RU2011237C1

RU2011237C1 - Thermal relay

Info

Publication number: RU2011237C1
Authority: RU
Inventors: И.М. Кондраков; С.Н. Попович; В.Н. Хачин; И.А. Лопатин; А.В. Михайлусев
Original assignee: Попович Сергей Николаевич; Хачин Владимир Николаевич
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: thermal protective devices. SUBSTANCE: thermal relay has an arc-shaped thermosensitive element made of material with a shape memory and fixed on the case, V-shaped contact holder with a spring-loaded lug. One end of the contact holder is secured in the case groove, and the lug is secured in the groove on the opposite side of the case. For short-circuit protection the relay uses a contact plate, and for changing the operate temperature provision is made for an adjusting screw that changes the contact holder elasticity. EFFECT: simplified design and enhanced reliability of thermal relay. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитным тепловым устройствам, и предназначено для пуска и защиты от перегрева и короткого замыкания двигателей бытовых электроприборов. The invention relates to electrical engineering, namely to protective thermal devices, and is intended for starting and protection against overheating and short circuit of the motors of household electrical appliances.

Известны термовыключатели, содержащие термочувствительный элемент из биметалла с регулировочным винтом, перекидной подвижный контакт с подпружиненными элементами и соединительную деталь с упором (1). Known thermal switches containing a thermosensitive element of bimetal with an adjusting screw, a flip-flop movable contact with spring-loaded elements and a connecting piece with a stop (1).

Недостатком указанного устройства являются сложность конструкции. The disadvantage of this device is the design complexity.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является термореле, содержащее термочувствительный элемент из биметалла, контактодержатель с подпружиненным язычком, соединительную деталь с упором для язычка, который выполнен подпружиненным и заодно с рамкой, при этом изгиб соединительной рамки выполнен за пределами траектории движения рамки (2). The closest in technical essence to the proposed one is a thermal relay containing a thermosensitive element of bimetal, a contact holder with a spring-loaded tongue, a connecting part with an emphasis for the tongue, which is spring-loaded and integral with the frame, while the bending of the connecting frame is made outside the path of the frame (2) .

В указанном устройстве недостатками являются сложность конструкции и ненадежность термочувствительного элемента из биметалла, который требует калибровки на заданную температуру из-за неоднородности материала по толщине пластины, а при перегреве теряет заданные ему свойства. In this device, the disadvantages are the design complexity and unreliability of the heat-sensitive element of bimetal, which requires calibration at a given temperature due to the heterogeneity of the material over the thickness of the plate, and when overheated, it loses its properties.

Простая замена термочувствительного элемента из биметалла, например, на материал с памятью формы не решает задачи, так как для возврата термочувствительного элемента в исходное (холодное) состояние его необходимо подпружинить, т. е. ввести дополнительный пружинящий элемент, что усложнит конструкцию. Кроме того, повысится стоимость термореле, так как стоимость материала с памятью формы значительно выше биметалла. Если уменьшить размеры термочувствительного элемента с целью удешевления термореле, сложность конструкции сохранится, но термочувствительный элемент при этом будет несоизмеримо мал по сравнению с другими элементами термореле и не сможет выполнить свою функцию. A simple replacement of a heat-sensitive element from bimetal, for example, with a material with a shape memory does not solve the problem, since in order to return a heat-sensitive element to its original (cold) state, it must be spring-loaded, i.e., an additional spring element must be introduced, which will complicate the design. In addition, the cost of thermal relays will increase, since the cost of a material with a shape memory is much higher than bimetal. If you reduce the size of the temperature-sensitive element in order to reduce the cost of the thermal relay, the design complexity will remain, but the temperature-sensitive element will be disproportionately small in comparison with other elements of the thermal relay and will not be able to fulfill its function.

Для устранения указанных недостатков необходимо использовать термочувствительный элемент значительно меньших размеров, чем биметаллическая пластина, а в качестве пружинящего элемента, приводящего термочувствительный элемент в исходное (холодное) состояние, использовать контактодержатель (сервопружину). To eliminate these drawbacks, it is necessary to use a thermosensitive element much smaller than the bimetallic plate, and use a contact holder (servo spring) as a spring element that brings the thermosensitive element to its original (cold) state.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности термореле. The purpose of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the thermal relay.

Поставленная цель достигается тем, что в известном термореле, содержащем термочувствительный элемент, контактодержатель с подпружиненным язычком, корпус с пазами для опирания язычка и контактодержателя, неподвижный контакт и регулировочный винт, контактодержатель выполнен U-образным, при этом один его конец с контактом прижимается к неподвижному контакту, а второй - упирается в паз с контактной пластиной в корпусе, расположенный в боковой стенке корпуса, а на противоположной стенке корпуса на уровне контактодержателя расположен паз, в который упирается язычок, а термочувствительный элемент выполнен в виде дуги из материала с термомеханической памятью формы и одним концом закреплен в корпусе, а вторым проходит в паз контактодержателя и упирается в него. Для предохранения электрической цепи от короткого замыкания оно дополнительно содержит контактную пластину, связанную с закрепленным в корпусе концом термочувствительного элемента. А для увеличения теплопроводности корпуса и дополнительного упрощения конструкции термореле его корпус выполнен из электропроводного материала, а неподвижный контакт электроизолирован от корпуса. This goal is achieved by the fact that in the known thermal relay containing a thermosensitive element, a contact holder with a spring-loaded tongue, a housing with grooves for supporting the tongue and the contact holder, a fixed contact and an adjustment screw, the contact holder is made U-shaped, while one of its ends with the contact is pressed against the fixed contact, and the second rests against the groove with the contact plate in the housing located in the side wall of the housing, and on the opposite wall of the housing at the level of the contact holder there is a groove in otorrhea tongue abuts, and the temperature sensing element is in the form of an arc of material with thermomechanical shape-memory, and one end fixed in the housing, and the second contact carrier extends into the recess and abuts it. To protect the electric circuit from short circuit, it additionally contains a contact plate connected to the end of the heat-sensitive element fixed in the housing. And to increase the thermal conductivity of the housing and further simplify the design of the thermal relay, its housing is made of electrically conductive material, and the fixed contact is insulated from the housing.

Выполнение контактодержателя изогнутым до принятия U-образной формы так, что один его конец и язычок упираются каждый в паз в корпусе, а другой - в неподвижный контакт позволит использовать контактодержатель как пружинящий элемент для возврата термочувствительного элемента в исходное после охлаждения состояние, повысить его упругость в состоянии, близком к состоянию неустойчивого равновесия, и, следовательно, скорость разрыва контактов, а также упростить конструкцию. The implementation of the contact holder is curved before the adoption of a U-shape so that one end and tongue abut each in a groove in the housing, and the other into a fixed contact, it will allow the contact holder to be used as a spring element to return the heat-sensitive element to its original state after cooling, to increase its elasticity in a state close to the state of unstable equilibrium, and therefore, the speed of contact breaking, and also simplify the design.

Выполнение термочувствительного элемента в виде дуги из материала с термомеханической памятью формы и закрепленной одним концом в корпусе, а другим - проходящей сквозь паз контактодержателя и упирающейся в него, при нагреве термочувствительного элемента и в результате этого генерировании им усилия позволит быстро (с щелчком) отводить подвижный контакт от неподвижного. The implementation of the thermosensitive element in the form of an arc from a material with a thermomechanical shape memory and fixed at one end in the housing, and the other passing through the groove of the contact holder and resting on it, when the thermosensitive element is heated and as a result of this generation of force, will allow them to quickly (with a click) divert the movable contact from motionless.

Введение дополнительной контактной пластины, связанной с закрепленным в корпусе концом термочувствительного элемента, позволит включать термореле в электрическую цепь для разрыва ее не только от перегрева, но и в случае возникновения короткого замыкания. The introduction of an additional contact plate associated with the end of the heat-sensitive element fixed in the housing will allow the thermal relay to be included in the electric circuit to break it not only from overheating, but also in the event of a short circuit.

Выполнение корпуса из электропроводного материала и изоляция неподвижного контакта позволит упростить конструкцию термореле, повысить теплопроводность корпуса и, следовательно, скорость срабатывания термореле. The implementation of the housing from an electrically conductive material and the insulation of the fixed contact will simplify the design of the thermal relay, increase the thermal conductivity of the housing and, consequently, the response speed of the thermal relay.

Указанные отличия обуславливают соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна". These differences determine the compliance of the claimed technical solution to the criterion of "novelty."

Признаки, отличающие заявленное техническое решение, неизвестны, они ранее не использовались в полной их совокупности. При этом свойства каждого отличительного признака сами по себе не обуславливают свойства всего объекта в целом. Действительно, основное свойство предложенного технического решения в целом заключается в том, что оно позволяет повысить надежность, упростить конструкцию и расширить функциональные возможности термореле по сравнению с базовым объектом (прототипом). Каждый из отличительных признаков сам по себе таким свойством не обладает, т. е. совокупность всех признаков проявляет свойство, отличное от свойств неизвестных признаков. Следовательно, признаки вступили во взаимодействие, а заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". Signs that distinguish the claimed technical solution are unknown, they have not previously been used in their entirety. Moreover, the properties of each distinguishing feature in themselves do not determine the properties of the whole object as a whole. Indeed, the main property of the proposed technical solution as a whole is that it allows to increase reliability, simplify the design and expand the functionality of the thermal relay in comparison with the base object (prototype). Each of the distinguishing features in itself does not possess such a property, i.e., the totality of all the features exhibits a property different from the properties of unknown features. Therefore, the signs entered into interaction, and the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид термореле. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the thermal relay.

Термореле состоит из корпуса 1, неподвижного контакта 2, контактодержателя 3 с язычком 4, контактной пластины 5, термочувствительного элемента 6, упирающегося в паз 7 в контактодержателе 3, и закрепленного в пазу 8, в котором закреплена вторая контактная пластина 9, пазы 10 и 11, в которые упирается конец контактодержателя 3 и язычка 4. Для изменения границ температуры срабатывания термореле имеет регулировочный винт 12. The thermal relay consists of a housing 1, a fixed contact 2, a contact holder 3 with a tongue 4, a contact plate 5, a heat-sensitive element 6, abutting in a groove 7 in a contact holder 3, and fixed in a groove 8, in which a second contact plate 9 is fixed, grooves 10 and 11 , which abuts the end of the contact holder 3 and the tab 4. To change the limits of the temperature of operation of the thermal relay has an adjusting screw 12.

Контактодержатель 3 с язычком 4 изготавливается из пластины из латунной бронзы, а затем пластина изгибается до придания ей U-образной формы. При изгибе пластины увеличивается жесткость и упругость контактодержателя 3, что способствует более резкому проходу через состояние неустойчивого равновесия. The contact holder 3 with the tongue 4 is made of a plate of brass bronze, and then the plate is bent to give it a U-shape. When bending the plate increases the rigidity and elasticity of the contact holder 3, which contributes to a sharper passage through the state of unstable equilibrium.

Термочувствительный элемент выполняется из проволоки или из пластин из материала с термомеханической памятью формы, например, на основе сплава никеля с титаном (50 ат. % Ni, остальное титан). Заготовки из проволоки или пластин предварительно отжигаются в муфельной или вакуумной печи при температуре 550-600^оС в течение 30 мин с последующим охлаждением вместе с печью до комнатной температуры. Заготовки могут быть также обработаны кратковременным отжигом, путем пропускания электрического тока через проволоку. При отжиге заготовкам придается прямолинейная форма. Перед установкой термочувствительного элемента в термореле из проволоки или пластин нарезаются заготовки длиной 4-8 мм, которая фиксируется в пазу 8 (для термореле, работающего на короткое замыкание, в паз 8 устанавливается контактная пластина 9) и изгибается до придания ей формы, изображенной на чертеже.The thermosensitive element is made of wire or from plates of a material with thermomechanical shape memory, for example, based on an alloy of nickel with titanium (50 at.% Ni, the rest is titanium). The preforms of wire or slabs of pre-annealed in a muffle furnace or a vacuum at a temperature of 550-600 ^C for 30 minutes followed by cooling in the furnace to room temperature. The blanks can also be processed by short-term annealing, by passing an electric current through the wire. During annealing, the workpieces are given a rectilinear shape. Before installing the thermosensitive element in the thermal relay, 4-8 mm long billets are cut from wire or plates, which is fixed in groove 8 (for a thermal relay operating on a short circuit, a contact plate 9 is installed in groove 8) and bent to give it the shape shown in the drawing .

Термореле работает следующим образом. Thermal relay works as follows.

Для работы термореле, разрывающего электрическую цепь при повышении температуры окружающей среды, оно включается в цепь через неподвижный контакт 2 и контактную пластину 5. Перед включением термореле в цепь с помощью регулировочного винта 13 устанавливается заданная температура срабатывания термореле. При повышении температуры выше температуры, равной температуре начала обратного мартенситного превращения - А_н, термочувствительный элемент 6 начнет изменять свою форму и давить на кромки паза 7 контактодержателя 3 за счет генерации механического усилия (В. Н. Хачин. Память формы. Серия "Знание", "Физика", 1984 г. , М. , 1984 г. , с. 35-37). После повышения температуры среды до заданной - равной температуре конца обратного мартенситного превращения - А_к, термочувствительный элемент 6 примет прямолинейную форму и создаст усилие, которое превысит усилие сопротивления контактодержателя 3, который, выбирая частично свою упругость, подойдет к точке с состоянием неустойчивого состояния и резко отойдет от неподвижного контакта 2, разрывая электрическую цепь без образования электродуги.To operate the thermal relay, breaking the electric circuit when the ambient temperature rises, it is connected to the circuit through the fixed contact 2 and contact plate 5. Before the thermal relay is switched on in the circuit, the set temperature of the thermal relay operation is set using the adjustment screw 13. When the temperature rises above the temperature equal to the temperature starts reverse martensitic transformation - A _n, the thermally responsive element 6 starts to change its shape and to press on the groove edge 7 of the contact 3 due to generation of mechanical force (VN Khachin shape memory Series "Knowledge.". , "Physics", 1984, M., 1984, pp. 35-37). After increasing the temperature of the medium to a predetermined - equal to the temperature of the end of the reverse martensitic transformation - А _к , the thermosensitive element 6 will take a rectilinear shape and create a force that exceeds the resistance force of the contact holder 3, which, choosing partially its elasticity, will approach a point with an unstable state and sharply move away from the fixed contact 2, breaking the electrical circuit without the formation of an electric arc.

После снижения температуры окружающей среды до температуры начала прямого мартенситного превращения - М_н, термочувствительный элемент 6 начнет терять упругость за счет эффекта пластического превращения, эффекта обратимой памяти формы и под действием пружинящего действия контактодержателя 6 будет возвращать свою исходную "холодную" форму. При достижении температуры выше или равной температуре конца прямого мартенситного превращения - М_к произойдет замыкание контактодержателя 6 с неподвижным контактом 2. Далее цикл может вновь повториться.After lowering the ambient temperature to the temperature of the onset of direct martensitic transformation - M _n , the thermally sensitive element 6 will begin to lose elasticity due to the effect of plastic transformation, the effect of reversible shape memory and, under the action of the spring action of the contact holder 6, will return to its original "cold" shape. When the temperature reaches higher than or equal to the temperature of the end of the direct martensitic transformation - M _to , the contact holder 6 closes with the fixed contact 2. Further, the cycle can be repeated again.

Изменяя зазор между нижним основанием корпуса и контактодержателем 3 с помощью регулировочного винта 12, будет изменяться упругость контактодержателя положением точки неустойчивого равновесия и, следовательно, температура срабатывания термореле. By changing the gap between the lower base of the housing and the contact holder 3 with the help of the adjusting screw 12, the elasticity of the contact holder will be changed by the position of the unstable equilibrium point and, therefore, the temperature of operation of the thermal relay.

При включении термореле в электрическую цепь с целью предотвращения короткого замыкания оно подключается через контактную пластину 9 и неподвижный контакт 2. В случае повышения тока в цепи произойдет разогрев термочувствительного элемента 6 и при достижении температуры, равной температуре конца обратного мартенситного перехода - А_к, он изменит свою форму с дугообразной до прямолинейной, в результате чего произойдет разрыв цепи. После охлаждения до температуры М_к<11<М_н контактодержатель 3 замкнет неподвижный контакт 2 и ток вновь потечет по цепи. Далее при повышении температуры цикл повторится вновь.When the thermal relay is connected to the electric circuit in order to prevent a short circuit, it is connected through the contact plate 9 and the fixed contact 2. If the current in the circuit rises, the temperature-sensitive element 6 heats up and, when the temperature reaches the temperature of the end of the reverse martensitic transition, А _к , it will change its shape from arched to straight, as a result of which the chain will break. After cooling to a temperature M _k <11 <M _{n, the} contact carrier 3 closes the fixed contact 2 and the current flows again through the circuit. Further, with increasing temperature, the cycle will be repeated again.

Экспериментальное испытание модели термореле показало ее надежность в работе и более резкий отход контактодержателя 3 от неподвижного контакта 2 при достижении заданной температуры. An experimental test of the thermal relay model showed its reliability and a sharper departure of the contact holder 3 from the stationary contact 2 when the desired temperature is reached.

Использование предлагаемого термореле в народном хозяйстве по сравнению с прототипом (авт. св. N 1072132) позволит упростить конструкцию и повысить надежность путем дополнительного подпруживания контактодержателя 3 при придании ему U-образной формы и использования материала с памятью формы. Кроме того, повышаются функциональные возможности термореле, заключающиеся в возможности его использования в цепи для предотвращения короткого замыкания. (56) Авторское свидетельство СССР N 612305, кл. Н 01 Н 37/54, 1978. The use of the proposed thermal relay in the national economy in comparison with the prototype (ed. St. N 1072132) will simplify the design and increase reliability by additionally loading the contact holder 3 when giving it a U-shape and using material with shape memory. In addition, the functionality of the thermal relay increases, consisting in the possibility of its use in the circuit to prevent short circuits. (56) Copyright certificate of the USSR N 612305, cl. H 01 H 37/54, 1978.

Авторское свидетельство СССР N 1072132, кл. Н 01 Н 37/52, 1982. USSR copyright certificate N 1072132, cl. H 01 H 37/52, 1982.

Claims

1. The thermorelay containing a thermosensitive element, a contact holder with a spring-loaded tongue and a movable contact, a housing with grooves in which the spring-loaded tongue and contact holder abut, a fixed contact and an adjustment screw, characterized in that, in order to simplify the design and increase reliability, it is equipped with a contact a plate with a groove fixed in the side wall of the housing, the contact holder is made U-shaped, and in one of its branches a groove is made, one end of the contact holder is pressed against the fixed contact, and the other end abuts against the groove of the contact plate located in the side wall of the housing, the spring-loaded tongue abuts against the groove located on the other side wall of the housing, and the heat-sensitive element is made of material with shape memory in the form of an arc and is fixed to one end in the housing, and its other end located in the groove of the contact holder.

2. The thermal relay according to claim 1, characterized in that it is provided with an additional contact plate associated with the end of the heat-sensitive element fixed in the housing.

3. Thermal relay according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the housing is made of electrically conductive material, and the fixed contact is electrically insulated from the housing.