реле переменного тока

Формула изобретения

Реле переменного тока, содержащее оптроны, выполненные с входными диодами и собранные по схеме выпрямительного моста, источник питания переменного тока и реле постоянного тока, подключенные соответственно к входу переменного тока и выходу постоянного тока упомянутого выпрямительного моста, и источник управляющего переменного напряжения, отличающееся тем, что входные диоды каждой пары оптронов, включенных в соответствующие плечи выпрямительного моста, подключены к источнику управляющего переменного напряжения согласованно по полярности выпрямленного напряжения и встречно по отношению к входным диодам другой пары оптронов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на железнодорожном транспорте.

Известно реле переменного тока, содержащее диоды, собранные по схеме выпрямителя и включенные в плечи этого выпрямителя, реле постоянного тока, подключенное к выходу постоянного тока этого выпрямителя, источник питания переменного тока, подключенный к входу переменного тока этого выпрямителя (см. 1, с.641-643, рис.24-1 в).

Недостатком описанного реле переменного тока является то, что при поступлении на вход переменного тока выпрямителя реле переменного тока помехи другой частоты и фазы переменного тока, реле переменного тока ложно срабатывает от этой помехи, т.к. выпрямитель этого реле выпрямляет переменное напряжение любой частоты и фазы, отчего срабатывает реле постоянного тока, фиксируя срабатывание реле переменного тока.

Известно также реле переменного тока (далее - реле) типа НМВШ2-900/900, содержащее диоды, собранные по схеме выпрямителя и включенные в плечи этого выпрямителя, реле постоянного тока, подключенное к выходу постоянного тока этого выпрямителя, источник питания переменного тока, подключенный к входу переменного тока этого выпрямителя (далее - вход реле) (см.2, с.336-342, рис.121-1).

Это реле принято в качестве прототипа как более близкое к предложенному изобретению по своей технической сущности.

Противопоставленное реле срабатывает при поступлении на его вход переменного тока от сигнального источника питания.

Недостатком противопоставленного реле является то, что при поступлении на его вход питания переменного тока от источника помехи, вместо сигнального источника питания, и другой фазы тока частоты 50 Гц или другой частоты и фазы, реле ложно срабатывает от этой помехи, т.к. выпрямитель этого реле выпрямляет переменное напряжение любой частоты и фазы, отчего срабатывает реле постоянного тока, фиксируя срабатывание реле переменного тока.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение описанных недостатков известных реле переменного тока.

Решение этой задачи достигается тем, что в качестве диодов, включенных в плечи выпрямителя, применены выходы оптронов, имеющих диоды на их входах, при этом одни диоды на входах оптронов, включенных в одни плечи выпрямителя, соединены друг с другом согласованно по полярности выпрямленного напряжения и подключены к источнику управляющего переменного напряжения, а другие диоды на входах оптронов, включенных в другие плечи выпрямителя, соединены друг с другом согласованно по полярности выпрямленного напряжения и подключены к источнику управляющего переменного напряжения встречно.

В предложенном реле исключено его срабатывание от помехи, частота тока которой больше частоты управляющего переменного напряжения из-за следующего: в течение каждого полупериода управляющего переменного напряжения ток протекает по входам двух оптронов, включенных в плечи выпрямителя, отчего выходы этих оптронов имеют малое сопротивление, вследствие чего под действием напряжения помехи, подключенной к входу реле, по реле постоянного тока протекает ток; из-за большой частоты тока помехи в течение каждого полупериода управляющего переменного напряжения направление тока в реле постоянного тока будет изменяться с частотой помехи, т.е. через реле постоянного тока будет протекать переменный ток, от которого это реле не сработает, фиксируя несрабатывание реле.

При совпадении частот управляющего переменного напряжения и напряжения питания переменного тока при одной фазе напряжения питания напряжение на реле постоянного тока имеет одну полярность, а при изменении фазы на 180° напряжения питания - другую полярность. Поэтому при применении в качестве реле постоянного тока поляризованного реле предлагаемое реле фиксирует изменение фазы напряжения питания на 180°.

При применении в качестве реле постоянного тока реле, срабатывающего от тока одной полярности, предлагаемое реле защищено от срабатывания при воздействии на его вход помехи, фаза которой отличается от фазы управляющего переменного напряжения на 180°.

Предложенное техническое решение является новым, т.к. из уровня техники не известны реле переменного тока, у которых в качестве диодов, включенных в плечи выпрямителя, применены выходы оптронов, имеющих диоды на их входах, при этом одни диоды на входах оптронов, включенных в одни плечи выпрямителя, соединены друг с другом согласовано по полярности выпрямленного напряжения и подключены к источнику управляющего переменного напряжения, а другие диоды на входах оптронов, включенных в другие плечи выпрямителя, соединены друг с другом согласованно по полярности выпрямленного напряжения и подключены к источнику управляющего переменного напряжения встречно.

Предложенное техническое решение обладает изобретательным уровнем, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники, что подтверждается изложенным выше сопоставительным анализом известных и предложенного реле переменного тока.

Предложенное техническое решение является промышленно применимым, т.к. при его использовании достигается защита от помех большой частоты и помех с другой фазой переменного тока, а также обеспечена фазочувствительность реле.

Из изложенного следует, что предлагаемое техническое решение соответствует требованиям, предъявляемым к изобретению.

На чертеже изображена схема примера варианта выполнения предлагаемого реле.

Реле содержит четыре оптрона 1, 2, 3, 4, имеющих на входах светодиоды 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 и выходы 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, собранные по схеме выпрямительного моста, имеющего вход переменного тока с клеммами 5 и 6 и выход постоянного тока с клеммами 7 и 8, резисторы 9 и 10, диоды 11 и 12, реле постоянного тока 13, срабатывающее от тока одной полярности с рабочей 13.1 и поляризующей 13.2 обмотками, источник питания переменного тока 14 и его выходные клеммы 14.1 и 14.2, источник управляющего переменного напряжения 15 и его выходные клеммы 15.1 и 15.2, источник питания поляризующей обмотки 13.2 постоянного тока «+», «-».

Работа предлагаемого реле происходит следующим образом.

В нормальном положении реле при выключенных источниках питания переменного тока 14 и 15 и наличии питания поляризующей обмотки 13.2 постоянным током «+», «-», реле 13 находится в невозбужденном состоянии из-за отсутствия тока в рабочей 13.1 обмотке.

При включении источника питания 14 и выключенном источнике питания 15 состояние реле 13 не изменится, т.к. из-за отсутствия тока в светодиодах 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 выходы оптронов 1.2, 2.2, 3.2, 4.2 имеют большое сопротивление.

При включении источника питания 15, частота и фаза которого совпадают с источником питанием 14, во время положительного полупериода напряжений с источников питания 14 и 15 («+» на клемме 14.1, 15.1. «-» на клемме 14.2, 15.2) протекает ток по цепи: +, 15.1, 3.1, 1.1, 11, 9, 15.2. -. Светодиоды 1.1, 3.1 под воздействием этого тока излучают свет, отчего сопротивления 1.2, 3.2 выходов оптронов 1, 3 имеют малое сопротивление и ток протекает по цепи: +, 14.1, 1.2, 13.1, 3.2, 14.2, -. Из-за этого тока якорь реле 13 сработает, т.к. полярность напряжения («+» на клемме 7, «-» на клемме 8) совпадает с полярностью поляризующего напряжения на обмотке 13.2.

Во время отрицательного полупериода напряжений источников питания 14 и 15 («+» на клемме 14.2, 15.2, «-» на клемме 14.1, 15.1) ток протекает по цепи: +, 15.2, 10, 12, 2.1, 4.1, 15.1, -. Светодиоды 2.1, 4.1 под воздействием этого тока излучают свет, отчего сопротивления 2.2, 4.2 выходов оптронов 2, 4 имеют малое сопротивление и ток протекает по цепи: +, 14.2, 2.2, 13.1, 4.2, 14.1, -. Из-за этого тока реле 13 продолжает удерживать свой якорь, т.к. полярность напряжения («+» на клемме 7, «-» на клемме 8) совпадает с полярностью поляризующего напряжения на обмотке 13.2.

Таким образом, полярность напряжения, поступающего на реле 13, соответствует полярности поляризующего напряжения на обмотке 13.2 во время как положительного, так и отрицательного полупериодов напряжений источников питания 14 и 15. Поэтому реле 13 находится постоянно в возбужденном состоянии.

Резисторы 9 и 10 защищают светодиоды 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 от перегрузки по току, а диоды 11 и 12 защищают эти светодиоды от перегрузок; по напряжению.

При изменении на 180° фазы напряжения источника питания 14 работа будет происходить аналогично, но полярность на клеммах 7 и 8 изменится на обратную. Реле 13 отпустит свой якорь вследствие несоответствия этой полярности и полярности питания поляризующей обмотки 13.2 и тем самым зафиксирует изменение фазы напряжения источника питания 14.

К аналогичному последствию приведет изменение на 180(фазы напряжения источника питания 15 при неизменности фазы напряжения источника питания 14.

При применении в качестве реле 13 реле поляризованного комбинированного типа можно нейтральным якорем этого реле контролировать одновременное наличие напряжений источников питания 14 и 15, а поляризованным якорем - соотношение фаз этих напряжений.

При поступлении на клеммы 14.1 и 14.2 вместо напряжения источника питания 14 (частота которого равна частоте напряжения источника питания 15) напряжения помехи (частота которого больше частоты напряжения источника питания 15) работа будет происходить аналогично описанному выше с той разницей, что во время одного полупериода напряжения источника питания 15 полярность напряжения помехи будет изменяться с частотой помехи. Из-за этого будет изменяться полярность напряжения на клеммах 7 и 8, т.е. по обмотке 13.1 будет протекать переменный ток, от которого реле постоянного тока не срабатывает. Поэтому реле защищено от воздействия помех большой частоты.

При применении в качестве реле 13 реле нейтрального типа, предлагаемое реле будет срабатывать только при совпадении частот напряжений источников питания 14 и 15, т.е. выполнять функцию фильтра частоты переменного тока, равной частоте одного из напряжений источников питания 14 или 15.

Предложенное реле переменного тока обладает коэффициентом возврата большим, чем примененное в нем реле постоянного тока.

Это свойство предложенного реле обусловлено тем, что в примененных в нем оптронах начало и прекращение свечения светодиодов и обусловленное этим свечением малое сопротивление выходов оптронов 1, 2, 3, 4 имеют место только после достижения напряжения на светодиодах напряжения, равного величине напряжения порога свечения.

В предложенном реле переменного тока наряду с изображенными на фиг.1 оптронами могут быть применены другие оптроны, в том числе с резистивными светоизлучателями. В этом случае функцию диодов на входах оптронов выполняют защитные диоды 11 и 12. Возможно также включение выходов оптронов не только по схеме выпрямительного моста, а их входов - по показанной на фиг.1 схеме, но и по другим схемам выпрямления (схемы с одним диодом, симметричная схема со средней точкой и др.)

Из выше изложенного следует, что предлагаемое реле обладает следующими положительными свойствами:

- фазочувствительность;

- защищенность от воздействия помех переменного тока с другой фазой тока;

- защищенность от воздействия помех тока большой частоты;

- большой коэффициент возврата;

- фильтр частоты.

Экономический эффект предлагаемого реле можно охарактеризовать следующими показателями:

- уменьшением материальных потерь от крушений поездов из-за ложных срабатываний путевых реле переменного тока от помех, фаза и частота которых отличается от полезного сигнала в системах СЦБ;

- уменьшением стоимости фазочувствительных реле из-за упрощения их конструкции;

- уменьшением стоимости устройств защиты путевых реле переменного тока от воздействия помех, фаза и частота которых отличается от полезного сигнала в системах СЦБ.

Литература

1. М.И.Витенберг «Расчет электромагнитных реле», Госэнергоиздат, Москва-Ленинград, 1961 г.

2. В.И.Сороко, В.А.Милюков «Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики», справочник, книга 1, НПФ «Планета», Москва, 2000 г. (прототип).