способ измерения механических перемещений в электромагнитных реле

Формула изобретения

Способ измерения механических перемещений в электромагнитных реле, согласно которому обмотку реле присоединяют к источнику постоянного тока и подают на нее напряжение постоянного тока, а затем после процесса измерения обрабатывают результат измерения с помощью электронно-вычислительного устройства, отличающийся тем, что в процессе измерения снимают кривую переходного процесса тока при срабатывании и одновременно фиксируют моменты замыканий и размыканий контактов реле, а результаты измерения обрабатывают путем расчетов на электронно-вычислительном устройстве по формулам



где x(t) перемещение якоря;

t время;

F сила противодействия движению якоря;

P_x мощность, расходуемая на движение якоря,



где i ток, потребляемый от источника;

L(t) индуктивность якоря,



где U напряжение на обмотке;

i ток в обмотке;

R₀ сопротивление обмотки;

iL ток в индуктивности (без потерь на вихревые токи),



где i₀ ток, к которому стремится переходный процесс при t _ ;

i₁ ток в начале переходного процесса,



где R_п сопротивление, выражающее потери на вихревые токи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для проверки параметров реле железнодорожной автоматики в процессе их изготовления и эксплуатации.

Известен способ контроля хода якоря электромагнитного коммутационного аппарата (авт. св. N 1554044, МКИ Н 01 Н 49/00, приор. 22.02.88), заключающийся в том, что в обмотку реле подают переменное напряжение, меньшее чем напряжение срабатывания реле, измеряют ток в обмотке реле, прижимают якорь к сердечнику и снова измеряют ток в обмотке, затем по формуле вычисляют величины воздушных зазоров между якорем и сердечником при отпущенном и прижатом состояниях якоря, по разности этих зазоров определяют ход якоря реле.

Этот способ контроля характеризуется недостаточной точностью в связи с зависимостью результатов от электромагнитных свойств сердечника, которые зависят от конкретного экземпляра реле и имеют большой разброс; кроме того ограничены функциональные возможности способа, предполагающие только контроль общего хода.

Известен также способ определения зазора переключающей контактной группы электромагнитного реле (авт. св. N 1631621, МКИ Н 01 Н 49/00, приор. 24.02.89), в котором напряжение на обмотку реле подают циклами. В первом цикле на обмотку реле подают напряжение, величиной больше напряжения трогания, но меньше напряжения срабатывание реле. Затем выдерживают реле при заданном напряжении в течение промежутка времени, достаточного для перемещения якоря от упора размыкающего контакта. Далее на обмотку реле подают короткий прямоугольный импульс напряжения Ти, амплитуда которого заведомо больше напряжения срабатывания реле, а длительность заведомо меньше длительности, достаточной для срабатывания реле. После окончания импульса обмотку реле обесточивают и выдерживают в обесточенном состоянии в течение промежутка времени, достаточного для отпускания реле. В следующих циклах повторяют те же действия, что и в первом цикле, но в каждом последующем цикле длительности импульса Ти увеличивают и продолжают циклы до тех пор, пока длительность импульса не станет достаточной для замыкания замыкающего контакта реле. Измеряют время от момента размыкания размыкающего контакта до момента замыкания замыкающего контакта. По величине измеренного значения и по величине длительности импульса Ти, при которой было достигнуто замыкание замыкающего контакта, судят о величине зазора контактов реле.

Этот способ характеризуется недостаточной точностью измерений, так как весь процесс измерений построен на основе использования эмпирических зависимостей, не являющихся стабильными.

Известен также способ измерения межконтактного зазора электромагнитного реле (авт. св. N 1697136, МКИ Н 01 Н 49/00, 11/04, приор. 01.08.89), который заключается в подаче на обмотку реле прямоугольных импульсов напряжения, длительность которых превышает максимально возможное для данного типа реле время срабатывания, и измерение времени перелета переключающего контакта при срабатывании. При этом амплитуду импульсов напряжения, подаваемых на обмотку реле, постепенно увеличивают, начиная с величины, соответствующей максимально возможному значению напряжения срабатывания для данного типа реле. При каждом срабатывании выделяют сигнал, пропорциональный току обмотку реле. Дифференцируют сигнал, пропорциональный току обмотки реле, и прекращают рост импульсов напряжения, подаваемых на обмотку реле, после того как в процессе срабатывания реле во время остановки якоря размах скачка производной от тока обмотки при переходе из одной полярности в противоположную полярность достигает заданной величины, заранее установленной для данного типа реле. Измеряют время от момента первого разрыва цепи замыкающего контакта до первого замыкания цепи замыкающего контакта, которое пропорционально величине межконтактного зазора.

Этот способ характеризуется недостаточной точностью производимых измерений в связи с использованием эмпирических зависимостей, которые сами по себе не могут быть стабильными.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к изобретению является способ коммутационного контроля хода электромагнитных клапанов, например, при электрогидравлическом управлении крепью (патент СССР N 1658832, МКИ Н 01 Н 49/00, Н 01 F 7/18, F 16 K 31/06, приор. 07.05.88), который заключается в том, что катушку электромагнита присоединяют к источнику тока, определяют индуктивность катушки электромагнита путем измерения величины тока в катушке и обработки результатов измерения с помощью электронного вычислительного устройства. При достижении током максимального пускового значения его кратковременно отключают и через определенный интервал времени включают вновь. При этом после отключения и(или) повторного включения по кривой тока участка отпускания и (или) участка срабатывания определяют величину индуктивности в заданный момент. Причем временной интервал от момента отключения до момента повторного включения выбирают настолько коротким, чтобы при контроле электромагнитных клапанов без самоблокировки якорь под влиянием своей инерционности оставался в покое во время указанного интервала.

Однако этот способ обладает рядом недостатков, не позволяющих его распространить на измерение параметров электромагнитных реле. Во-первых, необходимая точность может быть обеспечена только для конкретного образца, так как индуктивность зависит не только от хода клапана, но и от параметров сердечника. Во-вторых, измерение осуществляется в статике, предполагающей большую инерционность клапанов, что не может быть использовано для электромагнитных реле.

Задачей изобретения является обеспечение требований безопасности, надежности и безотказности, предъявляемых, в частности, к реле железнодорожной автоматики первого класса, обеспечивающих бесперебойность движения железнодорожного транспорта.

С этой целью должны обеспечиваться требования по одновременности срабатывания контактов; величинам совместных ходов контактов тыловых с перекидными и фронтовых с перекидными; межконтактным зазорам; зазорам в перелете; общему ходу.

Задача решается тем, что также как в способе контроля механических перемещений в электромагнитных клапанах постоянного тока, обмотку (в данном случае обмотку реле) присоединяют к источнику напряжения и полученную при этом кривую переходного процесса тока измеряют и одновременно фиксируют, а результаты измерений обрабатывают электронным вычислительным устройством.

В отличие от известного метода кривую переходного процесса тока измеряют и одновременно фиксируют в памяти электронного вычислительного устройства во время хода якоря при срабатывании реле от момента подключения к источнику до момента, достаточного для полного притяжения якоря. Одновременно электронным вычислительным устройством фиксируются в памяти моменты замыканий и размыканий контактов реле, после чего электронное вычислительное устройство обрабатывает результаты измерений на основе расчета по кривой переходного процесса тока i(t) и соответствующей ему кривой хода якоря x(t): по максимуму x(t) находится общий ход, а по временным отметкам совместные ходы контактов, межконтактные зазоры, зазоры в перелете, а также пространственные характеристики неодновременности размыканий и замыканий контактов.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем.

Способ дает возможность определять весь комплекс механических характеристик реле, а не отдельные характеристики. Кроме того, значительно повышается точность получаемых в любой момент времени измерений за счет того, что процесс измерений не зависит от электромагнитных свойств сердечника конкретного реле, например магнитопроницаемости, потерь на вихревые токи.

На фиг. 1 представлены:

а кривая типичного переходного процесса изменения тока в обмотке реле в обмотке реле при его срабатывании;

б расчетная кривая перемещения (хода) якоря, где

t1 интервал времени от включения напряжения на обмотку реле до момента размыкания размыкающих контактов II контактной группы;

t2 интервал времени от включения напряжения на обмотку реле до момента размыкания размыкающих контактов I контактной группы;

t3 интервал времени от включения напряжения на обмотку реле до момента замыкания замыкающих контактов II контактной группы;

t4 интервал времени от включения напряжения на обмотку реле до момента замыкания замыкающих контактов I контактной группы;

t5 интервал времени от включения напряжения на обмотку реле до момента размыкания замыкающих контактов I контактной группы в случае дребезга контакта;

t6 интервал времени от включения напряжения на обмотку реле до момента повторного замыкания замыкающих контактов I контактной группы.

На фиг. 1 также изображены соответствующие кривым а и б диаграммы:

с переключения I контактной группы реле во времени;

д переключения II контактной группы реле во времени;

е переключения I контактной группы реле в пространстве;

ж переключения II контактной группы реле в пространстве, где

х1 перемещение в пространстве перекидных контактов или якоря от включенного состояния реле до размыкания II контактной группы или совместного хода размыкающего контакта с перекидным для II контактной группы;

х2 перемещение в пространстве перекидных контактов или якоря от включенного состояния реле до размыкания I контактной группы или совместного хода размыкающего контакта с перекидным для I контактной группы;

х3 перемещение в пространстве перекидных контактов или якоря от включенного состояния реле до замыкания II контактной группы, которое состоит из суммы совместного хода замыкающих контактов с перекидными и зазора в перелете для II контактной группы;

х4, х5, х6 перемещение в пространстве перекидных контактов или якоря от включенного состояния реле до замыкания I контактной группы, которое состоит из суммы совместного хода замыкающих контактов с перекидными и зазора в перелете для I контактной группы;

х7 общий ход контактной группы или якоря.

На фиг. 2 изображена схема замещения обмотки реле, используемая для осуществления предложенного способа в случае учета потерь на вихревые токи.

Предлагаемый способ измерения может быть реализован следующим образом.

Перемещение якоря находится по формуле



где t время;

F сила противодействия движению якоря;

Рх мощность, расходуемая на движение якоря.

Для реле железнодорожной автоматики сила F известна, так как складывается из известных нормируемых составляющих и зависит от положения якоря.

Мощность Рх находится по формуле



где i ток, потребляемый от источника;

L(t) индуктивность якоря.

Индуктивность якоря L(t) находится по формуле



где U напряжение на обмотке;

Ro сопротивление обмотки;

i ток в обмотке;

iL ток в индуктивности, соответствующей схеме замещения (фиг. 2).

где io ток, к которому стремится переходный процесс при t _ ;

i1 ток в начале переходного процесса при t _ 0.

При этом

где R_п сопротивление, выражающее потери на вихревые токи.

Осуществление способа поясняется с помощью устройства, представленного на фиг. 3.

Устройство содержит: 1 компьютер ПЭВМ, 2 модуль измерения реле МИР.

Модуль МИР 2 содержит блоки: 3 контроллера БК, 4 аналого-цифровых преобразований БАЦП, 5 управляемых источников БУИ, 6 управления обмотками реле БУОР, 7 контроля контактов реле БККР, 8 коммутаторов тока БКТ, 9 - питания БП.

Обмен информацией между модулем МИР 2 и компьютером 1 осуществляется через БК 3. Со стороны ПЭВМ 1 в контроллер БК 3 поступают и записываются в оперативно-записывающее устройство ОЗУ программы проверки и необходимые данные по выбранному реле.

По командам из компьютера 1 осуществляется также управление работой модуля МИР 2. Из контроллера 3 в компьютер 1 передаются данные, соответствующие результатам измерений-проверок. Необходимые напряжения на обмотки во всех режимах проверки подаются следующим образом.

1) от БК 3 в БУОР 6 по шине данных записывается слово, несущее информацию о схеме включения обмоток (первая обмотка, вторая обмотка или две обмотки последовательно), полярности питания и другую информацию, обеспечивающую установку элементов схемы БУОР 6 в необходимые состояния, соответствующие данной проверке;

2) в цифроаналоговый преобразователь ЦАП блока БАЦП 4 по шине данных записывается информация, определяющая уровень напряжения, подаваемого на обмотки. Соответствующий аналоговый сигнал поступает на блок БУИ 5, который выдает необходимое напряжение, подаваемое через БУОР 6 на обмотку реле.

При измерении механических характеристик сразу же после подачи напряжения на обмотку реле по командам блока БК 3:

запускается устройство, измеряющее ток обмотки, в качестве которого используется 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь АЦП в блоке БАЦП 4. Результаты измерений через интервалы 1 мс записываются в ОЗУ блока БК;

производится запись в ОЗУ (с тем же интервалом 1 мс) информации о состоянии контактов реле, которая формируется в БККР 7.

Таким образом, производится развертка во времени и запись в ОЗУ кривой тока переходного процесса в обмотке с наложением состояния контактов. После записи в ОЗУ вся необходимая информация передается в компьютер 1 для обработки и расчета механических характеристик.

Опытные испытания предложенного способа проводились на наиболее широко применяемых в железнодорожной автоматике реле типа НМШ и РЭЛ при всевозможных вариантах обмоток и контактных наборов. Результаты исследований показали строгую зависимость формы кривой переходной характеристики тока обмотки от конкретных механических параметров. Предлагаемый способ реализуется при разработке автоматизированного комплекса по проверке параметров реле АРМ-РТУ-Р, предназначенного для проверки параметров реле железнодорожной автоматики в процессе изготовления и эксплуатации.