RU2030009C1

RU2030009C1 - Time relay

Info

Publication number: RU2030009C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Ляхов
Original assignee: Евгений Иванович Ляхов
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: generator has A.C. to D.C. converter, D.C. filter, resetting unit, pulse generator, pulse counter, relay condition flip-flop connected in series, intermediate stage with actuating contact of electromagnetic relay of direct current at output of stage. These units are supplemented with A.C. electromagnetic relay with output contacts, control button, A.C. to D.C. converter, intermediate stage and resetting unit are of special make. EFFECT: provision for exception of step-down transformer with keeping of output power across load resistively uncoupled from A.C. network. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим переключателям, срабатывающим через заданное время, и автоматическим таймерным выключателям, питаемым непосредственно от сети переменного тока. The invention relates to electrical switches that operate after a predetermined time, and automatic timer switches, powered directly from the AC network.

Целью изобретения является исключение понижающего трансформатора при сохранении выходной мощности на гальванически развязанной с сетью переменного тока нагрузке. The aim of the invention is the elimination of a step-down transformer while maintaining the output power at a load galvanically isolated from the AC network.

На фиг. 1 представлена схема реле времени при использовании замыкающего контакта в качестве исполнительного контакта, входящего в состав реле времени; на фиг. 2 - то же, при использовании размыкающего контакта в качестве того же исполнительного контакта (схема на фиг. 2 отображает только отличающиеся части устройств; размыкающий контакт и другие отличия схем второстепенного характера изображены на фиг. 1 пунктиром). In FIG. 1 shows a diagram of a time relay when using a make contact as an executive contact, which is part of a time relay; in FIG. 2 - the same, when using the NC contact as the same actuating contact (the circuit in Fig. 2 shows only the different parts of the devices; the NC contact and other differences of the secondary circuits are shown in broken lines in Fig. 1).

Схема реле времени содержит преобразователь 1 переменного тока в постоянный, фильтр 2 постоянного тока, узел 3 сброса, генератор 4 импульсов, счетчик 5 импульсов, триггер 6 состояния реле времени, промежуточный каскад 7, обмотку 8 электромагнитного реле постоянного тока, в частности герконового, исполнительный контакт 9 реле, обмотку 10 электромагнитного реле переменного тока, замыкающий выходной контакт 11 реле переменного тока, входящий в состав автоматики реле времени; замыкающий контакт кнопки 12 управления, токоограничительный конденсатор 13 преобразователя, первый 14 и второй 15 диоды преобразователя, накопительный конденсатор 16, стабилитрон 17 преобразователя (или цепочка последовательно согласно включенных стабилитронов), разрядный резистор 18, транзистор 19 промежуточного каскада, вход 20 промежуточного каскада (выход триггера состояния реле времени), конденсатор 21 узла сброса, диод 22 выпрямителя узла сброса, резисторы 23, 24 резистивного делителя, второй фильтр 25 постоянного тока, состоящий из элементов 26, 27 и 28, входящих в состав узла сброса, конденсаторы 26 и 27 второго фильтра, резистор 28 второго фильтра, первую и вторую шины 29 и 30 источника напряжения переменного тока соответственно, прямой выход 31 триггера состояния, его инверсный выход 32, шины 33, 34 сброса счетчика импульсов и триггера состояния соответственно. Кроме того, в схему введены выходные рабочие контакты 35 реле переменного тока, гальванически развязанные с сетью переменного тока в общем случае (рабочие, поскольку через них может протекать рабочий ток нагрузки), второй преобразователь 36 переменного тока в постоянный. The time relay circuit contains an AC to DC converter 1, a DC filter 2, a reset unit 3, a pulse generator 4, a pulse counter 5, a state relay 6 trigger, an intermediate stage 7, a coil 8 of a direct current electromagnetic relay, in particular a reed relay, an executive contact 9 of the relay, winding 10 of the electromagnetic alternating current relay, closing the output contact 11 of the alternating current relay, which is part of the time relay automation; the make contact of the control button 12, the current-limiting capacitor 13 of the converter, the first 14 and second 15 of the converter diodes, the storage capacitor 16, the zener diode 17 of the converter (or a chain in series according to the included zener diodes), the discharge resistor 18, the transistor 19 of the intermediate stage, the input 20 of the intermediate stage (output time relay status trigger), capacitor 21 of the reset unit, diode 22 of the rectifier of the reset unit, resistors 23, 24 of the resistive divider, the second DC filter 25, consisting of elements 26, 27 and 28 that are part of the reset unit, the capacitors 26 and 27 of the second filter, the resistor 28 of the second filter, the first and second buses 29 and 30 of the AC voltage source, respectively, direct output 31 of the state trigger, its inverse output 32, bus 33 , 34 resetting the pulse counter and the state trigger, respectively. In addition, the output working contacts 35 of the AC relay, galvanically isolated from the AC mains in the general case (working, since the working load current can flow through them), the second AC / DC converter 36, are introduced into the circuit.

На фиг. 1 изображено также устройство генератора 4, cобранного на Д-триггере: R1, Cl - резиcтивно-емкоcтная цепочка, определяющая длительность импульса на выходе генератора; (R2 + α R3) C2 - резистивно-емкостная цепочка, определяющая временной интервал между импульсами; d - коэффициент выключения переменного резистора R3; Д1 и Д2 - диоды, шунтирующие резистивные плечи генератора при логических нулях на соответствующих выходах Д-триггера. При использовании кнопки S1 не только для пуска, но и для прерывания выдержки времени, кнопка может иметь вторые замыкающие контакты Г-Д, через которые сигналы с одного из выходов счетчика может быть подан на С-вход триггера состояния. Наличие Д3 и Д4 в этом случае необходимо. In FIG. 1 also shows the device of generator 4 assembled on a D-trigger: R1, Cl is a resistive-capacitive chain that determines the pulse duration at the generator output; (R2 + α R3) C2 - resistive-capacitive chain that determines the time interval between pulses; d is the off coefficient of the variable resistor R3; D1 and D2 - diodes, shunting the resistive arms of the generator with logical zeros at the corresponding outputs of the D-trigger. When using the S1 button, not only for starting, but also for interrupting the time delay, the button can have second GD contacts, through which signals from one of the counter outputs can be supplied to the C-input of the state trigger. The presence of D3 and D4 in this case is necessary.

В исходном состоянии до нажатия кнопки 12, но после подачи напряжения на шины 29 и 30 на выходе узла 3 сброса появляется напряжение, чем обеспечивается сброс счетчика 5 и триггера 6 при замыкании контактов 12 и появлении напряжения питания на микросхемах. В исходном состоянии, реле 8 и 10 обесточены, контакт 11 разомкнут, контакт 9 разомкнут (фиг. 1) или замкнут (фиг. 2). Выходные рабочие контакты обеспечивают при этом необходимый режим нагрузки (нагрузок), кондуктивно развязанных с сетью переменного тока. При нажатии на кнопку управления S1 контакты 12, замкнув цепь с обмоткой реле 10, вызывают постановку этого реле с контактами 11 и 35 на самоблокировку, поскольку контакт 11 замыкается, контакт 9 замыкается (фиг. 1) или остается в замкнутом состоянии (фиг. 2), причем протекание тока через обмотку реле постоянного тока или через открытый транзистор 19 (фиг. 2), шунтирующий обмотку 8, вызвано емкостным током конденсатора 13 и током разряда накопительного конденсатора 16, когда действует отрицательная полуволна напряжения переменного тока. Диод 14 запрещает прохождение обратного тока через источник 29-30 и конденсатор 16, а диод 15 перезаряжает конденсатор 13 в "отрицательные" полупериоды, благодаря чему снимается постоянный заряд с обкладок 13, протекает ток через диод 14, обмотку 8 или шунт (19) и обеспечивается подзаряд конденсатора 16 в положительные полуволны. Величина тока, протекающего через конденсатор 13, полностью определяется величиной его емкости С13, действующим значением напряжения U и частотой напряжения в сети f. Постоянная составляющая тока, протекающего через обмотку 8 реле с величиной сопротивления R8 или через открытый транзистор 19 с сопротивлением в сотни раз меньшим, не зависит практически от этого сопротивления при условии, что постоянное напряжение на R8 (U₌) значительно меньше U и определяется формулой
I₌ =

=

= 2

fUC₁₃ Соответствующая величина напряжения на обмотке 8 практически равна нулю при открытом транзисторе 19 или величине U₌= R₈I_c= 2

fUR₈C₁₃ при запертом транзисторе 19. Величина конденсатора 16 влияет на величину напряжения U₌, несколько повышается напряжение при увеличении конденсатора. Если уровень стабилизации стабилитронов 17 выбран в пределах 0-U₌ или несколько выше, то величина напряжения U_ст ограничивается уровнем стабилизации. Избыток тока шунтируется в этом случае по ветви от катода к аноду стабилитронов 17 в верхних частях полуволны. От этого же напряжения (фиг. 1) питаются микросхемы генератора 4, счетчика 5 и триггера 6 через фильтр 2 постоянного тока или для их питания используется (фиг. 2) отдельный (второй) преобразователь 36, поскольку напряжение (выходное) на преобразователе 1 во втором случае равно "0" при том же состоянии триггера 6 вследствие подключения входа 20 промежуточного каскада к инверсному выходу триггера 6, на котором имеется положительное напряжение: протекает базовый ток транзистора 19, он открыт и шунтирует обмотку 8, контакты 9 остаются замкнутыми на все время выдержки реле времени, пока не поступит перепад напряжения с выхода счетчика импульсов 5 на С-вход триггера 6. Тот же перепад напряжения на выходе счетчика 5 в первом случае (фиг. 1) вызывает скачок положительного напряжения на прямом выходе 31 триггера 6, появление базового тока транзистора 19, шунтирование обмотки 8 и размыкание исполнительного контакта 9 с последующим отключением реле переменного тока 10, 11 и 35.In the initial state, before pressing button 12, but after applying voltage to the

buses

29 and 30, a voltage appears at the output of the reset unit 3, which ensures the reset of the counter 5 and trigger 6 when contacts 12 are closed and the supply voltage appears on the microcircuits. In the initial state,

relays

8 and 10 are de-energized, contact 11 is open, contact 9 is open (Fig. 1) or closed (Fig. 2). The output working contacts provide the necessary load (s), conductively decoupled from the AC mains. When you press the control button S1, contacts 12, closing the circuit with the coil of relay 10, cause the relay to be self-locked with

contacts

11 and 35, since contact 11 closes, contact 9 closes (Fig. 1) or remains closed (Fig. 2 ), moreover, the current flowing through the winding of the DC relay or through an open transistor 19 (Fig. 2), shunting the winding 8, is caused by the capacitive current of the capacitor 13 and the discharge current of the storage capacitor 16 when the negative half-wave of the AC voltage acts. The diode 14 prevents the reverse current from passing through the source 29-30 and the capacitor 16, and the diode 15 recharges the capacitor 13 into “negative” half-periods, due to which a constant charge is removed from the plates 13, current flows through the diode 14, winding 8 or shunt (19) and provides charging of the capacitor 16 in the positive half-wave. The magnitude of the current flowing through the capacitor 13 is completely determined by the value of its capacitance C13, the effective value of the voltage U and the frequency of the voltage f in the network. The constant component of the current flowing through the relay winding 8 with a resistance value of R8 or through an open transistor 19 with a resistance hundreds of times smaller does not practically depend on this resistance, provided that the constant voltage on R8 (U ₌ ) is much less than U and is determined by the formula
I ₌ =

=

= 2

fUC _{13 The} corresponding voltage value on the winding 8 is practically zero when the transistor 19 is open or the value U ₌ = R ₈ I _c = 2

fUR ₈ C ₁₃ with the transistor 19 locked. The value of the capacitor 16 affects the voltage value U ₌ , the voltage slightly increases with increasing capacitor. If the stabilization level of the Zener diodes 17 is selected in the range 0-U ₌ or slightly higher, then the voltage U _{st is} limited by the stabilization level. The excess current is shunted in this case along the branch from the cathode to the anode of the Zener diodes 17 in the upper parts of the half-wave. From the same voltage (Fig. 1), the microcircuits of the generator 4, counter 5 and trigger 6 are fed through the DC filter 2 or a separate (second) converter 36 is used (Fig. 2) because the voltage (output) on the converter 1 in the second case is “0” in the same state of trigger 6 due to the connection of the input 20 of the intermediate stage to the inverse output of trigger 6, on which there is a positive voltage: the base current of the transistor 19 flows, it is open and bypasses the winding 8, contacts 9 remain closed for all time I hold the time relay until a voltage drop from the output of the pulse counter 5 to the C-input of the trigger 6. The same voltage drop at the output of the counter 5 in the first case (Fig. 1) causes a jump in the positive voltage on the direct output 31 of trigger 6, the appearance the base current of the transistor 19, bypassing the winding 8 and opening the actuator contact 9, followed by disconnection of the

AC relay

10, 11 and 35.

Изменение частоты следования импульсов на С-входе счетчика 5 может быть достигнуто за счет перемещения движка (перед заданием времени выдержки) переменного резистора R3 (задатчика), поскольку изменяется время заряда конденсатора С₂ от положительного перепада напряжения на прямом выходе триггера, входящего в состав генератора 4, через (R2 + α R3) от момента, соответствующего тылу положительного импульса на инверсном выходе того же триггера, до момента достижения порогового уровня напряжения, вызывающего переброс триггера. Задатчик устанавливается по шкале, наносимой при калибровке изделия. При соотношении С2/C1 ≥ 100, R1/R2 ≈ 10 и R3/R2 ≈ 10 шкала калибровки практически линейна, если

= const где φ - угол поворота задатчика,
время выдержки реле времени определяется как произведение
Т ˙ Q, где Q - емкость счетчика импульсов (2^N или 10^Р);
Т - период следования импульсов К[Cl R1 + C2 (R2 + α R3)];
N, P - разрядности двоичного или десятичного счетчиков,
k - коэффициент, зависящий от типа Д-триггера.The change in the pulse repetition rate at the C-input of the counter 5 can be achieved by moving the slider (before setting the holding time) of the variable resistor R3 (setpoint), since the charge time of the capacitor C ₂ changes from the positive voltage drop at the direct output of the trigger included in the generator 4, through (R2 + α R3) from the moment corresponding to the rear of the positive pulse at the inverse output of the same trigger, until the threshold voltage level is reached, causing the trigger to jump. The setter is installed on the scale applied during calibration of the product. With a ratio of C2 / C1 ≥ 100, R1 / R2 ≈ 10 and R3 / R2 ≈ 10, the calibration scale is almost linear if

= const where φ is the angle of rotation of the setter,
holding time of a time relay is defined as the product
T ˙ Q, where Q is the capacity of the pulse counter (2 ^N or 10 ^P );
T is the pulse repetition period K [Cl R1 + C2 (R2 + α R3)];
N, P - bit depth of binary or decimal counters,
k is a coefficient depending on the type of D-trigger.

Технико-экономический эффект состоит в уменьшении массы и габаритов реле времени при прочих равных условиях, например при сохранении выходной мощности на нагрузке, гальванически развязанной с сетью переменного тока, поскольку реле переменного тока при достаточно мощных контактах, коммутирующих ток нагрузки, имеет существенно меньшие массу и габариты, чем понижающий трансформатор, обеспечивающий ту же мощность коммутации на контактах реле постоянного тока, питаемого от этого трансформатора. The technical and economic effect consists in reducing the mass and dimensions of the time relay, ceteris paribus, for example, while maintaining the output power at the load galvanically isolated from the AC network, since the AC relay with sufficiently powerful contacts switching the load current has a significantly lower mass and dimensions than a step-down transformer, providing the same switching power on the contacts of the DC relay powered by this transformer.

Существенно повышается экономичность, особенно для варианта с размыкающими контактами электромагнитного реле постоянного тока, когда его обмотка в режиме выдержки времени обесточена и практически вся энергия расходуется на поддержание во включенном состоянии реле переменного тока, поскольку энергия, потребляемая микросхемами, на два порядка или на три меньше. Экономится также медь (практически на величину массы вторичной обмотки трансформатора), не требуется для изготовления изделий по изобретению также электротехнической листовой стали, из которой изготовляется сердечник трансформатора, надобность в использовании которого для изготовления реле времени отпадает. Profitability increases significantly, especially for the option with the NC contacts of the electromagnetic DC relay, when its winding in the time delay mode is de-energized and almost all of the energy is spent on maintaining the AC relay on, since the energy consumed by the microcircuit is two orders of magnitude or three less . Copper is also saved (practically by the magnitude of the mass of the secondary winding of the transformer), it is also not necessary for the manufacture of products according to the invention also to electrotechnical sheet steel from which the transformer core is made, the need for which for the manufacture of a time relay is no longer necessary.

Claims

1. TIME RELAY, comprising an AC to DC converter, a first DC filter, a reset unit and a pulse generator connected in series, a pulse counter, a state trigger of a time relay and an intermediate stage with an executive contact of a DC electromagnetic relay at the output of the cascade, characterized in that , in order to exclude a step-down transformer while maintaining the output power at a load galvanically isolated from the AC mains, an electromagnetic relay current with output contacts and a control button, the AC-to-DC converter contains a current-limiting capacitor, two diodes, a storage capacitor, a zener diode and a discharge resistor, the intermediate stage is made on a transistor with a collector - emitter connected to the collector - emitter by a DC relay winding, the reset unit contains a capacitor, a diode, a resistive divider and a second DC filter, while the make contact of the control button and a parallel circuit consisting of an output about the contact and the executive contact connected in series with it, are connected through the winding of the electromagnetic alternating current relay to the buses of the alternating current source, the terminal of the executive contact being connected to the first terminal of the alternating current relay winding, the second terminal of which is connected to the first bus of the alternating current voltage source, the collector of the transistor the intermediate stage is connected to the cathode of the zener diode, the first lining of the storage capacitor and the cathode of the first diode of the converter, the anode of which a current-limiting capacitor is connected to the first bus of the AC voltage source and the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the zener diode anode, the transistor emitter and the second storage capacitor lining, to which the common conclusions of the closing output contact of the AC electromagnetic relay and the executive contact of the intermediate stage relay are connected, as well as the general conclusions of the second DC filter, the first resistor of the resistive divider and the anode of the diode of the reset unit, the cathode of which о is connected through the capacitor of the reset unit to the second bus of the AC voltage source, and through the second resistor of the divider, to the second terminals of the first resistor of the divider and the DC filter of the reset unit, the output of which, namely the third output of the filter of the reset unit, is connected to the reset buses of the pulse counter and a trigger for the state of the time relay, the discharge resistor of the AC to DC converter is connected between the buses of the AC power supply, the parallel connected bus power of the pulse generator, the counter and the state trigger are connected through the first DC filter to the converter zener diode.

2. The relay according to claim 1, characterized in that when using the NC contact as an executive contact of the DC relay of the intermediate stage, a second AC to DC converter is introduced, made identical to the first and connected in parallel to the input, and to the parallel-connected buses at the output power supply of the pulse generator, counter and trigger through the first DC filter, the input of which is connected to the zener diode of the second converter, and e is used as the output of the state trigger on the inverse output.