Электромагнитное нейтральное реле

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) железнодорожного транспорта. Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение безопасности работы системы СЦБ. В процессе решения поставленной задачи достигаются технический результат, заключающийся в снижении трудоемкости регулировки реле при вводе в эксплуатацию, повышение надежности работы реле и исключении отказов работы реле вследствие износа композиционных порошковых контактов. Указанный технический результат достигается реле электромагнитным нейтральным, содержащим электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на плоских пружинах, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при этом общие контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединенны монтажным проводом с обмотками, ручку, защитный колпак, при этом плоские пружины контактов подвергнуты термической стабилизирующей обработке, фронтовые контакты выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, а общие и тыловые контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, при этом контактная часть общих контактов имеет сфера образную форму, обеспечивающую точечный контакт, сердечник выполнен из магнитомягкого порошкового сплава на основе железа.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) железнодорожного транспорта.

Известно применяемое в устройствах СЦБ электромагнитное реле СЦБ типа НМШТ третьего поколения, принятое качестве прототипа (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн. 1. - 3-е изд. - М.: НПФ «Планета», 2000 - стр. 305-354, рис 112). Электромагнитное реле, имеет электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на латунных плоских пружинах, при этом контактирующим материалом для фронтовых контактов является серебро-графитовый порошковый композиционные материал, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при этом подвижные контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, имеет основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединенные монтажным проводом с обмотками реле, ручку, защитный колпак.

В процессе подготовки к эксплуатации и эксплуатации реле выявились ряд недостатков, которые снижают надежность работы реле, увеличивают производственные затраты на подготовку реле к эксплуатации.

Недостатками реле является следующее: контактирующий композиционный материал для фронтовых контактов, полученный спеканием порошков серебра и графита, в процессе эксплуатации имеет большую зону выгорания, это приводит к снижению усилий прижатия контактов друг к другу, и, как следствие, увеличению контактного электрического сопротивления и выход его за допустимые нормативные параметры. Еще одним недостатком реле является длительная регулировка по плотности прилегания контактов друг к другу. Это обусловлено тем, что физико-механические свойства упругих пластин не значительно, но отличаются друг от друга. Нестабильность свойств упругих пластин связана с тем, пластины вырубаются из рулонной латунной полосы, имеющей различные физико-механические свойства по площади. Кроме этого, отрегулированные реле на заводе, в процессе транспортировки или длительного хранения на складе, вновь приходится проводить регулировку в мастерских, при вводе в эксплуатацию.

Выполнение общих и тыловых контактов из серебра, приводит к удорожанию реле, к удорожанию реле также приводит и изготовление сердечника магнитной системы из литого стержня, требующей значительной механической обработки.

Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение безопасности работы системы СЦБ.

В процессе решения поставленной задачи достигаются технический результат, заключающийся в снижении трудоемкости регулировки реле при вводе в эксплуатацию, повышение надежности работы реле и исключении отказов работы реле вследствие износа композиционных порошковых контактов.

Указанный технический результат достигается реле электромагнитным нейтральным, содержащим электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на плоских пружинах, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при этом общие контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединенны монтажным проводом с обмотками, ручку, защитный колпак, при этом плоские пружины контактов подвергнуты термической стабилизирующей обработке, фронтовые контакты выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, а общие и тыловые контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, при этом контактная часть общих контактов имеет сфера образную форму, обеспечивающую точечный контакт, сердечник выполнен из магнитомягкого порошкового сплава на основе железа. Кроме этого, для реле типа НМШ, переходное сопротивление для замыкающих, фронтовых контактовне более 0,25 Ом, для размыкающих, тыловых не более 0,03 Ом, для реле типа Н, переходное сопротивление для замыкающих, фронтовых контактов не более 0,3 Ом, для размыкающих, тыловых не более 0,03 Ом, для реле типа С2, переходное сопротивление контактов не более 0,15 Ом, контакты из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра не должны деформироваться при непрерывной нагрузке 3 А, при этом температура контактов не должна превышать температуру окружающей среды более, чем на 100°C, контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра не должны деформироваться при непрерывной нагрузке 15 А, при этом температура контактов не должна превышать температуру окружающей среды более, чем на 100°C, контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать в паре с контактами, выполненные из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, для нормально действующих реле не менее 1,2×10⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для медленнодействующих реле 0,6×10⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, контакты, в реле типа Н, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать в паре с контактами, выполненные из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, для нормально действующих реле не менее 3×106 коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для медленнодействующих реле 0,8×106 коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, контакты, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, должны обеспечивать не менее 2×10⁶ включений и выключений при постоянном токе 2 А и напряжении 12 В активной нагрузки, контакты, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, должны обеспечивать не менее 5×10 ⁴ переключений двумя последовательно соединенными тройниками цепи переменного тока 50 Гц 10 А при напряжении 127 В и реактивной нагрузки с Cos=0,6, контакты, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, должны обеспечивать не менее 5×104 переключений двумя последовательно соединенными тройниками цепи переменного тока 50 Гц 5 А при напряжении 220 В и реактивной нагрузки с Cos=0,6.

Для исключения отказов работы реле по причине износа контактов, все тыловые контакты реле должны размыкаться при замыкании хотя бы одного фронтового контакта и наоборот, совместный ход контактов должен быть не менее 0,35 мм, а скольжения контактов для их самоочистки у фронтовых контактов должно быть не менее 0,25 мм, а у тыловых контактов не менее 0,2 мм, надежное отпускание якоря под действием массы якоря и связанных с ним подвижных частей при отключении напряжения от его обмоток. Это достигается применением нового порошкового материала для изготовления фронтовых контактов. Данный материал практически не имеет износа при числе циклов включение-выключение более 3 млн., что обеспечивает сохранение нажимного усилия с общим контактом в течении всего срока эксплуатации. При прохождении железнодорожного транспорта по рельсам возникают вибрации, которые передаются на окружающие здания и сооружения и в том числе на реле. В данном случае, реле подвергается вибрациям в широким частотном диапазоне. Из проведенных исследований установлено, что наиболее опасными частотами являются частоты от 5 до 80 герц. В данный диапазон входят собственные частоты практически всех подвижных частей реле. При совпадении вынужденных частот вибрации создаваемых проходящим составом и собственных частот элементов реле, возникает явление резонанса. Такое явление приводит к значительным амплитудам колебания элементов реле, что в свою очередь приводит к релаксации плоских контактных пружин под действием знакопеременных напряжений, и как следствие нарушению заводских настроек, несанкционированному замыканию общих и фронтовых контактов. Дополнительная термическая стабилизация свойств плоских пружин позволяет исключить данное замыкание даже в условиях резонансных явлений, предотвратить несанкционированное замыкание общих и фронтовых контактов, что в целом повышает надежность и безотказность реле.

Повышение надежности работы реле достигается снижением отказов в работе реле в течение заданного срока эксплуатации возможно только при условии точного сохранения в реле электрических и механических параметров, и соответствия этих параметров техническим условиям завода-изготовителя и технологическим картам на ремонт реле. Электромеханик при проверке реле в ремонтном технологическом участке, в соответствии с технологическим процессом, должен выполнить измерение и отрегулировать не менее пяти механических, пяти электрических параметров реле. При нестабильности свойств элементов реле (плоские пружины, контакты) регулировка всех параметров реле задача в условиях РТУ достаточно сложная и длительная. Повышение стабильности свойств значительно сокращает объем работ и повышает надежность работы реле. Дополнительная стабилизация свойств плоских пружин позволяет сохранить заданные физико-механические свойства в процессе эксплуатации реле, что в целом повышает надежность и безотказность реле.

Выполнение общих и тыловых контактов из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, и сердечника из магнитомягкого порошкового сплава на основе железа в совокупности с другими техническими признаками, в предлагаемом техническом решении, позволяет снизить стоимость изготовления реле. При этом контакты должны удовлетворять обязательным условиям по надежности в процессе эксплуатации, а именно: для реле типа НМШ, переходное сопротивление для замыкающих, фронтовых контактов не более 0,25 Ом, для размыкающих, тыловых не более 0,03 Ом, для реле типа Н, переходное сопротивление для замыкающих, фронтовых контактов не более 0,3 Ом, для размыкающих, тыловых не более 0,03 Ом, для реле типа С2, переходное сопротивление контактов не более 0,15 Ом, контакты из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра не должны деформироваться при непрерывной нагрузке 3 А, при этом температура контактов не должна превышать температуру окружающей среды более, чем на 100°C, контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра не должны деформироваться при непрерывной нагрузке 15 А, при этом температура контактов не должна превышать температуру окружающей среды более, чем на 100°C, контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать в паре с контактами, выполненные из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, для нормально действующих реле не менее 1,2×10 ⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для медленнодействующих реле 0,6×10⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, контакты, в реле типа Н, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать в паре с контактами, выполненные из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, для нормально действующих реле не менее 3×106 коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для медленнодействующих реле 0,8×10⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, контакты, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, должны обеспечивать не менее 2×10⁶ включений и выключений при постоянном токе 2 А и напряжении 12 В активной нагрузки, контакты, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, должны обеспечивать не менее 5×10 ⁴ переключений двумя последовательно соединенными тройниками цепи переменного тока 50 Гц 10 А при напряжении 127 В и реактивной нагрузки с Cos=0,6, контакты, из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, должны обеспечивать не менее 5×10 ⁴ переключений двумя последовательно соединенными тройниками цепи переменного тока 50 Гц 5 А при напряжении 220 В и реактивной нагрузки с Cos=0,6.

Пример конкретного выполнения предлагаемого реле СЦБ показан на фиг. 1.

Реле электромагнитное нейтральное содержит электромагнитную систему, включающую ярмо 1, сердечник 2 и обмотки 3 на электроизоляционных шпулях 4, покрытые электроизоляционным материалом 5, Г-образный якорь 6, установленный на вершине призматической опоры ярма 1, контактную систему, включающую фронтовые 7, общие 8 и тыловые 9 контакты, закрепленные на плоских пружинах 10, поводок 11 из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом 12 с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря 6, при этом подвижные контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря 6, имеет основание 13 с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами 14 соединенные монтажным проводом 15 с обмотками 3, ручку (на фиг. не показана), защитный колпак 16, плоские пружины 10 подвергнуты термической стабилизирующей обработке, фронтовые контакты 7 выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, а общие 8 и тыловые 9 контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, сердечник 2 выполнен из магнитомягкого порошкового сплава на основе железа.

На фиг. 2 показан износ фронтовых контактов реле прототипа выполненных из композиционного материала ВАР112. На фиг. 3 показан износ предлагаемого материала выполненного на основе мелкозернистого плотного графита и серебра.

Пример конкретного исполнения. Было изготовлено реле НМШ1, плоские пружины подвергнуты термической стабилизирующей обработке при температуре 250°С-300°C, фронтовые контакты выполнены из композиционного материала, на основе мелкозернистого плотного графита с удельным электросопротивлением не более 16,0 мкОм*м и прочностью на сжатие не менее 60 МПа, зольностью не более 0.3% и пористостью не более 20%, с равномерно распределенным во внутреннем объеме металлическими добавками серебра, а общие и тыловые контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, сердечник 2 выполнен из магнитомягкого порошкового сплава, полученного спеканием порошка железа ABC 100.30 фирмы Hoganas, содержащий 0,002% (масс.) углерода, 0,05% (масс.) кислорода, 0,6% масс, фосфора в составе смеси, при температуре 1360°C в вакууме, и подвергнутого дальнейшей механической обработке и отжигу.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения на обмотки 3 в электромагнитной системе, формируется электромагнитное поле, под воздействием которого якорь 6 притягивается к сердечнику 2 и тем самым приводит в движение систему привода общих контактов 8. При притягивании якоря 6 происходит замыкание фронтовых 7 и общих 8 контактов. При снятии напряжения с обмоток 3, магнитное поле, притягивающее якорь 6 к сердечнику 2 исчезает, под действием груза 12, якоря 6 и закрепленной на поводке ведущей планки общих контактов, система привода общих контактов 8 возвращается в исходное положение. Происходит размыкание фронтовых 7 и общих 8 контактов и замыкание тыловых 9 и общих 8 контактов. При подаче напряжения на обмотки 3 катушек происходит повторение цикла.

Использование предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом снизить себестоимость изготовления реле при улучшении его электромагнитных свойств. Испытания реле проводятся на Камышловском электротехническом заводе.

1. Реле электромагнитное нейтральное, содержащее электромагнитную систему, включающую ярмо, сердечник и обмотки на электроизоляционных шпулях, покрытые электроизоляционным материалом, Г-образный якорь, установленный на вершине призматической опоры ярма, контактную систему, включающую фронтовые, общие и тыловые контакты, закрепленные на плоских пружинах, поводок из электроизоляционного материала, закрепленный на якоре и связанный с подвижными контактами, грузом с возможностью в заданном пределе свободно перемещаться в вертикальном направлении и закрепленном на горизонтальной полке якоря, при этом общие контакты шарнирно соединены с горизонтальной полкой якоря, основание с закрепленными в нем штепсельными выводными пластинами соединены монтажным проводом с обмотками, ручку, защитный колпак, отличающееся тем, что плоские пружины контактов подвергнуты термической стабилизирующей обработке, фронтовые контакты выполнены из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, а общие и тыловые контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра, при этом контактная часть общих контактов имеет сфераобразную форму, сердечник выполнен из магнитомягкого порошкового сплава на основе железа.

2. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что для реле типа НМШ переходное сопротивление для замыкающих, фронтовых контактов не более 0,25 Ом, для размыкающих, тыловых не более 0,03 Ом.

3. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что для реле типа Н переходное сопротивление для замыкающих, фронтовых контактов не более 0,3 Ом, для размыкающих, тыловых не более 0,03 Ом.

4. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что для реле типа С2 переходное сопротивление контактов не более 0,15 Ом.

5. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра не должны деформироваться при непрерывной нагрузке 3 А, при этом температура контактов не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 100°С.

6. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра не должны деформироваться при непрерывной нагрузке 15 А, при этом температура контактов не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 100°С.

7. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать в паре с контактами, выполненными из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, для нормально действующих реле не менее 1,210⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А и 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для медленнодействующих реле 0,6·10 ⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А и 220 В переменного тока частотой 50 Гц.

8. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты в реле типа Н из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать в паре с контактами, выполненными из композиционного материала на основе высокоплотного графита и серебра, для нормально действующих реле не менее 310⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А 220 В переменного тока частотой 50 Гц, для медленнодействующих реле 0,810⁶ коммутаций при активной нагрузке в пределах 2 А и 24 В постоянного тока и 0,5 А и 220 В переменного тока частотой 50 Гц.

9. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать не менее 210⁶ включений и выключений при постоянном токе 2 А и напряжении 12 В активной нагрузки.

10. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать не менее 510⁴ переключений двумя последовательно соединенными тройниками цепи переменного тока 50 Гц и 10 А при напряжении 127 В и реактивной нагрузке с Cos = 0,6.

11. Реле электромагнитное нейтральное по п. 1, отличающееся тем, что контакты из биметаллического материала с контактным слоем из серебра должны обеспечивать не менее 5·10 ⁴ переключений двумя последовательно соединенными тройниками цепи переменного тока 50 Гц и 5 А при напряжении 220 В и реактивной нагрузке с Cos = 0,6.