BRPI0505625B1

BRPI0505625B1 - CORE CONDUCTOR RELAY AND CURRENT PERCEPTION

Info

Publication number: BRPI0505625B1
Authority: BR
Publication date: 2017-07-11

Description

"RELÉ COM CONDUTOR NÚCLEO E PERCEPÇÃO DE CORRENTE" Fundamentos da Invenção Essa invenção refere-se a relés e contatos eletromagnéticos, e é mais especificamente relacionada com a estrutura de um relé eletromagnético ou eletromecânico do tipo que possui um enrolamento ou bobina que é energizada para mover uma armadura de forma que uma corrente de carga possa ser aplicada a um dispositivo de carga. Os relés e contatos podem ser considerados como dispositivos nos quais o surgimento de uma corrente piloto ou tensão causa a abertura ou fechamento de um dispositivo de comutação controlado para aplicar ou descontinuar a aplicação da corrente de carga. A invenção se refere particularmente a uma combinação de um relé e um sensor de corrente para medir a quantidade de corrente de carga, ou a qualidade da mesma, que está sendo a-plicada ao dispositivo de carga.BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to electromagnetic relays and contacts, and is more specifically related to the structure of an electromagnetic or electromechanical relay of the type having a winding or coil that is energized to move an armature so that a load current can be applied to a load device. Relays and contacts can be considered as devices in which the emergence of a pilot current or voltage causes the opening or closing of a controlled switching device to apply or discontinue the application of the load current. The invention particularly relates to a combination of a relay and a current sensor for measuring the amount of charge current, or the quality thereof, that is being applied to the charge device.

Relés e contatos eletromagnéticos ou eletromecâni-cos são dispositivos nos quais a corrente que flui através de uma bobina do acionador fecha ou abre um par de contatos elétricos. Isso pode ocorrer de várias formas conhecidas, mas normalmente uma armadura de ferro é magneticamente deformada na direção do núcleo da bobina para criar (ou romper) o circuito controlado. Nos relés eletromecânicos, a queda de tensão através da comutação ou contatos de saida é baixa, isso é, da ordem de milivolts, de forma que a perda de energia através dos contatos de relé seja mantida baixa em comparação com os relés de estado sólido, onde a queda de tensão de avanço pode ser de um volt ou algumas vezes mais.Electromagnetic or electromechanical relays and contacts are devices in which current flowing through a drive coil closes or opens a pair of electrical contacts. This can occur in a number of known ways, but usually an iron reinforcement is magnetically deformed toward the core of the coil to create (or break) the controlled circuit. In electromechanical relays, the voltage drop across switching or output contacts is low, that is to the order of millivolts, so that the energy loss through the relay contacts is kept low compared to solid state relays, where the forward voltage drop may be one volt or sometimes more.

Os relés eletromagnéticos ou eletromecânicos são normalmente utilizados para controle a aplicação de energia a uma carga, por exemplo, para controlar a aplicação de e-nergia a um ventilador em um sistema de ventilação, aquecimento ou condicionamento de ar. Esses dispositivos são baratos e em geral apresentam boa confiabilidade durante a vida útil razoável. 0 desgaste dos contatos pode ocorrer devido ao arqueamento se o relé agir para quebrar o circuito em um momento quando existe uma carga de corrente significativa fluindo. Isso pode produzir também um ruido de comutação, que pode perturbar os dispositivos eletrônicos localizados perto do relé.Electromagnetic or electromechanical relays are commonly used to control the application of energy to a load, for example, to control the application of energy to a fan in a ventilation, heating or air conditioning system. These devices are inexpensive and generally have good reliability over a reasonable lifetime. Contact wear may occur due to bending if the relay acts to break the circuit at a time when there is a significant current load flowing. This can also produce a commutating noise that can disturb electronic devices located near the relay.

Se for desejável se monitorar a corrente de carga para o dispositivo de carga associado, um sensor de corrente separado é empregado. Isso pode envolver um dispositivo de estado sólido tipo hall ou outro dispositivo detector de corrente. Isso adiciona complexidade ao circuito e custos ao conjunto de circuito de controle para o dispositivo de carga.If it is desirable to monitor the charging current for the associated charging device, a separate current sensor is employed. This may involve a hall type solid state device or other current sensing device. This adds circuit complexity and costs to the control circuit assembly for the load device.

Objetivos e Sumário da Invenção De acordo, é um objetivo da presente invenção se fornecer um aperfeiçoamento para um relé ou contato que supere as desvantagens supra mencionadas da técnica anterior. É outro objetivo se fornecer uma combinação de um relé eletromagnético e sensor de corrente de carga no qual a bobina ou enrolamento do dispositivo tem um papel duplo. É um objetivo mais especifico se fornecer um relé ou contato que permite o monitoramento da qualidade de corrente de carga que está sendo aplicada ao dispositivo de carga.Objectives and Summary of the Invention Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improvement to a relay or contact that overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art. It is another objective to provide a combination of an electromagnetic relay and load current sensor in which the device coil or winding has a dual role. It is a more specific objective to provide a relay or contact that allows monitoring of the quality of the load current being applied to the load device.

De acordo com um aspecto da presente invenção, um relé eletromecânico pode ser situado em série com uma fonte de energia de linha AC e uma carga AC. Uma corrente aciona-dora, isso é, corrente piloto, é aplicada a uma bobina acio-nadora para fechar e liberar um braço de contato do relé, por exemplo, uma armadura. Normalmente uma mola ou meio similar orienta a armadura para longe da bobina acionadora. Um primeiro contato elétrico móvel transportado na armadura; um segundo contato elétrico fixo é adaptado para fazer contato com o primeiro contato quando a bobina acionadora fecha a armadura. 0 segundo contato é conectado a um condutor núcleo que passa através de um orifício axial da bobina acionadora. A bobina escolhe a tensão que é induzida pela corrente de carga transportada no condutor núcleo que passa para a carga AC durante o tempo que a bobina acionadora puxa a armadura. Um sensor de corrente de carga possui terminais de entrada conectados a um enrolamento da dita bobina acionadora para escolher essa tensão induzida. Essa tensão induzida é representativa da corrente de carga transportada no condutor núcleo. A saída do sensor pode ser empregada para controlar a temporização da abertura ou rompimento do circuito de carga de forma que os contatos sejam abertos em um momento quando a corrente aplicada cruza zero ampéres. Além disso, a saída do sensor pode ser utilizada para alertar as condições de carga alta, isso é, travar o rotor, para condições de carga muito baixas, que podem ser indicativas de bloqueio do duto ou filtro de ar, ou para condições de carga extremamente baixas, que podem ser indicativas de uma falha de correia de acionamento ou circuito aberto para o ventilador ou motor de assoprador. A comparação da fase da tensão AC aplicada e a corrente de carga AC também pode ser utilizada para medir o >fator de potência ou ângulo de fase de energia, isso é, diferença de fase entre a tensão e a corrente de carga.According to one aspect of the present invention, an electromechanical relay may be located in series with an AC line power source and an AC load. A drive current, that is, pilot current, is applied to a drive coil to close and release a relay contact arm, for example armature. Usually a spring or similar medium guides the armature away from the drive coil. A first mobile electric contact carried in the armature; A second fixed electrical contact is adapted to make contact with the first contact when the drive coil closes the armature. The second contact is connected to a core conductor that passes through an axial hole of the drive coil. The coil chooses the voltage that is induced by the load current carried on the core conductor that passes to the AC load during the time the drive coil pulls the armature. A load current sensor has input terminals connected to a winding of said drive coil to choose this induced voltage. This induced voltage is representative of the load current carried in the core conductor. The sensor output can be employed to control the timing of opening or breaking of the load circuit so that the contacts open at a time when applied current crosses zero amps. In addition, the sensor output can be used to alert high load conditions, ie lock the rotor, for very low load conditions, which may be indicative of duct or air filter blockage, or for load conditions. extremely low, which may be indicative of a drive belt or open circuit failure for the fan or blower motor. The phase comparison of the applied AC voltage and the AC load current can also be used to measure the power factor or power phase angle, that is, phase difference between the voltage and the load current.

Alternativamente, um relé eletromecânico (ou contato) é adaptado para ser situado em série com uma fonte de energia de linha AC de polifase (por exemplo, energia de três fases) e a carga AC. Nesse caso, a armadura de contator transporta uma pluralidade (por exemplo, três) de contatos elétricos móveis, cada um dos quais é acoplado a um condutor de fase respectivo. Existe uma pluralidade respectiva (por exemplo, dois ou três) de contatos elétricos fixos adaptados para fazer contato com os contatos móveis quando a bobina acionadora fecha, isso é, puxa a armadura do contato. Esses contatos fixos são conectados aos respectivos condutores núcleos que passam através do orifício axial da bobina acionadora, de forma que três condutores núcleo transportem partes de fase respectivas da corrente de carga para a carga AC. Nesse caso, o sensor de corrente de carga, cujos terminais de entrada são conectados a um enrolamento da bobina acionadora, detecta uma tensão induzida representativa da rede de fases respectivas da corrente de carga. Em um sistema equilibrado, as voltagens induzidas das três fases se cancelam mutuamente, que podem ser utilizadas para indicar a presença de um desequilíbrio e para identificar sua fase.Alternatively, an electromechanical (or contact) relay is adapted to be located in series with a polyphase AC line power source (eg, three phase power) and the AC load. In this case, the contactor armature carries a plurality (for example, three) of movable electrical contacts, each of which is coupled to a respective phase conductor. There is a respective plurality (e.g. two or three) of fixed electrical contacts adapted to make contact with the moving contacts when the drive coil closes, that is, pulls the contact armature. These fixed contacts are connected to the respective core conductors that pass through the axial orifice of the drive coil so that three core conductors carry respective phase portions of the load current to the AC load. In this case, the load current sensor, whose input terminals are connected to a drive coil winding, detects an induced voltage representative of the respective phase network of the load current. In a balanced system, the induced voltages of the three phases cancel each other out, which can be used to indicate the presence of an imbalance and to identify its phase.

Os objetivos, características e vantagens apresen- tados acima e muitos outros dessa invenção se tornarão mais completamente apreciados a partir da descrição das modalidades preferidas, que devem ser lidas em conjunto com os Desenhos em anexo.The objects, features and advantages set forth above and many others of this invention will become more fully appreciated from the description of preferred embodiments, which should be read in conjunction with the accompanying Drawings.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 é uma vista esquemática básica de um relé com percepção de corrente de carga de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura la ilustra uma disposição de relé alternativa; A Figura 2 é uma vista esquemática de uma modalidade alternativa; A Figura 3 é um gráfico para ilustrar a aplicação e corrente piloto e perceber a tensão induzida para explicar as modalidades dessa invenção; A Figura 4 é uma vista esquemática de uma modalidade de três fases da presente invenção; A Figura 5 é um gráfico de aplicações para explicar as várias modalidades das modalidades dessa invenção; A Figura 6 é uma vista em corte de um relé de ação linear de acordo com outra modalidade da invenção; A Figura 7 é uma elevação de extremidade da mesma; A Figura 8 é uma vista posterior em perspectiva de um elemento de contato de mola dessa modalidade; A Figura 9 é uma vista dianteira em perspectiva do elemento de contato.Brief Description of the Drawings Figure 1 is a basic schematic view of a load current sensing relay according to one embodiment of the present invention; Figure 1A illustrates an alternative relay arrangement; Figure 2 is a schematic view of an alternative embodiment; Figure 3 is a graph illustrating the application and pilot current and understanding the induced voltage to explain the embodiments of this invention; Figure 4 is a schematic view of a three phase embodiment of the present invention; Figure 5 is an application graph for explaining the various embodiments of the embodiments of this invention; Figure 6 is a cross-sectional view of a linear action relay according to another embodiment of the invention; Figure 7 is an end elevation thereof; Figure 8 is a rear perspective view of a spring contact member of this embodiment; Figure 9 is a perspective front view of the contact element.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 i- lustra de forma esquemática uma disposição de relé de acordo com uma modalidade da invenção. Aqui, um relé eletromagnético ou eletromecânico 10 possui um eletroimã ou acionador 12 formado de uma bobina de fio ou enrolamento 14 enrolado sobre uma bobina 16. Um condutor de núcleo 18 é feito de um material condutor, que pode em alguns casos ser ferromagné-tico, que passa ao longo do eixo geométrico do acionador 12 através de um orifício axial ou passagem da bobina 16. Uma forquilha 20 do material ferromagnético suporta a bobina a-cionadora e também suporta uma mola laminada 22 ou outra mola equivalente na qual uma armadura de ferro 24 é montada. A mola laminada 22 pode ser não condutora ou pode ser montada de forma isolada de forma que a mola laminada 22 seja eletricamente isolada da forquilha. A armadura 24 articula no local da mola 22, e é orientada para longe do acionador. Um contato móvel 26 é montado na armadura e um contato fixo 28 é montado no condutor núcleo. Um contato móvel 26 é montado na armadura e um contato fixo 28 é montado no condutor núcleo. Esse contato 28 é normalmente um contato aberto ou N.O. Alternativamente, o contato normalmente fechado ou N.C. pode ser utilizado. Pode haver um ímã permanente ou outro meio utilizado para travar o relé depois do acionamento, caso no qual um pulso reverso pode ser empregado para abrir o relé. Além disso, um fornecimento de reconfiguração manual, isso é, um botão de reconfiguração de relé (comutador de contato momentâneo) pode ser utilizado em algumas modalidades para a-brir o relé depois de ter sido acionado.Detailed Description of the Preferred Embodiment Referring now to the drawings, Figure 1 schematically illustrates a relay arrangement according to one embodiment of the invention. Here, an electromagnetic or electromechanical relay 10 has an electromagnet or actuator 12 formed of a coil of wire or coil 14 wound over a coil 16. A core conductor 18 is made of a conductive material which may in some cases be ferromagnetic. , which passes along the geometrical axis of driver 12 through an axial orifice or passage of coil 16. A yoke 20 of ferromagnetic material supports the drive coil and also supports a laminated spring 22 or other equivalent spring in which an armature of iron 24 is mounted. Laminated spring 22 may be non-conductive or may be mounted in isolation so that laminated spring 22 is electrically isolated from the yoke. The armature 24 pivots at the spring site 22, and is oriented away from the actuator. A movable contact 26 is mounted on the armature and a fixed contact 28 is mounted on the core conductor. A movable contact 26 is mounted on the armature and a fixed contact 28 is mounted on the core conductor. This contact 28 is usually an open or NO contact. Alternatively, the normally closed or NO contact may be used. There may be a permanent magnet or other means used to lock the relay after actuation, in which case a reverse pulse may be employed to open the relay. In addition, a manual reset supply, that is, a relay reset button (momentary contact switch) may be used in some embodiments to open the relay after it has been actuated.

Uma fonte de energia AC 30, isso é, que pode ser a energia de linha principal AC doméstica padrão ou pode ser uma energia gerada sinteticamente, é conectada a um circuito que inclui o condutor núcleo 18, os contatos 26, 28 e uma carga AC 32, de forma que a energia seja aplicada à carga 32 quando a armadura 24 é puxada ou fechada, e a energia é cortada quando a armadura 24 é liberada.An AC power source 30, that may be standard household AC mains power or may be synthetically generated power, is connected to a circuit including core conductor 18, contacts 26, 28 and an AC load. 32, so that energy is applied to load 32 when armature 24 is pulled or closed, and energy is cut when armature 24 is released.

Um circuito fonte 34 para a corrente acionadora fornece a corrente piloto ou corrente acionadora para a bobina 14 do relé, e isso é controlado por um dispositivo ou circuito de comutador, representado aqui por um circuito LIGA/DESLIGA 36. Um circuito de sensor de tensão 38 também é conectado aos fios da bobina ou enrolamento 14, e é sensível à tensão que é induzida na bobina pela corrente de carga AC que flui através do condutor núcleo 18. Essa tensão é geralmente proporcional à magnitude da corrente de carga e fornece uma medição da quantidade de corrente que flui através do dispositivo de carga AC 32. A fase da corrente de carga AC também está disponível. Uma saída do circuito de sensor 38 passa para uma entrada de um circuito de controle 40, que pode ser operacional para suprir sinais de controle para o circuito LIGA/DESLIGA 36. Em um ambiente de aquecimento, ventilação ou condicionamento de ar, o circuito de controle 40 pode ser uma parte de um painel de controle de forno ou painel de controle de condicionamento de ar. Nesse caso, é útil que o circuito de controle seja sensível às condições de corrente de carga de motor no motor de assoprador, motor indutor, motor compressor, ou outros dispositivos de forma a auxiliar no controle da energia ou em alguns casos no ajuste da tensão e formas de onda da energia fluindo para esses dispositivos de carga. Adicionalmente, é possível se gerar um alarme se uma condição de falha for detectada, tal como uma corrente de carga de rotor de travamento (alto nível), ou se uma corrente de carga descomunalmente baixa ou ausência de corrente for detectada. 0 contato fixo 28 pode ser posicionado diretamente em linha com o condutor núcleo, ou pode ser posicionado em qualquer outro local com um condutor levando para o condutor núcleo, como as exigências de desenho podem ditar.A source circuit 34 for the drive current supplies the pilot current or drive current to the relay coil 14, and this is controlled by a switch device or circuit, represented herein by an ON / OFF circuit 36. A voltage sensor circuit 38 is also connected to the coil or winding wires 14, and is sensitive to the voltage that is induced in the coil by the AC load current flowing through the core conductor 18. This voltage is generally proportional to the magnitude of the load current and provides a measurement. the amount of current flowing through the AC charging device 32. The phase of the AC charging current is also available. An output of the sensor circuit 38 passes to an input of a control circuit 40, which may be operable to supply control signals to the ON / OFF circuit 36. In a heating, ventilating, or air conditioning environment, the control circuit Control 40 can be a part of an oven control panel or air conditioning control panel. In such a case, it is useful for the control circuit to be sensitive to motor load current conditions on the blower motor, inductor motor, compressor motor, or other devices in order to assist in power control or in some cases voltage adjustment. and energy waveforms flowing to these charging devices. Additionally, an alarm can be generated if a fault condition is detected, such as a locking rotor load current (high level), or if an unusually low load current or no current is detected. The fixed contact 28 may be positioned directly in line with the core conductor, or may be positioned anywhere else with a conductor leading to the core conductor, as design requirements may dictate.

Uma disposição de relé alternativa ilustrada na Figura la inclui um relé 10' no qual seu contato fixo normalmente fechado (NC) é conectado ao condutor núcleo 18'. Aqui os elementos que são correspondentes ao mesmo elemento na Figura 1 são identificados com o mesmo número de referência mas com um número primo. O restante do circuito é omitido nessa vista.An alternative relay arrangement illustrated in Figure 1a includes a relay 10 'in which its normally closed (NC) fixed contact is connected to the core conductor 18'. Here the elements that correspond to the same element in Figure 1 are identified with the same reference number but with a prime number. The rest of the circuit is omitted in this view.

Outra modalidade dessa invenção é ilustrada na Figura 2, na qual os elementos que são comuns também à modalidade anterior são identificados com as mesmas referências numéricas que na Figura 1, e não precisam ser discutidos em maiores detalhes. Nessa modalidade, em adição ao sensor de corrente de caga 38, que é acoplado aos fios da bobina 14, existe também um sensor de tensão de linha 42 que mede o nível da tensão AC principal que é aplicada a partir da fonte AC 30 para a carga 32. O sensor pode fornecer um nível integrado que indica a magnitude da tensão aplicada AC, ou em alguns casos pode fornecer o nível de tensão instantâneo, que pode ser útil na detecção do fator de potência ou a diferença de fase ΔΦ entre a tensão AC aplicada e a corrente AC que flui através do condutor núcleo 18 e a carga 32. Em tal caso, um circuito de fator de potência 44, que pode ter desenho análogo ou digital possui entradas acopladas respectivamente ao sensor de corrente de carga 38 e ao sensor de tensão 42, e sua saida pode ser fornecida para o circuito de controle 40. A Figura 3 é um gráfico ilustrando a relação de corrente de acionador que é aplicada à bobina ou enrolamento 14 e a temporização do sensor 38 que detecta a corrente de carga principal que flui através do conduto núcleo 18. Esse é um dos muitos esquemas possíveis que permitem que a mesma bobina ou enrolamento 14 seja utilizado para puxar a armadura 24 e também para fornecer uma tensão induzida para o sensor 38, sem os dois interferirem um com o outro. Esse esquema pode ser empregado quando a energia de termostato AC de 24 volts é utilizada para acionar o relé, e onde a fonte AC principal 30 fornece energia doméstica AC de 110 volts ou 220 volts para o dispositivo de carga 32. Aqui, apenas uma parte A da onda AC (da energia de termostato) é empregada para fechar o relé 10, por exemplo, por um tempo de cerca de um milisegundo para cada meio ciclo. Isso é retificado, por exemplo, no circuito de fonte de corrente acionadora 34, e pode ser integrado de forma a manter a trave do relé. O sensor 38 é desligado para essa parte A, mas pode ser ligada para toda e qualquer parte de sensor restante S, que é de até 7 milisegundos para cada meio ciclo. 0 núcleo 18 pode incorporar um ímã permanente. Então quando o relé está para ser acionado, a bobina 14 é pulsada para acionar o relé de carga LIGADO e então trava no estado LIGADO. Isso permite que o sensor de corrente leia todo o ciclo de linha. 0 relé pode então ser pulsado para DESLIGADO pela reversão da orientação da bobina.Another embodiment of this invention is illustrated in Figure 2, in which elements which are also common to the previous embodiment are identified with the same numerical references as in Figure 1, and need not be discussed in more detail. In this embodiment, in addition to the shear current sensor 38, which is coupled to the coil wires 14, there is also a line voltage sensor 42 which measures the level of the main AC voltage that is applied from the AC source 30 to 32. The sensor may provide an integrated level that indicates the magnitude of the applied AC voltage, or in some cases may provide the instantaneous voltage level, which may be useful in detecting the power factor or the phase difference ΔΦ between the voltage. Applied AC and the AC current flowing through the core conductor 18 and the load 32. In such a case, a power factor circuit 44, which may be analog or digital in design, has inputs coupled respectively to the load current sensor 38 and the voltage sensor 42, and its output may be provided to control circuit 40. Figure 3 is a graph illustrating the drive current relationship that is applied to coil or winding 14 and the timing of sensor 38 qu. and detects the main load current flowing through core conduit 18. This is one of many possible schemes that allow the same coil or winding 14 to be used to pull armature 24 and also to provide an induced voltage to sensor 38, without both interfering with each other. This scheme can be employed when 24-volt AC thermostat power is used to drive the relay, and where the main AC source 30 provides 110-volt or 220-volt home AC power to charging device 32. Here, only a portion The AC wave (thermostat energy) is employed to close relay 10, for example, for a time of about one millisecond for each half cycle. This is rectified, for example, in the drive current source circuit 34, and can be integrated to maintain the relay crossbar. Sensor 38 is turned off for this part A, but can be turned on for any remaining sensor part S, which is up to 7 milliseconds for each half cycle. Core 18 may incorporate a permanent magnet. Then when the relay is to be activated, coil 14 is pulsed to drive the load relay ON and then locks in the ON state. This allows the current sensor to read the entire line cycle. The relay can then be pulsed to OFF by reversing the coil orientation.

No caso de a corrente de acionador ser fornecida a partir de uma fonte DC estável, por exemplo, "bateria", então a tensão induzida que aparece na bobina 14 e representa a corrente de carga seria sobreposta na tensão DC, e pode ser facilmente separada da mesma no sensor 38. Como outra alternativa, um enrolamento adicional separado pode ser colocado na bobina 16 do relé 10 a ser utilizado para detectar a corrente de carga. Uma disposição de relé de travamento também é possível, empregando um imã permanente no núcleo, como é bem sabido.If the drive current is supplied from a stable DC source, for example "battery", then the induced voltage appearing on coil 14 and representing the load current would be superimposed on the DC voltage, and can be easily separated. As an alternative, a separate additional winding may be placed on coil 16 of relay 10 to be used to detect the load current. A locking relay arrangement is also possible by employing a permanent magnet in the core as is well known.

Uma versão de polifase da disposição de relé dessa invenção é ilustrada na Figura 4, na qual os elementos que são similares aos das modalidades anteriores são identificados com referências numéricas similares, mas aumentados por 100. Aqui o relé 110 é configurado como um relé de três fases ou contato, com uma bobina acionadora de relé 114 e com três condutores núcleo separados 118a, 118b, e 118c, cada um transportando uma fase da energia de carga de três fases. Existem três contatos móveis respectivos 126a, 126b e 126c, e três contatos fixos 128a, 128b e 128c. A carga e a fonte de energia AC são omitidas dessa vista. Um sensor de corrente de carga 138 é conectado aos fios do enrolamento ou bobi- na 114, como nas modalidades anteriores. No entanto, nesse caso, visto que os condutores de três fases 118a, 118b, 118c estarão transportando correntes que são mutuamente separadas por 120 graus, o efeito da tensão induzida pelas três fases da corrente de carga será o cancelamento mútuo, desde que a carga esteja equilibrada. Nessa modalidade, um circuito lógico 140 é conectado a uma saida do sensor 138, e indica o equilíbrio de fase desde que a tensão induzida seja igual a zero, mas indica uma condição desequilibrada se a tensão induzida for diferente de zero, isso é, se houver uma corrente de carga líquida significativa. O limite para esse circuito lógico 140 pode ser selecionado dependendo do tipo de carga.A polyphase version of the relay arrangement of this invention is illustrated in Figure 4, in which elements which are similar to those of the above embodiments are identified with similar but increased numerical references by 100. Here relay 110 is configured as a three-phase relay. phases or contact, with a relay drive coil 114 and three separate core conductors 118a, 118b, and 118c, each carrying one phase of the three phase load energy. There are three respective mobile contacts 126a, 126b and 126c, and three fixed contacts 128a, 128b and 128c. The load and AC power source are omitted from this view. A load current sensor 138 is connected to the winding or coil wires 114, as in the previous embodiments. However, in this case, since the three-phase conductors 118a, 118b, 118c will be carrying currents that are mutually separated by 120 degrees, the effect of the voltage induced by the three phases of the charge current will be mutual cancellation as long as the charge be balanced. In this embodiment, a logic circuit 140 is connected to an output of sensor 138, and indicates phase equilibrium as long as the induced voltage is zero, but indicates an unbalanced condition if the induced voltage is nonzero, that is, if there is a significant net charge current. The limit for this logic circuit 140 can be selected depending on the type of load.

Obviamente, pela alimentação de apenas uma das três fases através de um único condutor núcleo, como com as modalidades da Figura 1 e Figura 2, é possível se medir a magnitude da corrente de carga para essa fase, e também o ângulo de fase do mesmo. A Figura 5 é um gráfico para explicar algumas das capacidades e vantagens de várias modalidades dessa invenção.Obviously, by feeding only one of the three phases through a single core conductor, as with the embodiments of Figure 1 and Figure 2, it is possible to measure the magnitude of the load current for that phase, and also the phase angle of the same. . Figure 5 is a graph explaining some of the capabilities and advantages of various embodiments of this invention.

Primeiro, para uma modalidade de dois fios (por exemplo, fase única) tal como a da Figura 2, a instalação de detecção de tensão de linha do detector 42 pode ser utilizada para medir a qualidade da tensão de linha, isso é, se houver um problema de tensão excessiva ou um problema de tensão insuficiente (Brown-out), e essa informação pode ser utilizada para determinar se o dispositivo deve ser desativado. As temporizações dos cruzamentos zero da tensão de linha aplicada também são disponíveis, e podem ser utilizadas para controle a temporização da energia acionadora, isso é, corrente piloto que é aplicada à bobina do relé 14, de forma que a armadura seja puxada e o contato seja feito em um momento quando a tensão de linha está em ou perto de zero.First, for a two-wire (e.g. single-phase) embodiment such as Figure 2, the detector line voltage detection facility 42 can be used to measure line voltage quality, that is, if any an over voltage problem or a brown out problem, and this information can be used to determine if the device should be turned off. The zero cross-over timings of the applied line voltage are also available, and can be used to control the timing of the drive energy, ie pilot current that is applied to relay coil 14 so that the armature is pulled and the contact be done at a time when the line voltage is at or near zero.

Quando o comutador de relé é fechado e a corrente está fluindo através da carga 32 e através do centro ou condutor núcleo 18, as medições da qualidade de corrente de carga podem ser fornecidas pelo sensor de corrente de carga 38, e a corrente de carga pode ser monitorada para condições de sobrecarga de corrente e condições sem carga de corrente, e para o fator de potência ou diferença de fase de tensão e corrente ΔΦ. A temporização dos cruzamentos zero de corrente de carga também está disponível, de forma que a temporização da liberação do relé possa ser controlada de forma a romper o contato no momento em que a corrente de carga AC está em ou perto de zero ampéres.When the relay switch is closed and current is flowing through load 32 and through center or core conductor 18, load current quality measurements may be provided by load current sensor 38, and load current may be be monitored for current overload conditions and conditions without current load, and for the power factor or phase difference of voltage and current ΔΦ. The timing of zero charge current crossings is also available, so that the relay release timing can be controlled to break contact at the moment when the AC charge current is at or near zero amperes.

Como discutido com relação à Figura 4, a disposição de relé de três fios fornece um meio simples e direto para indicar o equilíbrio e desequilíbrio de fase durante o tempo que o comutador está fechado e a corrente de carga AC de três fases está fluindo.As discussed with respect to Figure 4, the three-wire relay arrangement provides a simple and straightforward means for indicating phase equilibrium and unbalance during the time the switch is closed and the three phase AC load current is flowing.

Em uma disposição de quatro fios ou cinco fios, o valor de corrente de carga detectado pode ser empregado como uma entrada de transdutor, para isolamento de falha de terra, interrupção de arco, ou para um controle de disjuntor remoto.In a four-wire or five-wire arrangement, the detected load current value can be employed as a transducer input, for ground fault isolation, arc interruption, or for remote breaker control.

Outra modalidade é ilustrada nas Figuras de 6 a 9, na qual os contatos móveis são suportados em uma armadura de ação linear ao invés de um braço de balanço, de forma que o movimento depois do fechamento e liberação se dá ao longo de um eixo geométrico da bobina acionadora. Isso apresenta a vantagem de um alinhamento previsível de contatos quando o relé é fabricado, para um melhor fechamento livre de ruídos. Adicionalmente, à medida que os contatos se desgastam com o tempo, os contatos permanecem alinhados e evitam se desviar em alinhamento do tipo que pode ocorrer em armaduras de ação articuladas. Aqui, partes similares às da modalidade anterior são identificadas com os mesmos números de referência mas aumentados em 200.Another embodiment is illustrated in Figures 6 to 9, in which the movable contacts are supported in a linear action armature rather than a swing arm, so that movement after closure and release occurs along a geometrical axis. of the drive coil. This has the advantage of predictable contact alignment when the relay is manufactured for better noise-free closing. Additionally, as the contacts wear out over time, the contacts remain aligned and avoid deviating in alignment of the kind that can occur in hinged action armatures. Here, parts similar to those of the previous embodiment are identified with the same reference numerals but increased by 200.

Nesse relé 210, a bobina acionadora 214 possui um condutor núcleo 218 disposto ao longo de seu eixo geométrico com um contato núcleo fixo 228 em uma extremidade. Uma armadura móvel magnética 224 está na forma de uma placa geralmente retangular (ver Figuras 8 e 9) possuindo uma pluralidade de prendedores de mola ou molas laminadas 122 dispostas em suas bordas, aqui dois conjuntos de dois prendedores de mola laminados 222, 222, um configurado ao longo da borda esquerda e um configurado ao longo da borda direita. Nessa modalidade, esses prendedores de mola 222 possuem geralmente o perfil em forma de S para acomodar o movimento axial do encerramento, e também para manter a armadura pela ação de mola contra um condutor de suporte associado 230. 0 contato móvel 226 é afixado em um recesso com aberturas central 229 • na placa ou armadura 224. O contato 226 pode estar na forma de um contato tipo rebite de dois lados de forma a ser utilizado em uma operação normalmente aberta ou normalmente fechada. A placa ou armadura 224 pode ser formada de aço de mola, preferivelmente um bom condutor (por exemplo, Fe-Ni) de flexibilidade adequada e permeabilidade magnética. Alternativamente, a placa 224 pode ser formada de berilio e cobre, e uma camada ferromagnética, por exemplo, Invar pode ser montada na mesma.In this relay 210, the drive coil 214 has a core conductor 218 disposed along its geometrical axis with a fixed core contact 228 at one end. A magnetic movable armature 224 is in the form of a generally rectangular plate (see Figures 8 and 9) having a plurality of spring clips or leaf springs 122 disposed at their edges, here two sets of two spring clips 222, 222, one configured along the left edge and one configured along the right edge. In this embodiment, these spring clips 222 generally have the S-shaped profile to accommodate axial movement of the closure, and also to hold the spring-loaded armature against an associated support conductor 230. The movable contact 226 is affixed to a central slot recess 229 • on plate or armature 224. Contact 226 may be in the form of a two-sided rivet contact for use in a normally open or normally closed operation. The plate or reinforcement 224 may be formed of spring steel, preferably a good conductor (e.g., Fe-Ni) of adequate flexibility and magnetic permeability. Alternatively, plate 224 may be formed of beryllium and copper, and a ferromagnetic layer, for example, Invar may be mounted thereon.

Um contato fixo 227 é montado em alinhamento axial com o contato 226 em um elemento de suporte condutor 231. O elemento de suporte possui uma lâmina de contato 232 que se estende para cima e um pé condutor inferior 233 para penetrar uma abertura em um painel de circuito impresso.A fixed contact 227 is mounted in axial alignment with contact 226 on a conductive support member 231. The support member has an upwardly extending contact blade 232 and a lower conductive foot 233 to penetrate an opening in a control panel. printed circuit.

Nessa modalidade, o contato 227 serve como o contato normalmente fechado, e o contato 228 serve como um contato normalmente aberto.In this embodiment, contact 227 serves as the normally closed contact, and contact 228 serves as a normally open contact.

Os quatro prendedores de mola em formato de S 222 fornecem uma força de mola de mola de forma que o movimento da placa de armadura 224 está na direção linear ao longo do eixo geométrico da bobina 214. Os prendedores 222 também fornecem continuidade elétrica entre o contato 226 e o condutor de suporte 230, que serve como um terminal comum.The four S-shaped spring clamps 222 provide a spring-loaded force such that the movement of the armature plate 224 is in the linear direction along the coil axis 214. The clamps 222 also provide electrical continuity between the contact. 226 and the support conductor 230, which serves as a common terminal.

Como ilustrado na Figura 6, a placa de armadura de ação de mola 224 é normalmente orientada contra o condutor de suporte 230, mas é mantido em torno de 0,01 cm. longe do condutor de suporte pelo engate dos contatos 226 e 227. Isso cria uma orientação de mola mantendo os contatos em engate elétrico normal. Depois da aplicação da corrente acionadora através da bobina 214, a placa de armadura 224 é puxada para perto da bobina 214, e o contato 226 empurra contra o conta- to normalmente aberto 228. Quando a corrente acionadora é encerrada, os prendedores de mola 222 retornam a placa acionadora de volta para longe da bobina 214.As illustrated in Figure 6, spring-loaded armature plate 224 is normally oriented against support conductor 230, but is maintained at about 0.01 cm. away from the support conductor by engaging the contacts 226 and 227. This creates a spring orientation keeping the contacts in normal electrical engagement. After application of the drive chain through coil 214, armature plate 224 is pulled close to coil 214, and contact 226 pushes against normally open contact 228. When drive chain is closed, spring clips 222 return the drive plate back away from coil 214.

Nessa modalidade, uma corrente de retenção menor pode ser empregada uma vez que o relé foi acionador, por e-xemplo, o acionador pode ser reduzido de cerca de 30% de seu nivel inicial após o acionamento. O relé será mantido na condição fechada ou acionada até que a corrente acionadora seja removida. Uma corrente reversa momentânea pequena pode ser aplicada em alguns casos para uma ação de abertura mais rápida. A corrente ao longo do condutor núcleo 218 pode ser percebida pelo enrolamento principal ou por um enrola-mento auxiliar na bobina 214 e utilizada da forma descrita com relação às modalidades anteriores. Além disso, os relés dessa construção podem ser empregados nas aplicações DC.In this embodiment, a lower holding current may be employed since the relay has been actuated, for example the actuator may be reduced by about 30% of its initial level after actuation. The relay will be kept in closed or tripped condition until the drive chain is removed. A small momentary reverse current may be applied in some cases for faster opening action. The current along the core conductor 218 may be sensed by the main winding or by an auxiliary winding on coil 214 and used as described with respect to the above embodiments. In addition, relays of this construction can be employed in DC applications.

Enquanto a invenção foi descrita com referência às modalidades preferidas especificas, a invenção certamente não está limitada a essas modalidades precisas. Ao invés disso, muitas modificações e variações se tornarão aparentes aos versados na técnica sem se distanciar do escopo e espirito dessa invenção, como definido nas reivindicações em a-nexo.While the invention has been described with reference to specific preferred embodiments, the invention is certainly not limited to such precise embodiments. Instead, many modifications and variations will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this invention as defined in the appended claims.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Electromechanical relay adapted to be located in series with an AC power source (30) and an AC load (32), the relay being comprising a drive coil (12) having a winding (14) having electrodes that are connected to a drive (34) from which a drive current may be applied in a controlled manner; a contact arm (24) including means (22) normally guiding the contact arm away from the drive coil (12) and a first electrical contact (26) carried on said contact arm; and a second electrical contact (28) positioned to make contact with said first contact (26) as the drive coil closes said contact arm (24), and a core conductor (18) that passes axially in and through a axial hole within the winding (14) of said drive coil, the core conductor extending into said AC load (32) and the core conductor (18) being connected with the second electrical contact (28); the electromechanical relay being CHARACTERIZED by the fact that a load current sensor (38) having input terminals connected to a winding (14) of said drive coil and the winding (14) is properly positioned relative to the core conductor ( 18) to choose an induced voltage representative of the magnitude of the load current carried on said core conductor (18).

A relay according to claim 1, further characterized by the fact that the actuator (34) provides driving current pulses through a limited predetermined portion of at least selected cycles of applied AC power, and wherein said current sensor of Load 38 measures the induced voltage across a remaining portion of said applied energy AC.

A relay according to claim 2, further characterized by the fact that a control circuit (40) generates a control signal applied to said drive (34) to control the application and closing of the drive current to said winding ( 14) of said drive coil, and said sensor circuitry (38) has an output coupled to an input of the control circuitry (40) so that one or both of the application and closure of said drive current can be synchronized. with zero crossing of said load current.

A relay according to claim 1, further characterized by the fact that a load current sensor (38) measures the current applied to said load and a load voltage sensor (42) is connected through said AC load. and measures the voltage of the AC power applied to said load, and a power factor circuit (44) having inputs coupled to said load current sensor (38) and said load voltage sensor (42) respectively and having a output that provides a motor current quality output signal.

Relay according to claim 4, characterized in that said power factor circuit (44) provides a phase angle signal representative of the phase angle difference between the applied AC voltage and the current. charge.

Relay according to claim 1, further characterized in that said contact arm (24) includes a plate of ferromagnetic material; said spring member (22) including a spring clip (222) disposed on an edge of said plate; and a support element (231) situated axially with respect to said drive coil with said spring holder being in spring contact with said support element to hold said plate in place in said support element and orienting said plate. axially away from said drive coil such that the plate moves axially towards said drive coil when said drive current is applied thereto.

Relay according to claim 6, characterized in that said spring clips (222) are each a double-curve S-shaped profile spring spring.

A relay according to claim 6, further characterized by the fact that said plate has a central opening recess in which said first contact is mounted.