционном нейтральном положении, уравновешенный силой электромагнитного поля, направленной вверх, и тяжести втяжного якоря 1 и стержня 2, направленной вниз. При появлении перегрузки и обрыве фазы трехпозиционное реле тока ТПРТ также будет отключать двигатель от сети по приведенному выше описанию.
Применение трехпозиционного реле тока в схеме защиты электродвигателя от обрыва фазы и перегрузки объединяют функции реле минимального и максимального токов в одно указанное реле. Следовательно, схема защиты электродвигателя от обрыва фазы при помощи трех реле минимального тока и защиты двигателя от перегрузок при помощи трех реле максимального тока объединятся в одну схему защиты двигателя от обрыва фазы и перегрузки. Таким образом видно, что трехпозиционное реле тока заменяет три реле минимального тока и три реле максимального тока и объединяет две схемы в одну. Это само по себе приносит удобство, простоту, надежность защиты и экономию.
Источники информации
1. Е.Н.Зимин. "Защита асинхронных двигателей до 500 В." Энергия, 1967 г., с.23-25, рис.5 б-в.
2. А.О.Грундудис "Защита электродвигателя в сельском хозяйстве", М., Колос, 1962 г., с.40-42, рис.16 и А.О.Грундудис "Защита электродвигателя в сельском хозяйстве", Москва, ВО "Агропромиздат", 1988 г.
3. Е.Н.Зимин "Защита электродвигателей до 500 В", § 2.
4. SU 391627 A, 01.01.1973, кл. H 01 H 51/16.
1. Трехпозиционное реле, содержащее якорь, пружину, подвижные и неподвижные контакты, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом, расположенными в нем неферромагнитным контактным стержнем, выступающим по осевой линии за торцы втяжного якоря, пружину, сочленяющую втяжной якорь и неферромагнитный контактный стержень, и расположенную на неферромагнитном контактном стержне между стопорным кольцом и торцом втяжного якоря, гайку, удерживающую сочленение и завернутую на неферромагнитный контактный стержень, выступающий из нижнего торца втяжного якоря, в корпусе имеется полость для перемещения втяжного якоря и расширенная полость для перемещения клапана, расположенного на конце неферромагнитного контактного стержня, выступающего из верхнего торца втяжного якоря, с возможностью перемещения по нему, на границе перехода полостей по периметру образовано плечо, подвижные контакты, укрепленные на торцах неферромагнитного контактного стержня, регулировочный винт, верхний неподвижный контакт, укрепленный на нижнем торце регулировочного винта, нижний неподвижный контакт, укрепленный на нижней траверсе, неферромагнитную накладку, укрепленную на нижней плоскости клапана или на верхнем торце втяжного якоря, причем в исходном вертикальном положении втяжного якоря нижние контакты замкнуты, верхние - разомкнуты, а клапан расположен на упомянутом плече, перекрывая полость втяжного якоря.
2. Реле по п.1, отличающееся тем, что регулировочный винт зафиксирован на верхней траверсе и направлен по оси в расширенную полость корпуса с возможностью перемещения неподвижного контакта.
