Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_3454
.pdf
При использовании реле данного изобретения в данной схеме, подробно описанной в «Электротехническом
журнале Лондона», том 42, стр. 751, 3 июня 1898 г., том 51, стр. 294, 22 августа 1902 г., и стр. 332, 29 августа
1902 г., по линии должен подаваться только достаточный ток для управления работой пары обмоток,
поскольку схема предусматривает использование локальных батарей для обеспечения рабочего тока реле.
Использование данной схемы существенно улучшает работу реле, особенно в кабельной сети. Реле не только
работает при меньших токах в сети, но и обеспечивает гораздо меньшее искажение сигналов. Однако в этой
схеме необходимо поддерживать высокую степень баланса магнитной цепи реле, поскольку после нарушения
баланса якорь смещается, что разрушает «срабатывание» цепи и ухудшает работу реле. Такие магнитные
смещения могут возникать, когда реле получает аномальное значение тока, и оставшаяся часть
результирующего магнитного потока нарушает сбалансированное действие поляризующего потока в якоре
реле.
В соответствии с данным изобретением достигается уменьшение остаточной намагниченности реле,
используемого в схеме Гульстада, что приводит к повышению эффективности работы реле.
В реле, изображенном на фиг. 1 и 2, предусмотрена монтажная пластина 6 из немагнитного материала с
выступами 7, 7, к которым прикреплены L-образные полюсные наконечники 8 и 9. Якорь 10 жестко зажат
между задними концами полюсных наконечников с помощью винтов 11, 11, при этом тонкие немагнитные
металлические прокладки 12' вставлены, как показано на рисунке 125, для создания пары фиксированных
зазоров в магнитной цепи: Якорь 10, проходящий через полую катушку 13, на которую намотаны рабочие
обмотки, может свободно вибрировать как балка в плоскости 130, которая включает в себя местный приемный
прибор, может быть соединен с основанием 6.
Постоянный магнит предпочтительно изготавливается из вольфрамовой стали, а путь поляризующего потока
через магнитную цепь проходит от одного плеча постоянного магнита через контактный блок 22 к переднему
концу полюсного наконечника 8.
Здесь магнитный поток разделяется на два пути: один проходит обратно через полюсный наконечник, через
две немагнитные прокладки 12, 12 и зажатый конец якоря 10 в полюсный наконечник 9, а оттуда к другой
ветви постоянного магнита через блок 23.
Другой путь — через регулировочный винт 80 14, через рабочие воздушные зазоры и свободный конец якоря
10 к регулировочному винту 15, затем в полюсный наконечник 9 и обратно к другому концу постоянного
магнита через контактный блок 23. Будет видно, что как величина, так и направление поляризующего потока
через якорь зависят от положения свободного конца якоря и рабочих воздушных зазоров. Когда якорь
находится ровно посередине между регулировочными винтами, поляризующий поток через якорь отсутствует,
поскольку он соединяет две точки с одинаковым магнитным потенциалом. Однако, когда якорь движется к
одному из регулировочных винтов, поляризующий поток течет через якорь в положительном направлении,
тогда как при движении к противоположному регулировочному винту поляризующий поток меняет
направление и течет через якорь в отрицательном направлении.
Пути рабочего магнитного потока, или потока, создаваемого токами, проходящими через рабочие обмотки,
исходят от переднего конца якоря. 10 через 105 через два рабочих воздушных зазора параллельно в
регулировочные винты 14, 15, через немагнитные прокладки 12, 12 к заднему концу якоря. Там существует
третий путь для этого рабочего магнитного потока через постоянный магнит 110 Ом, но из-за высокого
магнитного сопротивления постоянного магнита по сравнению с сопротивлением полюсных наконечников
практически никакой поток не возвращается по этому пути. Из приведенной выше схемы 115 видно, что это
реле отличается от почти всех других типов поляризованных реле тем, что когда реле срабатывает, отклоняя
якорь с одной стороны на другую, как рабочий поток, так и поляризующий поток 120 меняют направление
через якорь, что объясняет высокую чувствительность реле к магнитным характеристикам якоря. При
использовании кремниевой стали в качестве материала 125 для якоря 10 и высокосортного магнитного
железа для полюсных наконечников 8 и 9 и контактных блоков 22 и 23 реле работает при очень малом токе, но
при работе на высокой скорости контактная группа 130, параллельная основанию реле, находится в рабочем
положении относительно регулировочных винтов 14, 15, изготовленных из того же материала, что и полюсные
наконечники, которые снабжены мелкой резьбой и ввинчены в концы полюсных наконечников 8 и 9
соответственно.
Для того чтобы исключить возможность прямого контакта якоря с регулировочными винтами, к якорю
прикреплены стопорные штифты 5-5 из латуни или другого немагнитного материала, как показано на рисунке.
К свободному концу якоря 10 прикреплены контактные пружины 16, 16, другие концы которых 15-
приспособлены, при перемещении якоря, для зацепления с контактными винтами 17, 17, установленными на
соответствующих кронштейнах 18, 18, которые изолированы от монтажной пластины 6 с помощью
соответствующих изоляционных элементов 20, 20. Свободные концы пружин 16, 16 предназначены для
скользящего зацепления друг с другом, чтобы предотвратить любую тенденцию к дребезжанию при контакте
пружин с контактными винтами. U-образный постоянный магнит 21 установлен на нижней стороне монтажной
пластины 6 и соединен в магнитную цепь с полюсными наконечниками 8 и 9 посредством магнитных
элементов 22 и 23, которые проходят через отверстия в монтажной пластине 6 и закреплены на полюсах
постоянного магнита 21. Зазоры в задней части магнитной цепи равны и фиксированы, в то время как рабочие
воздушные зазоры в передней части магнитной цепи могут быть очень точно отрегулированы путем поворота
регулировочных винтов 14, 15, которые снабжены мелкой резьбой. При работе реле якорь отклоняется или
изгибается под воздействием сил, создаваемых в передних магнитных воздушных зазорах поляризующими и
рабочими потоками, тем самым замыкая и размыкая контакт с контактными винтами 17, 17.
Сила постоянного магнита 21 такова, что притяжение, оказываемое им на якорь -10, практически достаточно
для противодействия жесткости якоря, который, следовательно, находится практически в равновесии.
Как обычно в телеграфных системах, положительный полюс батареи может быть подключен к одному из
кронштейнов 18, поддерживающих винты контактов 17, а отрицательный полюс батареи может быть
подключен к другому из этих кронштейнов, в то время как контактные пружины 16, 16 могут быть подключены к
местной приемной цепи, содержащей обычный телеграфный сифонный регистратор или другое телеграфное
приемное устройство. Поскольку контактные винты 17, 17 и поддерживающие их кронштейны 18, 18
изолированы от основания 6, а контактные пружины 16, 16 электрически соединены с основанием 6 через
якорь 10, прокладки 12, блоки 22 и 23 и постоянный магнит 2-1, остаточное воздействие магнитной цепи
86,264 - 8 236,264 замедляет работу и вызывает искажения. Этот остаточный эффект был несколько
уменьшен за счет ограничения поперечного сечения части обмотки, как показано на рис. 25, но работа реле
как в отношении чувствительности, так и скорости реакции по-прежнему ограничивалась остаточным
остаточным эффектом.
Фактически, в результате тщательных испытаний было установлено, что остаточная намагниченность
увеличивается: минимальный рабочий ток приблизительно равен нулю.
дружелюбно -87 раз.
На рис. 3 и 4 показаны типичные формы волн, представляющие собой, соответственно, сигнальные импульсы
с квадратной вершиной, характерные для наземной телеграфии, и сигнальные импульсы с закругленной
вершиной, как в длинных подводных кабельных системах. Временная шкала для этих кривых -20 составляет
примерно пятьдесят циклов в секунду, что дает один импульс примерно за одну сотую секунды. Положение
якоря относительно контактирующих элементов показано нижней кривой на рисунках 3 и 4. В момент времени
25 якорь разрывает контакт с одной стороны и поворачивается в другую сторону, а в момент времени 26
контактирует с другой стороной. Неизбежно, что из-за температуры и других условий будет наблюдаться
большая или меньшая неопределенность в значении тока, при котором якорь реле начинает вращаться. Если
предположить, например, что на рис. 3 и 4 работа будет происходить при текущих значениях между точками
27 и 28, причем последнее значение вдвое больше первого, это означает, что работа будет определяться в
диапазоне времени менее половины тысячной секунды для рис. 3 с его волной с квадратной вершиной, тогда
как диапазон неопределенности времени составляет почти две тысячных секунды для рис. 4.
Это сравнение показывает, что неопределенность в отношении точных текущих значений времени работы
приводит к гораздо большей неопределенности во времени работы для волны с закругленной вершиной на
рис. 4, чем для волны с квадратной вершиной на рис. 3.
Еще одно преимущество рис. 4 перед рис. 3 заключается в том, что время прохождения якоря реле будет
больше для рис. 4, чем для рис. 3. На рис. 3 предположим, что якорь, опирающийся на один контакт 55,
удаляется от этого контакта в точке 27.
Потребуется некоторое время, чтобы якорь переместился из положения, указанного в точке 25, в положение,
указанное в точке 26, но менее чем за полтысячной секунды ток увеличится вдвое по сравнению с величиной,
при которой произошел обрыв, то есть с 27 до 28. Это быстрое увеличение тока вызывает сильное ускорение
якоря и приводит к его быстрому вращению, как показано на рисунках 25t и 26. Однако на рис. 4 время,
необходимое для удвоения значения тока, составляет почти две тысячных секунды, поэтому перемещение
якоря займет больше времени, как показано на рисунках 251 70a–261. Как видно, замыкание контакта y с
одной стороны на рис. 3 от 26e до 29 примерно в два раза дольше, чем с другой стороны от 30 до 31, но на
рис. 4 соответствующее замыкание от 261 до 291 75 с почти в три раза дольше, чем от 301 до 311. Более того,
это искажение сигналов будет усиливаться из-за неопределенности относительно точки срабатывания реле.
Таким образом, если бы контакт разорвался в момент времени 33 80 вместо 32, полученный сигнал 1 был бы
сокращен до времени, представленного 301--3.1, что составляет менее трети от интервала 261 до 291, когда
сигнал должен быть вдвое короче. 85 Есть еще один аспект, в котором недостаток формы волны на рис. 4
проявляется по сравнению с рис. 3. Гибкость пружинных контактных элементов 16 позволяет концу якоря 10,
расположенного под углом 90 градусов, продолжить свое движение немного дальше в сторону
регулировочных винтов после установления контакта. Конец якоря 10 затем немного отскакивает назад, но
если ток в катушке 13 95 достаточно сильный, контакт не разрывается. Подобные колебания на конце якоря
10 могут продолжаться в течение нескольких периодов, но если в катушке 13 поддерживается сильный ток,
контакт 100 не будет разорван, и дребезжания не будет. Такой порядок работы будет применяться для
показанного на рис. 3 устройства. Как видно, после установления контакта в момент времени, указанный в
точке 26, сильный удерживающий ток сохраняется в течение семи-восьми тысячных секунды.
В течение этого времени колебания якоря гасятся за счет используемых контактных пружин. Однако на рис. 4
(110) видно, что при замыкании контакта в точке 261 ток уже начинает затухать, и подергивание конца якоря
может продолжаться до тех пор, пока ток не станет настолько слабым, что не сможет удерживать контакт
замкнутым, что, таким образом, может привести к некоторому дребезжанию, как в точке 35. Если
предположить, что пунктирные линии соответствуют перемещению якоря с 291 по 301, то видно, что
замыкание 120 не происходит до тех пор, пока не будет пройден пиковый ток, и вероятность того, что
дребезжание якоря перерастет в дребезжание контактов, станет еще выше.
Поскольку в длинных подводных кабельных системах 125 принимаемые импульсы тока имеют округлую
форму волны, крайне важно, чтобы реле, используемое в таких системах, могло удовлетворительно работать
с импульсами тока такой формы. Следовательно, из этого следует, что магнитная цепь реле должна быть не
только очень чувствительной к срабатыванию, но и должна по возможности исключать влияние остаточной
намагниченности, которая делает работу реле неопределенной.
Требование высокой чувствительности особенно актуально в связи с реле, работающим на высоких
скоростях, поскольку в таких условиях необходимо обеспечить быстрое перемещение якоря для достижения
удовлетворительного замыкания контактов, и только с помощью реле с высокой чувствительностью можно
добиться достаточно быстрого перемещения при малых доступных токах.
Хотя на первый взгляд может показаться, что остаточный эффект такого реле обусловлен главным образом
остаточной намагниченностью используемого материала, это не так, поскольку в магнитной цепи имеется
множество зазоров и, как следствие, размагничивающее воздействие полюсов в этих зазорах. Эффект
обусловлен главным образом коэрцитивной силой или коэрцитивной силой материала, из которого состоит
магнитная цепь.
Кремниевая сталь, которая до сих пор широко использовалась в реле, не только нежелательна из-за своей
сравнительной хрупкости и сложности обработки, но и из-за сравнительно высокой коэрцитивной силы. Было
обнаружено, что магнитный материал, известный как пермаллой, при соответствующей термической
обработке обладает магнитной проницаемостью при низкой намагничивающей силе, превышающей
проницаемость железа, и коэрцитивной силой, значительно меньшей, чем у железа.
Особенно хорошие результаты были получены в ходе испытаний при использовании различных видов
пермаллоя, приготовленных путем сплавления никеля и железа в соотношении 78,5% никеля и 2,5% железа;
для этой цели подходили качественные коммерческие сорта этих материалов.
Хорошие результаты могут быть получены, когда преобладает содержание никеля, а остальное составляет
железо или железо с небольшим количеством других элементов, которые могут присутствовать в качестве
примесей или для повышения удельного сопротивления, например, путем добавления хрома. Сплавленный
материал заливают в форму, чтобы сразу придать ему нужную форму, или же желаемую форму можно
придать после формования путем ковки, обжима, вытягивания, прокатки или любой другой простой обработки.
После придания композиции желаемой формы, она подвергается термической обработке для достижения
максимально возможной магнитной проницаемости при низких намагничивающих силах и минимально
возможной коэрцитивной силе. Согласно существующей практике, это достигается путем нагревания
желаемых форм до температуры около 850 °C, поддержания этой температуры в течение нескольких минут
для обеспечения равномерного распределения температуры по всей поверхности, а затем медленного
охлаждения до температуры около 600 °C, которая приблизительно соответствует критической температуре
или температуре перехода сплава, то есть температуре, при которой магнитные свойства исчезают при
нагреве и вновь появляются при охлаждении; и, наконец, более быстрого охлаждения от этой температуры,
но с определенной скоростью, зависящей от соотношения никеля и железа в сплаве.
Удобным методом обеспечения желаемой скорости охлаждения после выдерживания материала в течение
нескольких минут при температуре 850 °C оказалось быстрое извлечение материала из печи и помещение его
в поток воздуха, скорость которого регулируется для обеспечения желаемой скорости охлаждения.
Необходимое охлаждение всегда будет происходить со скоростью, промежуточной между скоростью,
требуемой для отжига 85, и скоростью, при которой в материале возникнут такие деформации, которые снизят
его проницаемость ниже желаемого значения. На фиг. 5 чертежа показаны результаты испытаний реле
описанного типа, в котором магнитная цепь 90 выполнена из данного вида пермаллоя, в сравнении с
результатами испытаний точно такого же реле, в котором якорь изготовлен из кремниевой стали, а полюсные
наконечники — из высокосортного магнитного железа марки 95.
На кривой А показаны контактные давления, достигаемые при различных рабочих токах реле, имеющее
магнитную цепь из высококачественного магнитопроводящего железа, за исключением якоря, который
изготовлен из кремниевой стали.
На кривой B показаны контактные давления, достигаемые в тех же условиях с реле, имеющим магнитную
цепь, включающую полюсные наконечники и якорь из пермаллоя 105, но в остальном идентичное реле на
кривой A по конструкции и настройке. Кривая А' показывает остаточное воздействие или контактное давление
реле, показанного на кривой А, сразу после того, как были сняты различные рабочие токи. На кривой B1
показаны остаточные контактные давления для реле с кривой B, в котором магнитная цепь включает
полюсные наконечники и якорь из пермаллоя. Контактные давления, показанные на кривых A' и B1,
обусловлены главным образом коэрцитивными силами материалов, используемых в магнитных цепях, хотя
эти давления в очень незначительной степени увеличиваются в результате потока от постоянного магнита
из-за того, что якорь находится в отклоненном положении. Минимальное значение рабочего тока реле с
якорем из кремниевой стали 125 и полюсами из магнитного железа составляло 0,060 миллиампера по
сравнению с аналогичным минимальным рабочим током для никель-железного сплава, равным 0,032
миллиампера.
При текущих значениях порядка 130 i i 1 i i :28G,26.4 nihimiimpering current, lther relay havifig- the- uickel- irbn
alloy -.mgnetic Antmrt ojia-rat69- with.'a much. ihigher -contdttv.btpmui6e:ue and:therefore is- -niore satis? 5.factory
ari!-d hag-' less! тенденция к:разрушению.
Хотя для рабочих токов выше 0,6 млн. контактное давление реле с пермаллоевым магнитным покрытием
меньше, в основном это связано с тремя контактными давлениями при минимальных рабочих токах,
необходимых для этого реле с пермаллоевым магнитным покрытием, что значительно превосходит
аналогичные показатели.
Таким образом, будет видно, что при использовании материала, подобного пермаллою из железа с более
низким сопротивлением для полюсов магнитной цепи реле или другого электромагнитного устройства, его
обмотка работает с точностью до 10 Ом, практически независимо от его предыдущих магнитных условий или
рабочего тока.
— Для того чтобы гарантировать удовлетворительную работу этого реле в условиях эксплуатации,
необходимо определить относительную намагниченность реле после работы с максимальным током, который
может достигать 15 миллиампер.
Обращаясь к кривой А, следует отметить, что при использовании реле с кремниево-стальной обмоткой
остаточный эффект после срабатывания при токе 15 миллиампер составляет приблизительно 4,25 грамма,
тогда как остаточный эффект при тех же условиях для реле составляет менее 0,5 грамма, что значительно
снижает остаточный эффект. Работа реле существенно улучшается, а искажение сигналов преодолевается в
значительной степени.
В дополнение к преимуществу, получаемому благодаря более высокой магнитной проницаемости при низких
намагничивающих силах и меньшей коэрцитивной силе, реле из пермаллоя также работает быстрее
благодаря низким потерям на гистерезис материала. Сравнительно высокие потери на гистерезис в якоре,
изготовленном из такого материала, как магнитное железо или кремниевая сталь, приводят к потерям
мощности, которые противодействуют движению якоря, уменьшая плотность магнитного потока, вызванную
изменяющимся током, тогда как в реле, использующем якорь из пермюлея, движение якоря менее вялое
благодаря низким потерям на гистерезис, и поэтому реле работает более удовлетворительно в
высокоскоростных телеграфных системах.
Поскольку, как уже упоминалось, поляризующие и рабочие потоки меняют местами в якоре при срабатывании
реле, магнитные характеристики якоря имеют большое значение. Использование пермаллоя J для якоря и
высококачественного магнитопроводящего железа для остальных частей магнитной цепи демонстрирует
заметное улучшение по сравнению с аналогичным реле, имеющим якорь из кремниевой стали, хотя, как и
следовало ожидать, улучшение не столь значительно, как в случае, когда вся магнитная цепь состоит из
никелевого сплава.
Под термином «медленная намагничивающая сила» понимается сила в несколько десятых гаусса. 75
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы заявляем, — это 80 1. Чувствительное телеграфное реле, включающее катушку питания, якорь,
контакты, управляемые якорем, и магнитную цепь, работающую за счет рабочего магнитного потока,
включающую полюсные наконечники и указанный 85 якорь, изготовленные из магнитного материала с такой
низкой коэрцитивной силой, что указанный якорь работает с точным значением тока, практически независимо
от его предыдущих магнитных условий. 902. Чувствительное к магнитному потоку телеграфное реле,
включающее в себя катушку питания, якорь, контакты, управляемые якорем, и магнитную цепь, создаваемую
рабочим магнитным потоком, состоящую из полюсных наконечников и указанного якоря, — все это
изготовлено из магнитного материала с настолько низкой коэрцитивной силой, что указанный якорь
срабатывает при точно заданном значении тока, практически независимо от значения рабочего тока.
100 3. Чувствительное телеграфное реле, включающее в себя: - катушку питания, окружающую якорь; -
контакты, управляемые якорем; - и магнитную цепь, создаваемую рабочим магнитным потоком, включающую
полюсный наконечник 105 и указанный якорь, причем якорь, но не полюсные наконечники, изготовлены из
магнитного материала с настолько низкой коэрцитивной силой, что указанный якорь работает с точным
значением тока, практически независимо от его предыдущего магнитного состояния.
Датировано 831-м днем марта 1924 года.
Компания Western Electric Ltd., в лице Ф. Т. Вудворда, их поверенного.
Херефорд: Напечатано для типографии Его Величества компанией The Hereford Times Ltd.
0 [Wt. 87A-50I11/19272" I. - Th
Соседние файлы в папке патенты