PL235131B1 - Układ przekaźnikowy - Google Patents

Abstract

Układ przekaźnikowy zawiera źródło (40) napięcia, przekaźnik (10a, 10b) z cewką połączoną równolegle ze źródłem (40) napięcia oraz łącznik (42a, 42b) połączony szeregowo z cewką przekaźnika (10a, 10b). Kondensator (50a, 50b) jest połączony równolegle z cewką przekaźnika (10a,10b) w taki sposób, że tworzy się obwód drgający, którego zachowanie tłumiące zależy od stanu awarii przekaźnika (10a, 10b). Urządzenie analizujące (54), które jest połączone z odprowadzeniem (52a, 52b) sygnału do odprowadzania sygnału napięciowego na cewce przekaźnika (10a, 10b), jest ukształtowane tak, że rejestruje czasowe zachowanie tłumiące odprowadzanego sygnału napięciowego, aby z tego zarejestrowanego zachowania tłumiącego móc wnioskować o stanie awarii przekaźnika (10a, 10b).

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy układu przekaźnikowego, tzn. układu elektronicznego z co najmniej jednym przekaźnikiem.

W przypadku przekaźnika istnieje w praktyce zasadniczo problematyka polegająca na tym, że styki przekaźnika mogą się ze sobą zgrzewać bądź sklejać. Może to wtedy skutkować niepożądanym trwałym włączeniem przekaźnika, mimo że obwód prądu sterującego przekaźnika jest otwarty.

Z tego względu opracowano już różne środki, aby móc monitorować bądź stwierdzić taki stan awarii przekaźnika. To monitorowanie następuje zazwyczaj po stronie prądu obciążenia przekaźnika na przykład z wykorzystaniem transoptorów i kolejnych dodatkowych komponentów układu. Ponadto, typowe działania monitorujące wymagają zazwyczaj dodatkowego procesu łączenia przekaźnika.

Celem wynalazku jest stworzenie ulepszonego układu przekaźnikowego, w przypadku którego stan awarii przekaźnika może być w prosty sposób i niezawodnie rozpoznany.

Cel ten jest osiągany przez układ przekaźnikowy o cechach zastrzeżenia 1. Szczególnie korzystne postacie i rozwinięcia wynalazku są przedmiotem zastrzeżeń zależnych.

Układ przekaźnikowy zawiera źródło napięcia, przekaźnik z cewką, przy czym cewka przekaźnika jest połączona równolegle ze źródłem napięcia, oraz łącznik, który jest połączony szeregowo z cewką przekaźnika. Według wynalazku jest dodatkowo przewidziany kondensator, który jest przyłączony równolegle do cewki przekaźnika tak, że wspólnie z cewką tworzy obwód drgający LC. Poza tym jest przewidziane odprowadzenie sygnału do odprowadzania sygnału napięciowego na cewce przekaźnika oraz urządzenie analizujące, które jest połączone z odprowadzeniem sygnału. Urządzenie analizujące jest ukształtowane tak, że rejestruje czasowe zachowanie tłumiące odprowadzanego sygnału napięciowego i z zarejestrowanego zachowania tłumiącego może wnioskować o stanie awarii przekaźnika.

Układ przekaźnikowy według wynalazku potrzebuje niewielkiej liczby dodatkowych komponentów, w szczególności kondensatora przyłączonego równolegle do cewki przekaźnika, oraz ma prostą budowę. Ponadto, w celu monitorowania stanu awarii przekaźnika potrzebna jest tylko strona prądu sterującego układu przekaźnikowego, podczas gdy strona prądu obciążenia może pozostać niezmieniona. Ponadto, za pomocą układu przekaźnikowego według wynalazku jest możliwe, aby monitorować stan awarii przekaźnika bez dodatkowych procesów przełączania przekaźnika.

Wynalazek wychodzi przy tym od poniższych rozważań. Przy zamykaniu obwodu prądu sterującego cewka przekaźnika jest zasilana prądem tak, że elektromagnes utworzony za pomocą tej cewki przyciąga ruchomą kotwicę ferromagnetyczną, przez co stykają się ze sobą styki robocze przekaźnika oraz jest zamykany obwód prądu obciążenia przekaźnika. Gdy te styki robocze ulegną zgrzaniu, to kotwica przekaźnika również po otwarciu obwodu prądu sterującego pozostaje w bezpośredniej bliskości elektromagnesu, przez co kotwica pobiera energię elektryczną z cewki (prądy wirowe). Gdy cewka przekaźnika, tak jak w układzie przekaźnikowym według wynalazku, jest częścią obwodu drgającego LC, to te prądy wirowe indukowane w kotwicy wpływają na zachowanie tłumiące tego obwodu drgającego. W szczególności drganie w obwodzie drgającym LC jest tłumione mocniej bądź szybciej niż bez nich. Tzn. drganie obwodu drgającego LC w przypadku zgrzanych styków roboczych wygasa szybciej niż w przypadku przekaźnika bez awarii. Przez monitorowan ie zachowania tego drgania pod względem tłumienia można w ten sposób łatwo wnioskować o stanie awarii przekaźnika.

Układ przekaźnikowy według wynalazku nie jest ograniczony do żadnego specjalnego rodzaju przekaźnika. W szczególności mogą być stosowane prze kaźniki dla obwodów prądu przemiennego i dla obwodów prądu stałego po stronie obciążenia przekaźnika. Przekaźnik może być ukształtowany jako przekaźnik prądu roboczego lub jako przekaźnik prądu spoczynkowego. Przekaźnik może być na przykład przekaźnikiem ze stykami przełącznymi lub przekaźnikiem tylko ze stykami zamykającymi.

Określenie „stan awarii przekaźnika” ma w tym kontekście obejmować w szczególności obydwa stany przekaźnika funkcjonującego prawidłowo (tzn. brak zgrzanych styków roboczych) oraz przekaźnika uszkodzonego (tzn. zgrzane styki robocze). W rozwinięciach wynalazku są również widoczne stany pośrednie, jak na przykład już obecna tendencja do zgrzewania się styków roboczych.

PL 235 131 B1

W korzystnej postaci wykonania wynalazku jest poza tym przewidziany układ generujący obwiednię, który jest włączony między odprowadzenie sygnału oraz urządzenie analizujące i który jest ukształtowany do tego, aby z odprowadzanego sygnału napięciowego wytworzyć sygnał obwiedni. Urządzenie analizujące jest wtedy korzystnie ukształtowane tak, że rejestruje czasowe zachowanie tłumiące sygnału obwiedni utworzonego przez układ generujący obwiednię, aby z zarejestrowanego zachowania tłumiącego można było wnioskować o stanie awarii przekaźnika. Sygnał obwiedni jest z reguły łatwiejszy do analizy niż nieprzetworzony sygnał napięciowy. W tym kontekście sygnał obwiedni ma stanowić specjalny przypadek sygnału napięciowego.

Układ generujący obwiednię zawiera korzystnie układ prostowniczy z tłumieniem. Układ generujący obwiednię zawiera korzystnie przyporządkowany do odprowadzenia sygnału element prostowniczy (np. diodę). Układ generujący obwiednię zawiera korzystnie kondensator wygładzający.

W korzystnej postaci wynalazku urządzenie analizujące jest poza tym ukształtowane do tego, aby rejestrować otwarcie łącznika, aby zarejestrować czasowe zachowanie tłumiące odprowadzanego sygnału napięciowego po otwarciu łącznika. Otwarcie łącznika może być korzystnie rejestrowane przez rejestrowanie sygnału sterującego dla łącznika lub monitorowanie stanu łączenia łącznika.

W kolejnej korzystnej postaci wynalazku odprowadzenie sygnału jest przewidziane między cewką przekaźnika i łącznikiem.

Ponadto, do cewki przekaźnika jest korzystnie przyłączona równolegle dioda gasząca.

W korzystnej postaci wynalazku układ przekaźnikowy zawiera kilka przekaźników każdorazowo z cewką. Do każdej z cewek przekaźników jest wtedy każdorazowo przyłączony szeregowo łącznik oraz równolegle kondensator oraz jest przyporządkowane odprowadzenie sygnału do odprowadzania sygnału napięciowego na danej cewce przekaźnika.

Dla cewek kilku przekaźników jest korzystnie przewidziane wspólne urządzenie analizujące.

Dla cewek kilku przekaźników jest korzystnie przewidziany co najmniej częściowo wspólny układ generujący obwiednię.

Powyższe oraz dalsze cechy i korzyści wynalazku staną się lepiej zrozumiałe z poniższego opisu korzystnego, nieograniczającego przykładu wykonania, na podstawie załączonego rysunku. Figury przedstawiają na nim, częściowo schematycznie:

Fig. 1 budowę przekaźnika,

Fig. 2 schemat połączeń układu przekaźnikowego według niniejszego wynalazku; oraz

Fig. 3 wykresy napięcie-czas sygnałów napięciowych i sygnałów obwiedni dla dwóch różnych stanów awarii przekaźnika.

Na Figurze 1 jest przedstawiona budowa przekaźnika na przykładzie przekaźnika ze stykiem przełącznym.

Przekaźnik 10 ma wspólny styk roboczy 12, który jest połączony ze wspólnym przyłączem roboczym 14, oraz pierwszy styk roboczy 16 (styk otwierający), który jest połączony z pierwszym przyłączem roboczym 18, i drugi styk roboczy 20 (styk zamykający), który jest połączony z drugim przyłączem roboczym 22. Wspólny styk roboczy 12 jest przewidziany na wolnym końcu kotwicy ferromagnetycznej 24, która jest zamontowana ruchomo na przegubie 26. Kotwica 24 jest przez sprężynę naciągową 28 utrzymywana w swoim położeniu spoczynku pokazanym na Fig. 1.

Przekaźnik 10 zawiera poza tym cewkę 30, która jest nawinięta wokół ferromagnetycznego rdzenia 32, aby utworzyć elektromagnes. Oba końce cewki 30 są połączone z pierwszym przyłączem 34 cewki bądź z drugim przyłączem 36 cewki.

Elektromagnes 30, 32, styki robocze 12, 16, 20 oraz kotwica 24 są korzystnie umiejscowione w obudowie 38.

Fig. 1 przedstawia stan łączenia przekaźnika 10 w stanie cewki 30 bez zasilania prądem oraz dla przypadku wadliwego przekaźnika 10. W stanie cewki 30 bez zasilania prądem elektromagnes nie wywiera siły przyciągania na kotwicę ferromagnetyczną 32. Przez sprężynę naciągową 28 kotwica i tym samym wspólny styk roboczy 12 są ciągnięte do góry. Tzn. wspólny styk roboczy 12 jest połączony w sposób przewodzący prąd elektryczny z pierwszym stykiem roboczym 16.

Gdy cewka 30 przekaźnika 10 zostanie zasilona prądem, to elektromagnes przyciąga kotwicę 24 przeciwnie do siły sprężyny naciągowej 28. Wspólny styk roboczy 12 przy kotwicy 24 styka się wtedy z drugim stykiem roboczym 20. Gdy kończy się przepływ prądu przez cewkę 30, kotwica 24 wraca znowu do swojego położenia wyjściowego z Fig. 1.

PL 235 131 B1

Przy wadliwym przekaźniku 10, w którym wspólny styk roboczy 12 oraz drugi styk roboczy 20 są ze sobą zgrzane, kotwica 24 po zakończeniu przepływu prądu jest także utrzymywana przez cewkę w pobliżu elektromagnesu.

Przekaźnik 10 przedstawiony na Fig. 1 może być korzystnie zintegrowany w układzie przekaźnikowym z Fig. 2.

Układ przekaźnikowy z Fig. 2 zawiera przykładowo dwa przekaźniki 10a i 10b, nie jest jednakże ograniczony do tej liczby przekaźników. Może być również obecny tylko jeden przekaźnik lub więcej niż dwa przekaźniki.

Ponieważ niniejszy wynalazek wymaga korzystnie tylko modyfikacji obwodu prądu sterującego przekaźników, na Fig. 2 są też przedstawione tylko obwody prądu sterującego. Zrezygnowano z przedstawienia obwodów prądu obciążenia przekaźników, ponieważ wynalazek pod tym względem nie jest w żaden sposób ograniczony.

Cewka pierwszego przekaźnika 10a jest połączona równolegle z zasilaniem elektrycznym 40. Do cewki jest przyłączony szeregowo pierwszy łącznik 42a, który w tym przykładzie wykonania jest tranzystorem przełącznikowym. Przy zamkniętym pierwszym łączniku 42a obwód prądu sterującego pierwszego przekaźnika 10a jest zamknięty tak, że jego cewka jest zasilana prądem, aby w przekaźniku ukształtowanym według Fig. 1 połączyć, w sposób przewodzący prąd elektryczny, wspólny styk roboczy 12 z drugim stykiem roboczym 20.

W celu uniknięcia zniszczenia pierwszego tranzystora przełącznikowego 42a przez wytworzone w cewce pierwszego przekaźnika 10a przez samoindukcję wysokie napięcie przeciwdziałające przy otwieraniu obwodu prądu sterującego, tzn. wyłączeniu prądu przez cewkę, jest opcjonalnie przyłączona równolegle do cewki pierwszego przekaźnika 10a dioda gasząca 44a.

Pierwszy łącznik 42a jest w tym przykładzie wykonania sterowany przez pierwsze źródło 46a sygnału sterującego. Sygnał sterujący do otwierania lub zamykania pierwszego łącznika 42 jest na przykład doprowadzany przez pierwszy rezystor do pierwszego łącznika 42a.

Jak przedstawiono na Fig. 2, równolegle do cewki pierwszego przekaźnika 10a jest przyłączony pierwszy kondensator 50a. Pierwszy kondensator 50a oraz cewka pierwszego przekaźnika 10a tworzą wspólnie obwód drgający LC.

Jak przedstawiono przykładowo na Fig. 3, przy otwieraniu pierwszego łącznika 42, tzn. przy wyłączaniu prądu przez cewkę pierwszego przekaźnika 10a, powstaje najpierw sygnał napięciowy U 0, a następnie - w przypadku sprawnego pierwszego przekaźnika 10a - tworzony jest sygnał napięciowy U1 z tłumionym drganiem przez obwód drgający LC złożony z kondensatora 50a i cewki. Gdy z kolei wspólny styk roboczy 12 oraz drugi styk roboczy 20 pierwszego przekaźnika 10b są ze sobą zgrzane, w kotwicy ferromagnetycznej 24 pierwszego przekaźnika 10a, która pozostaje w bezpośredniej bliskości elektromagnesu 30, 32, są indukowane prądy wirowe. Te prądy wirowe w kotwicy 24 wpływają na zachowanie tłumiące drgania obwodu drgającego LC tak, że powstaje sygnał napięciowy U2 ze wzmocnionym tłumieniem.

Sygnały napięciowe U1, U2 mogą zostać odprowadzone na pierwszym odprowadzeniu 52a sygnału między pierwszym łącznikiem 42a i cewką pierwszego przekaźnika 10a bądź obwodem drgającym LC. Pierwsze odprowadzenie 52a sygnału jest połączone z urządzeniem analizującym 54, które może rejestrować czasowe zachowanie tłumiące sygnału napięciowego U1, U2 i z niego może rozpoznać stan awarii (sprawny przekaźnik, zgrzane styki robocze).

Urządzenie analizujące 54 posiada w tym celu na przykład mikrokontroler lub układ porównujący.

Urządzenie analizujące 54 rozpoznaje otwarcie pierwszego łącznika 42a na przykład na podstawie sygnału napięciowego U0. Alternatywnie, do urządzenia analizującego 54 może być doprowadzany również sygnał sterujący pierwszego źródła 46a sygnału sterującego lub urządzenie analizujące 54 może samo monitorować stan łączenia pierwszego łącznika 42a.

Aby ułatwić analizę sygnałów napięciowych na cewce pierwszego przekaźnika 10a dla urządzenia analizującego 54, przed urządzeniem analizującym 54 jest korzystnie włączony układ 56 generujący obwiednię. Ten układ 56 generujący obwiednię wytwarza z sygnałów napięciowych U1 bądź U2 odpowiednie sygnały obwiedni U1' bądź U2', które również są przedstawione przykładowo na Fig. 3. Zachowanie tłumiące sygnałów napięciowych może być łatwiej rejestrowane na podstawie sygnałów obwiedni.

W przykładzie wykonania z Fig. 2 układ 56 generujący obwiednię zawiera układ prostowniczy z tłumieniem. W szczególności, układ 56 generujący obwiednię może zawierać pierwszy element prostowniczy 58a w postaci na przykład diody między pierwszym odprowadzeniem 52 sygnału oraz urządzeniem analizującym 54 oraz kondensator wygładzający 60 z przyłączonym równolegle rezystorem 62.

PL 235 131 B1

Obwód prądu sterującego drugiego przekaźnika 10b jest zbudowany analogicznie do obwodu sterującego pierwszego przekaźnika 10a. Tzn. drugi łącznik 42a, który jest sterowany drugim źródłem 46b sygnału sterującego, jest połączony szeregowo z cewką drugiego przekaźnika 10b, oraz opcjonalna druga dioda gasząca 44b jest przyłączona równolegle do cewki drugiego przekaźnika 10b. Cewka drugiego przekaźnika 10b jest połączona równolegle ze wspólnym źródłem 40 napięcia układu przekaźnikowego. Alternatywnie, dla obwodów prądu sterującego różnych przekaźników 10a, 10b mogą być również przewidziane własne źródła napięcia.

Dla monitorowania stanu awarii drugiego przekaźnika 10b, drugi kondensator 50b jest przyłączony równolegle do cewki drugiego przekaźnika 10b, aby utworzyć obwód drgający LC. Drugie odprowadzenie 52b sygnału dla sygnałów napięciowych U1, U2 na cewce drugiego przekaźnika 10b jest przewidziane między tym obwodem drgającym LC oraz drugim łącznikiem 42b.

Urządzenie analizujące 54 jest jako wspólne urządzenie analizujące układu przekaźnikowego połączone z odprowadzeniami 52a, 52b sygnału obu przekaźników 10a, 10b. Tak samo układ 56 generujący obwiednię jako wspólny układ generujący obwiednię układu przekaźnikowego jest przyporządkowany do obu przekaźników 10a, 10b. Jak przedstawiono na Fig. 2, między drugim odprowadzeniem 52b sygnału oraz urządzeniem analizującym 54 jest przewidziany drugi element prostowniczy 58b układu 56 generującego obwiednię. Alternatywnie, również obydwa odprowadzenia 52a, 52b sygnału mogą być połączone z urządzeniem analizującym 54 przez wspólny element prostowniczy.

WYKAZ OZNACZEŃ ODSYŁAJĄCYCH przekaźnik

10a, 10b przekaźnik wspólny styk roboczy wspólne przyłącze robocze pierwszy styk roboczy pierwsze przyłącze robocze drugi styk roboczy drugie przyłącze robocze kotwica przegub sprężyna cewka rdzeń pierwsze przyłącze cewki drugie przyłącze cewki obudowa źródło napięcia

42a, 42b łącznik

44a, 44b dioda gasząca

46a, 46b źródło sygnału sterującego

48a, 48b rezystor

50a, 50b kondensator

52a, 52b odprowadzenie sygnału urządzenie analizujące układ generujący obwiednię

58a, 58b element prostowniczy, w szczególności dioda kondensator rezystor

U0 sygnał napięciowy przy otwieraniu przekaźnika

U1 sygnał napięciowy przy sprawnym przekaźniku wysterowanym na otwarcie

U1' sygnał obwiedni przy sprawnym przekaźniku wysterowanym na otwarcie

U2 sygnał napięciowy przy uszkodzonym przekaźniku wysterowanym na otwarcie

U2' sygnał obwiedni przy uszkodzonym przekaźniku wysterowanym na otwarcie

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ przekaźnikowy, zawierający:

   źródło (40) napięcia, przekaźnik (10, 10a, 10b) z cewką (30), przy czym cewka (30) przekaźnika jest połączona równolegle ze źródłem (40) napięcia; oraz łącznik (42a, 42b), który jest połączony szeregowo z cewką (30) przekaźnika (10, 10a, 10b), znamienny przez kondensator (50a, 50b), który jest połączony równolegle z cewką (30) przekaźnika (10, 10a, 10b) w taki sposób, że tworzy razem z cewką obwód drgający;

   odprowadzenie (52a, 52b) sygnału do odprowadzania sygnału napięciowego (U1, U2) na cewce (30) przekaźnika (10, 10a, 10b); oraz urządzenie analizujące (54), które jest połączone z odprowadzeniem (52a, 52b) sygnału i jest ukształtowane do tego, aby rejestrować czasowe zachowanie tłumiące odprowadzonego sygnału napięciowego (U1, U2) oraz aby z zarejestrowanego zachowania tłumiącego wnioskować o stanie awarii przekaźnika (10, 10a, 10b).
2. 2. Układ przekaźnikowy według zastrzeżenia 1, w którym dodatkowo jest przewidziany układ (56) generujący obwiednię, który jest włączony między odprowadzeniem (52a, 52b) sygnału i urządzeniem analizującym (54) oraz jest ukształtowany do tego, aby z odprowadzonego sygnału napięciowego (U1, U2) wytworzyć sygnał obwiedni (U1', U2'); oraz urządzenie analizujące (54) jest ukształtowane do tego, aby rejestrować czasowe zachowanie tłumiące sygnału obwiedni (U1', U2') wytworzonego przez układ (56) generujący obwiednię oraz aby z zarejestrowanego zachowania tłumiącego wnioskować o stanie awarii przekaźnika (10, 10a, 10b).
3. 3. Układ przekaźnikowy według zastrzeżenia 2, w którym układ (56) generujący obwiednię zawiera układ prostowniczy z tłumieniem.
4. 4. Układ przekaźnikowy według jednego z poprzednich zastrzeżeń, w którym urządzenie analizujące (54) jest ukształtowane do tego, aby rejestrować otwieranie łącznika (42a, 42b) oraz aby rejestrować czasowe zachowanie tłumiące odprowadzanego sygnału napięciowego (U1, U2) po otwarciu łącznika (42a, 42b) oraz aby z zrejestrowanego zachowania tłumiącego wnioskować o stanie awarii przekaźnika (10, 10a, 10b).
5. 5. Układ przekaźnikowy według jednego z poprzednich zastrzeżeń, w którym odprowadzenie (52a, 52b) sygnału jest przewidziane między cewką (30) przekaźnika (10, 10a, 10b) oraz łącznikiem (42a, 42b).
6. 6. Układ przekaźnikowy według jednego z poprzednich zastrzeżeń, w którym do cewki (30) przekaźnika (10, 10a, 10b) jest przyłączona równolegle dioda gasząca (44a, 44b).
7. 7. Układ przekaźnikowy według jednego z poprzednich zastrzeżeń, który zawiera kilka przekaźników (10a, 10b) każdorazowo z cewką (30), przy czym do cewek (30) przekaźników (10a, 10b) każdorazowo przyłączony jest szeregowo jeden łącznik (42a, 42b) i równolegle jeden kondensator (50a, 50b) oraz jest przyporządkowane odprowadzenie (52a, 52b) sygnału do odprowadzenia sygnału napięciowego (U1, U2) na danej cewce (30) przekaźnika (10a, 10b).
8. 8. Układ przekaźnikowy według zastrzeżenia 7, w którym dla cewek (30) kilku przekaźników (10a, 10b) jest przewidziane wspólne urządzenie analizujące (54).
9. 9. Układ przekaźnikowy według zastrzeżenia 7 albo 8, w którym dla cewek (30) kilku przekaźników (10a, 10b) jest przewidziany co najmniej częściowo wspólny układ (56) generujący obwiednię.