Високовольтне реле з магнітокерованим контактом

Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле с магнитоуправляемыми контактами. Известно реле с магнитоуправляемым контактом, содержащее газонаполненный диэлектрический корпус c запрессованными в него полюсами-магнитопроводами, подвижным и неподвижным контактами, обмотку управления на ферромагнитном сердечнике, концы которого соприкасаются с концами выходящих из корпуса полюсов [1]. Это реле имеет повышенную мощность коммутации, однако не обеспечивает переключение цепей с напряжением выше 1000В. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является реле с магнитоуправляемым контактом, содержащее герметичный диэлектрический корпус с консольно расположенными в нем подвижным и неподвижным контактами, а также неподвижный ферромагнитный сердечник, одетый на неподвижном контакте [2]. Обмотка управления надета сверху на корпус таким образом, что ферромагнитный сердечник оказывается внутри Обмотки. Подвижный контакт расположен на конце гибкой консоли, защемленной стенками корпуса, таким образом, что при намагничивании сердечника подвижный контакт соприкасается с торцом неподвижного. Внутренняя полость корпуса вакуумирована. Недостатком этого реле является ограниченное коммутируемое напряжение, обусловленное невозможностью существенного увеличения межконтактного зазора, и ограниченный ток через контакты вследствие слабого контактного нажатия. Проведенные в СССР и за рубежом исследования показали, что на таком принципе нельзя создать реле с межконтактным зазором, намного превышающим 5мм из-за резкого падения чувствительности подвижного контакта к управляющему сигналу [3], а это ограничивает коммутируемое напряжение. Задачей изобретения является усовершенствование высоковольтного реле за счет увеличения межконтактного зазора и усиления контактного нажатия, что приведет к увеличению коммутирующего напряжения и пропускаемого через контакты тока, а также "запоминанию состояния контактов", что позволит расширить область применения реле. Эта задача решается тем, что в высоковольтное реле с магнитоуправляемым контактом, содержащее диэлектрический корпус, в котором размещены подвижный и неподвижный контакты и ферромагнитный сердечник, а также катушку управления, одетую сверху на корпус в области размещения ферромагнитного сердечника согласно изобретению дополнительно введены второй неподвижной контакт, оребренный изолятор, вторая катушка управления, три постоянных магнита, пружинный демпфер» причем подвижный контакт выполнен в виде -образно выгнутого мостика, соединенного в своей центральной части с возможностью люфта с изолятором, который, в свою очередь, соединен с ферромагнитным сердечником, на обратной (нижней) стороне мостика, также в его центральной части, укреплен в обойме первый постоянный магнит, а в середине основания корпуса укреплен в диэлектрической обойме соосно с первым - второй постоянный магнит, направленный к первому магниту противоположным полюсом, причем таким образом, что в замкнутом состоянии контактов между первым и вторым магнитами остается зазор в 1-3мм, диэлектрический корпус образован двумя закрытыми сообщающимися между собой полостями: большого сечения и малого сечения, а также третьей изолиро-ваннойоткрытой полостью, расположенной концентричне вокруг полости малого сечения, причем в большой полости размещены контакты, первый и второй магниты и изолятор, а во второй малой полости размещен ферромагнитный сердечник и в конце ее - третий постоянный магнит с возможностью соосного смещения, поджатый между упором и верхним закрытым торцом с помощью пружинного демпфера; в третьей упомянутой концентрической полости размещены соосно две катушки управления, одетые на стенки малой упомянутой полости, как на сердечник, причем длина ферромагнитного сердечника превышает длину каждой катушки управления на 20-25%, а длина каждой катушки управления выбирается равной примерно половине суммарного зазора между подвижными и неподвижными контактами, определяемого уровнем коммутируемого напряжения; в замкнутом состоянии контактов центр ферромагнитного сердечника совмещен примерно с центром первой (нижней) катушки управления, а третий упомянутый постоянный магнит удален за пределы второй (верхней) катушки управления на расстояние, при котором ферромагнитный сердечник, соприкасаясь своим торцом с торцом этого магнита, полностью размещается в зоне действия магнитного поля второй (верхней) катушки управления, причем направление вектора магнитного поля этой катушки совпадает с направлением вектора магнитного поля третьего магнита, большая и частично малая полости заполнены диэлектрической жидкостью, а концентрическая полость с катушками управления - эпоксидным компаундом. Кроме того, вторая (верхняя) катушка управления подключена к первому стабилизированному источнику питания переменного тока последовательно с размыкающимся контактом кнопки "Стоп" и выпрямительным мостом, на выходе которого включен светодиод, зашунтированный резистором, а также ко второму источнику питания постоянного тока через замыкающийся контакт кнопки "Стоп", а первая (нижняя) катушка управления подключена к упомянутому второму источнику питания постоянного тока последовательно с замыкающимся контактом кнопки "Пуск". Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что при заявленной совокупности признаков удалось значительно увеличить расстояние между подвижным и неподвижным контактами, которое определяется в заявленной конструкции только длиной катушек управления, а также увеличить контактное нажатие одновременно с введением функции "запоминания" импульса сигнала управления. Заявленная совокупность признаков позволяет реализовать реле с напряжением и пропускаемым током, на порядок превышающими эти значения у прототипа, а также придать реле функции феррида. При всем этом не произошло заметного усложнения конструкции и кинематики реле, оно сохранило простоту,свойственную реле с магни-тоуправляемыми контактами. Электрическая схема управления реле позволяет не только замыкать и размыкать его контакты в высоковольтной цепи, но и контролировать положение подвижной части без какого-либо механического контакта с ней, путем постоянного контроля индуктивного сопротивления верхней катушки, изменяющегося при вхождении в нее сердечника подвижной части. На фиг. 1 представлен общий вид (разрез) высоковольтного реле с магнитоуправляемым контактом; на фиг. 2 – электрическая схема управления реле. Высоковольтное реле с магнитоуправляемыми контактами содержит диэлектрический корпус 1, в котором размещены неподвижные контакты 2, 3 и подвижный контакт в виде -образного мостика 4. Мостик 4 соединен с возможностью люфта с оребренным изолятором 5, который, в свою очередь, соединен с ферромагнитным сердечником 6. На мостике 4 укреплен в обойме постоянный магнит 7, а в середине основания корпуса - постоянный магнит 8, направленный к магниту 7 противоположным полюсом. В замкнутом состоянии контактов между магнитами 7 и 8 имеется зазор в 1-3мм, за счет которого обеспечивается нажатие мостика 4 на контакты 2 и 3. Величина этого зазора регулируется с помощью гайки 9 по усилию отрыва магнита 7 от магнита 8. Диэлектрический корпус образован двумя закрытыми сообщающимися между собой соосными полостями: большой 10 и малой 11, а также третьей изолированной открытой полостью 12, расположенной концентрично вокруг малой полости 11. В полости 12 размещены катушки управления 13 и 14. В полости 11 кроме сердечника 6 расположен постоянный магнит 15, поджатый демпферной пружиной 16 с возможностью соосного смещения между упором и верхним закрытым торцом 17 полости 11. Длина сердечника 6 превышает длину каждой катушки управления примерно на 20-25%. Именно при таком превышении конец сердечника, выступающий за пределы одной из катушек; в двух крайних положениях заходит во втор ую катушку на величину, обеспечивающую подхват и втягивание сердечника этой второй катушкой. В двух крайних положениях сердечника 6 его центр примерно совпадает с центром катушки 13 и катушки 14, при этом перемещение сердечника примерно равно длине одной катушки управления, а именно на такое расстояние перемещается и мостик 4. Следовательно, длина катушек 13 и 14 должна выбираться в зависимости от требуемого по условиям электрической прочности зазора между неподвижными контактами 2, 3 и мостиком 4. Магнит 15 удален за пределы катушки 14 для обеспечения требуемой величины хода сердечника 6 до его соприкосновения с магнитом 15. Демпферная пружина 16 смягчает удары сердечника 6 по магниту 15. Для предотвращения размагничивающего действия катушки 14 на магнит 15 направление вектора магнитного поля этой катушки и этого магнита должно совпадать. Вся полость 10 и частично (для обеспечения возможности температурного расширения) полость 11 заполнены жидким диэлектриком, например, трансформаторным маслом или кремнийорганической жидкостью. Выбор жидкого диэлектрика, а не, например, газообразного, обусловлен необходимостью смягчения ударов подвижной части реле по неподвижным частям. Этому также способствуют ребра изолятора 5 и большая поверхность мостика 4, не позволяющие сердечнику 6 развить слишком большую скорость при его перемещении на значительное расстояние. Полость 12 после установки катушек 13 и 14 заполняется эпоксидным компаундом. Выводы неподвижных контактов выполнены высоковольтным проводом 18 и 19, предотвращающим перекрытие высоким напряжением по наружной поверхности корпуса реле. Для предотвращения перекрытия по внутренней поверхности основания корпуса, он снабжен дополнительными ребрами 20. Возможность поворота подвижной части реле с мостиком 4 вокруг своей продольной оси ограничена направляющими, расположенными на внутренних боковых стенках корпуса (на разрезе не видны). Схема управления реле (фиг. 2) содержит кнопки 21 "Пуск" и 22 "Стоп", стабилизированный источник питания переменного тока, выполненный на понижающем трансформаторе 23, резисторе 24 и стабилитронах 25, 26; выпрямительный мост 27 со светодиодом 28, зашунтированным под-строечным резистором 29, источник питания постоянного тока, образованный выпрямительным мостом 30, включенным в сеть переменного тока. Цепочка последовательно соединенных диода 31, резистора 32 и светодиода 33 является индикатором поступления на схему управления питающего напряжения, и ее наличие является обязательным для безошибочного определения положения контактов реле. Трансформатор 23 выбирается мощностью в несколько ватт со вторичным напряжением 5-10В. Работает реле следующим образом. В исходном состоянии мостик 4 лежит на контактах 2 и 3. Необходимое контактное нажатие обеспечивается притяжением магнита 7 к магниту 8. Коммутируемая цепь замкнута мостиком 4. Катушка 13 полностью обесточена, а катушка 14 обтекается слабым переменным током, протекающим по цепи: трансформатор 23 резистор 24 - катод стабилитрона 25 - кнопка 22/2 - катушка 14 - мост 27 - катод стабилитрона 26 трансформатор 23. При этом подбором резистора 29 устанавливается напряжение на светодиоде 28, обеспечивающее его яркое свечение, индицирующее замкнутое состояние высоковольтной цепи. Одновременно светится светодиод 33, свидетельствующий о наличии напряжения на схеме управления. Для выключения реле (т.е. размыкания контактов) нажимают кнопку 22. При этом постоянное напряжение с выпрямителя 30 подается кнопкой 22/1 на катушку 14, а цепь питания этой катушки переменным током с трансформатора 23 разрывается контактом 22/2. Катушка 14 втягивает сердечник 6, преодолевая притяжение между магнитами 7 и 8 Подвижная часть (сердечник 6, изолятор 5, мостик 4, магнит 7) перемещается вверх до соприкосновения сердечника 6 с магнитом 15. Удар сердечника 6 о магнит 15 смягчается демпферной пружиной 16 за счет некоторого смещения магнита 15 вверх. Скорость перемещения подвижной части в жидком диэлектрике снижается до значений, исключающих сильные удары подвижной части за счет гидравлического сопротивления ребер изолятора 5 и поверхности мостика 4. Сердечник 6 вместе со всей подвижной частью удерживается в верхнем крайнем положении магнитом 15. При отпускании кнопки 22 контакт 22/2 восстанавливает питание катушки 14 слабым переменным током, однако, теперь этот ток становится намного меньше из-за возрастания индуктивного сопротивления катушки 14 за счет наличия в ней сердечника 6. Светодиод 28 не зажигается, что при горящем светодиоде 33 свидетельствует о разомкнутом состоянии высоковольтной цепи. Для возврата реле в исходное (замкнутое) состояние нажимают кнопку 21, подавая выпрямленное напряжение сэти на катушку 13. При этом сердечник 6 отрывается от магнита 15 и движется вниз до соприкосновения мостика 4 с контактами 2 и 3 и захвата магнита 7 магнитом 8. Индуктивное сопротивление катушки 14 уменьшается вследствие выхода из нее сердечника 6, ток возрастает, и светолиод 28 опять зажигается. Диод 34 со стабилитронами 35 и 36 образует искрозащитную цепочку, резко уменьшающую дугу на контактах 22/1. Эта цепочка предназначена для работы в заявленном устройстве и отличается своим свойством не оказывать шунтирующего влияния на катушк у 14 в режиме контроля положения сердечника 6. Это достигается благодаря тому, что стабилитроны 35 и 36 нейтрализуют шунтирующее действие диода 34 в режиме контроля положения сердечника 6 за счет того, что их напряжение стабилизации выбрано большим, чем напряжение, подаваемое на катушк у 14 с трансформатора 23, а при перенапряжении на катушке 14 в момент разрыва цепи контактом 22/1 стабилитроны35 и 36 автоматически вводят в действие диод 34, оказывающий эффективное искрозащитное действие на контакты 22/1. По совокупности потребительских свойств, таких как уровень рабочего напряжения, пропускаемый ток и низкая стоимость (за счет простоты конструкции и отсутствия вакуумной технологии) предлагаемое реле, по имеющимся у автора данным, значительно превосходит отечественные и зарубежные аналоги.