RU2011238C1

RU2011238C1 - Thermal relay

Info

Publication number: RU2011238C1
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: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: thermal protection devices. SUBSTANCE: thermal relay uses thermosensitive element 6, contact block 5, contact holder 3 with spring-loaded lug 4 resting on groove 7 in contact block 5, fixed contact 2, adjusting screw 14 and casing 1. The curved thermosensitive element is made of material with a thermomechanical shape memory, with its one end it is secured in casing 1, and with the other one it rests on contact holder 3 for taking the rectilinear shape at heating, small wedge 10 is inserted between adjusting screw 14 and contact plate 8. A through hole is made in small wedge 10 to pass thermosensitive element 6. EFFECT: simplified design and enhanced reliability of thermal relay. 3 cl, 4 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 является 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, повысить 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 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, increase the cost of thermal relays, as the cost of material with 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 пластинка, а в качестве пружинящего элемента, приводящего термочувствительный элемент в исходное (холодное) состояние, использовать контактодержатель с подпружиненным язычком. To eliminate these drawbacks, it is necessary to use a thermosensitive element much smaller than the bimetallic plate, and use a contact holder with a spring-loaded tab 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, контактную стойку, контактодержатель с подпружиненным язычком, опирающимся на паз в контактной стойке, неподвижный контакт, регулировочный винт и корпус, термочувствительный элемент выполнен в виде дуги из материала с термомеханической памятью формы и одним концом закреплен в корпусе над контактодержателем, а вторым опирается на контактодержатель с возможностью принимать прямолинейную форму при нагреве, а между регулировочным винтом и контактной пластиной введен клинышек, утопленный в пазы в корпусе с возможностью перемещения. Для увеличения генерируемого термочувствительным элементом усилия в клинышке выполнено сквозное отверстие, через которое пропущен интерчувствительный элемент, а в противоположных стенках корпуса на уровне сквозного отверстия в клинышке в его положении при разомкнутом контактодержателе выполнены сквозные пазы, в которые свободно опираются концы термочувствительного элемента. This goal is achieved by the fact that in the known thermal relay containing a thermosensitive element, a contact rack, a contact holder with a spring-loaded tab, resting on a groove in the contact rack, a fixed contact, an adjustment screw and a housing, the thermosensitive element is made in the form of an arc made of a material with a thermomechanical shape memory and one end is fixed in the housing above the contact holder, and the other rests on the contact holder with the ability to take a rectilinear shape when heated, and between the adjusting screw m and a contact plate introduced wedges recessed into the grooves in the housing with the ability to move. To increase the force generated by the heat-sensitive element in the wedge, a through hole is made through which the inter-sensitive element is passed, and in the opposite walls of the case at the level of the through hole in the wedge in its position with open contact holder, through grooves are made into which the ends of the heat-sensitive element freely rest.

Для предохранения электрической цепи от короткого замыкания, клинышек выполнен из электропроводного материала, а регулировочный винт содержит контактную пластину. To protect the electrical circuit from short circuit, the wedges are made of electrically conductive material, and the adjusting screw contains a contact plate.

Выполнение термочувствительного элемента в виде дуги из материала с термомеханической памятью формы и одним концом закрепленным в корпусе над контактодержателем, а вторым - с опиранием на контактодержатель с возможностью принимать прямолинейную форму при нагреве, позволит упростить конструкцию термореле за счет уменьшения количества элементов самой конструктивной схемы и повысить надежность за счет обеспечения условий, необходимых для возврата формы термочувствительного элемента как при нагреве (за счет придания прямолинейной формы при предварительной обработке - отжиге), так и при охлаждении (за счет упругости контактодержателя). The implementation of the thermosensitive element in the form of an arc made of a material with a thermomechanical shape memory and one end fixed in the housing above the contact holder, and the other end supported by the contact holder with the ability to take a rectilinear shape when heated, will simplify the design of the thermal relay by reducing the number of elements of the constructive circuit itself and increase reliability by providing the conditions necessary for the return of the shape of the thermally sensitive element as during heating (due to giving a rectilinear shape s in the pretreatment - annealing) and cooling (due to the elasticity of the contact).

Кроме того, выполнение термочувствительного элемента в виде дуги также позволяет использовать простой вид деформации - изгиб, и при нагреве термочувствительного элемента быстро (с щелчком) отводить контактодержатель от неподвижного контакта. In addition, the implementation of the heat-sensitive element in the form of an arc also allows you to use a simple type of deformation - bending, and when the heat-sensitive element is heated, quickly (with a click) take the contact holder away from the fixed contact.

Выполнение в корпусе термореле паза, в который свободно вставлен клинышек со сквозным отверстием, упирающийся в контактодержатель, связь клинышка с термочувствительным элементом, который пропущен через сквозное отверстие и свободными концами упирается в пазы в противоположных стенках корпуса, расположение пазов на уровне сквозного отверстия в клинышке при его расположении в состоянии, когда контакты разомкнуты, позволит увеличить генерируемое термочувствительным элементом усилие, стабильность его деформационно-силовых характеристик и тем самым повысить надежность термореле, а также возможность увеличить толщину контактодержателя и, следовательно, величину пропускаемого через него электрического тока. Performing a groove in the case of the thermal relay, into which the wedges with a through hole are freely inserted, abutting against the contact holder, the connection of the wedge with a heat-sensitive element, which is passed through the through hole and free ends abuts against the grooves in opposite walls of the housing, the grooves are at the level of the through hole in the wedge with its location in the state when the contacts are open, will increase the force generated by the thermosensitive element, the stability of its deformation-force characteristics IR and thereby increase the reliability of the thermal relay, as well as the ability to increase the thickness of the contact holder and, therefore, the amount of electric current passed through it.

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.

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 при необходимости 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, if necessary, 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".

На фиг. 1 представлен общий вид термореле; на фиг. 2 - продольный разрез термореле по клинышку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a general view of a thermal relay; in FIG. 2 - a longitudinal section of a thermal relay along a wedge; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 2.

Термореле состоит из корпуса 1, неподвижного контакта 2, контактодержателя 3 с язычком 4, контактной стойки 5, термочувствительного элемента 6, закрепленного одним концом в паз 7 в корпусе 1 и упирающегося в контактодержатель 3. В пазу 7 закреплена контактная пластина 8. Термочувствительный элемент 6 также может быть пропущен через сквозное отверстие 9 клинышка 10 и свободными концами упираться в пазы 11 и 12 в противоположных стенках корпуса 1. Клинышек 10 вставлен в паз 13 и упирается в контактодержатель 3 с одной стороны, а с другой стороны - в регулировочный винт 14. The thermal relay consists of a housing 1, a fixed contact 2, a contact holder 3 with a tongue 4, a contact stand 5, a heat-sensitive element 6, fixed at one end in a groove 7 in the housing 1 and resting on a contact holder 3. A contact plate 8 is fixed in the groove 7. The heat-sensitive element 6 can also be passed through the through hole 9 of the wedge 10 and rest against the grooves 11 and 12 with the free ends in the opposite walls of the housing 1. The wedges 10 are inserted into the groove 13 and abut against the contact holder 3 on the one hand, and on the other hand, in the adjuster screw 14.

Пазы 11 и 12 выполнены на уровне сквозного отверстия 9 в клинышке 10 при его расположении в состоянии, когда контакты разомкнуты (фиг. 2 и 4). При этом язычок 4 упирается в паз 15 в контактной стойке 5. Контактодержатель 3 с язычком 4 изготавливается из пластины, например, из латунной бронзы. The grooves 11 and 12 are made at the level of the through hole 9 in the wedge 10 when it is located in the state when the contacts are open (Fig. 2 and 4). In this case, the tab 4 abuts against the groove 15 in the contact rack 5. The contact carrier 3 with the tab 4 is made of a plate, for example, of brass bronze.

Термочувствительный элемент 6 выполняется из проволоки или из пластин из материала с термомеханической памятью формы, например, на основе сплава никеля с титаном (50 ат. % Ni, остальное титан). The heat-sensitive element 6 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).

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 7 (для термореле, работающего на короткое замыкание, в паз 7 устанавливается контактная пластина 8) и изгибается до придания ей формы, изображенной на фиг. 1.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 billets 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 workpieces are cut from wire or plates, which is fixed in the groove 7 (for the thermal relay operating on a short circuit, the contact plate 8 is installed in the groove 7) and bent to give it the shape shown in FIG. . 1.

Термореле может быть выполнено также на базе концевых выключателей, снятых с производства, например типа МП-7, МП-11 и др. The thermal relay can also be made on the basis of limit switches, discontinued, for example, type MP-7, MP-11, etc.

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 стойку 5. При повышении температуры выше температуры, равной температуре начала обратного мартенситного превращения - Ан термочувствительный элемент 6 начнет изменять свою форму и давить на контактодержатель 3 за счет генерации механического усилия (см. В. Н. Хачин. Память формы. Серия "Знание", "Физика", М. , 1984 г. , с. 35-37). После повышения температуры среды до заданной - равной температуре конца обратного мартенситного превращения - Ак, термочувствительный элемент 6 примет прямолинейную форму и создает 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. For the thermal relay to break the electric circuit when the ambient temperature rises, it is connected to the circuit through the fixed contact 2 and contact rack 5. When the temperature rises above the temperature equal to the temperature of the beginning of the reverse martensitic transformation, the thermosensitive element 6 will begin to change its shape and put pressure on the contact holder 3 due to the generation of mechanical effort (see V. N. Khachin. Form memory. Series “Knowledge”, “Physics”, 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 - Ak, 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 will sharply depart from 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 - Мн, термочувствительный элемент 6 начнет терять упругость за счет эффекта пластического превращения, эффекта обратимой памяти формы и под действием пружинящего действия контактодержателя 3 будет возвращать свою исходную "холодную" форму. При достижении температуры выше или равной температуре конца прямого мартенситного превращения - Мк произойдет замыкание контактодержателя 3 с неподвижным контактом 2. Далее цикл может вновь повториться. After reducing the ambient temperature to the temperature of the onset of direct martensitic transformation - Mn, the thermosensitive 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 contact holder 3, will return to its original "cold" form. When the temperature reaches above or equal to the temperature of the end of the direct martensitic transformation - Mk, the contact holder 3 closes with the fixed contact 2. Then the cycle can be repeated again.

При включении термореле в электрическую цепь с целью предотвращения короткого замыкания, оно подключается через контактную пластину 5 и неподвижный контакт 2 (фиг. 2) или через контактную пластину 5 (фиг. 4) и клинышек 10. В случае повышения тока в цепи произойдет разогрев термочувствительного элемента 6 и при достижении температуры, равной температуре конца обратного мартенситного перехода - Ак, он изменит свою форму от дугообразной до прямолинейной, увлекая за собой клинышек 10, который надавит на контактодержатель 3, в результате чего произойдет разрыв цепи. После охлаждения до температуры Мк<Т<Мн, контактодержатель 3 замкнет неподвижный контакт 2 и ток вновь потечет по цепи. Далее при повышении температуры цикл повторится вновь. When a thermal relay is connected to an electric circuit in order to prevent a short circuit, it is connected through a contact plate 5 and a fixed contact 2 (Fig. 2) or through a contact plate 5 (Fig. 4) and wedges 10. In the event of an increase in current in the circuit, a heat-sensitive element 6 and when the temperature reaches the temperature of the end of the reverse martensitic transition - Ak, it will change its shape from arched to rectilinear, dragging along the wedges 10, which presses on the contact holder 3, as a result of which will break the circuit. After cooling to a temperature Mk <T <Mn, contact holder 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 (более 200 термоциклов) показало ее надежность в работе, заключающуюся в изменении формы термочувствительного элемента 6 и резком отходе контактодержателя 3 от неподвижного контакта 2 при достижении заданной температуры. An experimental test of the thermal relay model (more than 200 thermal cycles) showed its reliability in operation, which consists in changing the shape of the heat-sensitive element 6 and a sharp 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 позволит упростить конструкцию и повысить надежность путем использования простого вида деформации - изгиба, стабильного изменения формы дугообразного термочувствительного элемента при его упирании в контактодержатель непосредственно или через клинышек, а также за счет выполнения его из 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 612301, кл. Н 01 Н 37/54, 1978. The use of the proposed thermal relay in the national economy in comparison with the prototype will simplify the design and increase reliability by using a simple type of deformation - bending, stable change in the shape of the arcuate heat-sensitive element when it abuts the contact holder directly or through wedges, as well as by performing it from a material with memory forms. 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 612301, 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 stand made with a groove, a contact holder with a spring-loaded tongue resting on a groove in the contact stand, a fixed contact, an adjustment screw and a housing with grooves, characterized in that, in order to simplify the design and increase reliability, the thermosensitive element is made in the form of an arc of material with a shape memory and is fixed at one end in the housing, and the other is supported by a contact holder with the ability to take a rectangular shape.

2. The thermal relay according to claim 1, characterized in that, in order to increase the force generated by the heat-sensitive element, it is equipped with a pusher made in the form of a wedge and located between the adjusting screw and the contact holder, and the wedges are recessed into the grooves in the housing with the possibility of movement, in the wedge a through hole is made, the heat-sensitive element is passed through the specified hole, and through slots are made in the opposite walls of the housing at the level of the through hole in the wedge, into which they freely rest Ons of a thermosensitive element.

3. Thermal relay according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the wedges are made of electrically conductive material, and the adjusting screw has a contact plate.