ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к средствам безопасного применения электроэнергии в угольных шахтах, а также во взрывоопасных помещениях, атмосфера которых может содержать горючие газы и пары, обладающие в смеси с воздухом взрывчатыми свойствами.

Устройство предназначено для дистанционного управления машинами и механизмами, для предотвращения включения при нарушениях в цепи дистанционного управления, при недопустимом снижении величины сопротивления изоляции в цепи нагрузки, для отключения нагрузки при длительной перегрузке, при коротком замыкании, или при потери фазы в силовой цепи, при выходе из строя любой комбинации элементов блоков, участвующих в системе дистанционного управления пускателем, с системой диагностики, позволяющей выдавать информацию о величине контролируемых параметров в дежурном режиме, при нормальной работе, о предаварийном состоянии, об аварийном отключении, с фиксацией причины несанкционированного отключения.

Известен взрывобезопасный магнитный пускатель, содержащий корпус, в отделении разъединителя которого размещены разъединитель и чувствительные элементы для токового контроля, а в отделении аппаратуры размещены чувствительный элемент контроля утечки, катушка управления контактором, блок дистанционного управления, блок питания, управляющий узел, с подключенным к нему блоком индикации (см. Авторское свидетельство СССР №1470978, кл. E21F 9/00, 07.04.89. Бюл. №13).

Однако, это техническое решение не нашло широкого применения потому, что в нем предполагалось использовать существующие блоки БДУ, ПМЗ, ТЗП, БКИ со всеми их недостатками (самовключение и (или) невозможность отключения в и т.д.) при значительном усложнении традиционной схемы управления за счет введения дополнительной (частотной) системы трансляции информации о состоянии выходов блоков контроля и управления (вместо контактных выходов).

Известны взрывобезопасные магнитные пускатели, содержащие блок дистанционного управления БДУ, подключенные к датчикам тока блок максимальной токовой защиты ПМЗ и блок токовой защиты от перегрузки ТЗП (в некоторых типах пускателей ПМЗ и ТЗП выполнены в одном корпусе и названы БТЗ), блок защиты от утечек БКИ (см. авторское свидетельство СССР №1174566, кл. Е21F 9/00, 1985 г.) Все указанные блоки разработаны и начали использоваться еще в середине 80-х годов и по настоящее время ими комплектуются подавляющее большинство шахтных взрывобезопасных магнитных пускателей. Например, ОАО «Кузбассэлектромотор» до последнего времени выпускал пускатели ПВИ-250БТ, ПВР-250, ПВР-125 и др., Торезский электромеханический завод (Украина) - пускатели ПВИ-М (см. инструкция по эксплуатации ПИФА.645513.004ИЭ).

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и достигаемому результату является взрывобезопасный магнитный пускатель, содержащий корпус, в котором размещены разъединитель, датчики тока, чувствительный элемент контроля утечки, катушка управления контактором, блок питания, блок индикации, устройство сопряжения с внешними системами контроля, блок дистанционного управления, содержащий усилитель, к выходу которого подключена катушка управления контактором, а вход - к выходу устройства контроля асимметрии, которое подключено к искробезопасному источнику переменного напряжения и к линии дистанционного управления, в конце которой подключен пульт управления (см. «Пускатель электромагнитный взрывобезопасный ПЭВ-1», руководство по эксплуатации ТЛСК.645317.002РЭ, ДКПП 31.20.31 Макеевского завода шахтной автоматики).

Недостатками указанного технического решения являются:

- выход из строя даже одного элемента в блоке дистанционного управления БДУ (а, тем более, комбинации из двух и более элементов), или замыкание цепи выходного контакта БДУ, может привести к самовключению и (или) к невозможности отключения нагрузки с пульта дистанционного управления;

- отсутствует информация о состоянии контролируемых параметров как в дежурном режиме, так и в рабочем состоянии (состояние линии дистанционного управления, сопротивление утечки в нагрузке, уставка тока, фактическая пофазная величина тока нагрузки и др.);

- не предусмотрен пофазный контроль напряжений в трехфазной сети пускателя, что затрудняет определение места потери фазы.

Известен датчик напряжений в трехфазной сети, содержащий микроконтроллер, источник питания, выход и три входа, подключенные к аналоговым входам микроконтроллера с помощью резисторных делителей (см. Н.И.Заец, Радиолюбительские конструкции на PIC микроконтроллерах, книга 2, издат. «СОЛОН-Пресс», Москва, 2005, Стр.96, рис.30.

Однако применение указанного датчика во взрывобезопасном магнитном пускателе сопряжено с большими проблемами из-за ограниченного объема взрывобезопасного корпуса и относительно больших расстояний от места расположения аппаратной части до зоны предполагаемого контроля.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - упрощение, увеличение надежности и безопасности эксплуатации, расширение функциональных возможностей.

Для решения поставленной задачи в известном взрывобезопасном пускателе, содержащем корпус, в котором размещены разъединитель, датчики тока, чувствительный элемент контроля утечки, катушка управления контактором, блок питания, блок индикации, устройство сопряжения с внешними системами контроля, блок дистанционного управления, содержащий усилитель, к выходу которого подключена катушка управления контактором, а вход - к выходу устройства контроля асимметрии, которое подключено к искробезопасному источнику переменного напряжения и к линии дистанционного управления, в конце которой подключен пульт управления, дополнительно предусмотрен центральный блок управления на базе микроконтроллера, к которому подключены датчики тока, чувствительный элемент контроля утечки, блок индикации, устройство сопряжения с внешними системами контроля, блок дистанционного управления, который дополнительно содержит устройство контроля фазы, выход которого соединен с центральным блоком управления, к которому подключены также второй выход усилителя, второй вход и второй выход устройства контроля асимметрии, что обеспечивает блоку дистанционного управления свойства защитного отказа.

Вблизи разъединителя дополнительно установлен датчик напряжений трехфазной сети, содержащий стабилизированный источник питания, другой микроконтроллер, три резисторных делителя напряжения, первую группу входов, к которым подключены первые выводы резисторных делителей, а вторые выводы этих делителей соединены вместе и подключены к минусу стабилизированного источника питания, и вторую группу входов, к которым подключены первые выводы других резисторных делителей напряжения, вторые выводы которых также соединены вместе и подключены к минусу стабилизированного источника питания, причем каждые два резистора всех резисторных делителей напряжения соединены непосредственно между собой; а их общие точки подключены к аналоговым входам другого микроконтроллера, каждый вход первой группы соединен с помощью других резисторов с отдельным цифровым входом другого микроконтроллера, выход которого с помощью блока гальванической развязки и линии связи соединен с центральным блоком управления, причем первая группа входов датчика подключена к сети до разъединителя, а вторая группа входов подключена после разъединителя, стабилизированный источник питания соединен с выходом трехфазного диодного моста, подключенного к первой группе входов через ограничительные элементы.

Датчики тока могут быть подключены ко второй группе входов датчика напряжений трехфазной сети, а первая группа входов этого датчика подключена после разъединителя.

Вблизи силовых цепей контактора может быть установлен другой датчик напряжений трехфазной сети, аналогичный описанному ранее, выход которого также соединен с центральным блоком управления с помощью аналогичной линии связи, первая группа входов датчика подключена к сети перед контактором, а вторая группа входов - после контактора.

К центральному блоку управления (микроконтроллеру) могут быть дополнительно подключены датчик температуры, блок коммутационных элементов (кнопки или переключатели, или кнопки и переключатели), а устройство сопряжения с внешними системами контроля представляет из себя группу элементов, в том числе и гальванических развязок, для связи с системой диспетчеризации, с другими аппаратами защиты, управления, автоматизации и сигнализации.

К блоку питания через плавкий предохранитель (или автоматический выключатель) подключены первый и второй провод цепи питания устройства контроля фазы, содержащего оптопару, выход которой и является выходом устройства контроля фазы, и цепь питания усилителя блока дистанционного управления, который включает в себя подключенную между первым и вторым проводом цепочку из последовательно соединенных электронного ключа и безобрывного диода, которые соединены вместе анодами - для тиристора, или одноименными выводами для фототиристора, катушка управления подключена параллельно безобрывному диоду, а управляющий электрод тиристора соединен с его катодом с помощью цепочки из последовательно соединенных конденсатора, резистора и выхода второй оптопары, передающей сигнал на усилитель с выхода устройства контроля асимметрии, общая точка резистора и выхода второй оптопары соединена с другим проводом цепи питания с помощью последовательно соединенных второго резистора и диода, а устройство контроля асимметрии содержит вторую цепочку из последовательно соединенных выхода ключевого элемента, вход которого подключен к центральному блоку управления, входа второй оптопары, выход которой соединен с входом усилителя, и третьего резистора, причем, эта цепочка подключена параллельно второму конденсатору, входящему в состав третьей цепочки из последовательно соединенных этого конденсатора и четвертого резистора, которая подключена к первому и второму выводам стабилизированного искробезопасного источника переменного напряжения, параллельно которому может быть подключен пятый резистор, конструктивно выполненный в безобрывном варианте, первый провод линии управления подключен к первому выводу стабилизированного искробезопасного источника переменного напряжения через шестой резистор, а второй провод линии управления подключен непосредственно ко второму выводу этого источника.

В усилителе блока дистанционного управления параллельно безобрывному диоду может быть подключена входная цепь датчика контроля команды на включение, выход которого соединен с центральным блоком управления.

В устройство контроля асимметрии может быть введен датчик напряжения, подключенный параллельно линии управления, выход которого соединен с центральным блоком управления.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного взрывобезопасного магнитного пускателя, отсутствуют. Следовательно, заявляемые изобретения соответствуют критерию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Не выявлена также известность влияния предлагаемых существенных признаков на достижение указанного технического результата. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображена структурная схема взрывобезопасного магнитного пускателя.

На фиг.2 изображена принципиальная схема датчика напряжений трехфазной сети.

На фиг.3 изображена принципиальная схема устройства для дистанционного управления.

Взрывобезопасный магнитный пускатель содержит корпус, в котором размещены разъединитель 1, датчики тока 2, чувствительный элемент контроля утечки 3, катушка управления контактором 4, блок питания 5, блок индикации 6, устройства сопряжения с внешними системами контроля 7, блок дистанционного управления 8, содержащий усилитель 9, к выходу 10 которого подключена катушка управления контактором 4, а вход 11 - к выходу устройства контроля асимметрии 12, которое подключено к искробезопасному источнику переменного напряжения 13 и к линии дистанционного управления 14, в конце которой подключен пульт управления 15, центральный блок управления 16 на базе микроконтроллера, к которому подключены датчики тока 2, чувствительный элемент контроля утечки 3, блок индикации 6, устройства сопряжения с внешними системами контроля 7, блок дистанционного управления 8, который содержит устройство контроля фазы 17, выход 18 которого соединен с центральным блоком управления 16, к которому подключены также второй выход 19 усилителя 9, второй вход 20 и второй выход 21 устройства контроля асимметрии 12. Вблизи разъединителя 1 может быть установлен датчик напряжений трехфазной сети 25 (см. фиг.1, фиг.2), содержащий стабилизированный источник питания 26, другой микроконтроллер 27, три резисторных делителя напряжения 28 и 29, 30 и 31, 32 и 33, первую группу входов 34, 35, 36, к которым подключены первые выводы резисторных делителей, а вторые выводы этих делителей соединены вместе и подключены к минусу 37 стабилизированного источника питания 26, и вторую группу входов 38, 39, 40, к которым подключены первые выводы других резисторных делителей напряжения 41 и 42, 43 и 44, 45 и 46, вторые выводы которых также соединены вместе и подключены к минусу 37 стабилизированного источника питания 26, причем каждые два резистора всех резисторных делителей напряжения соединены непосредственно между собой; а их общие точки подключены к аналоговым входам 47, 48, 49 и 50, 51, 52 другого микроконтроллера 27, каждый вход первой группы 34, 35, 36 соединен дополнительно через другие резисторы 56, 57, 58 с отдельным цифровым входом 53, 54, 55 другого микроконтроллера 27, выход которого с помощью блока гальванической развязки 59 и линии связи 60 (выводы 61, 62) соединен с центральным блоком управления 16, причем первая группа входов датчика подключена к сети до разъединителя, а вторая группа входов подключена после разъединителя, стабилизированный источник питания 26 соединен с выходом трехфазного диодного моста 63, подключенного к первой группе входов 34, 35, 36 через ограничительные элементы 64, 65, 66. Возможен вариант, когда датчики тока 2 подключены ко второй группе входов 38, 39, 40 датчика напряжений трехфазной сети 25, а первая группа входов 34, 35, 36 этого датчика подключена после разъединителя 1. Этот вариант наиболее целесообразен при использовании не трансформаторных датчиков тока с выходным напряжением менее 1 В.

Возможен вариант, когда вблизи входных и выходных цепей контактора 69 установлен другой датчик напряжений трехфазной сети 67, аналогичный описанному ранее, выход которого также соединен с центральным блоком управления 16 с помощью аналогичной линии связи 68, первая группа входов датчика 67 подключены к сети перед контактором 69, а вторая группа входов - после контактора.

К главному блоку управления (микроконтроллеру) 16, могут быть подключены дополнительно датчик температуры 70, блок коммутационных элементов (кнопки или переключатели, или кнопки и переключатели) 71, а устройство сопряжения с внешними системами контроля 7 представляет из себя группу элементов, в том числе и гальванических развязок, для связи с системой диспетчеризации, с другими аппаратами защиты, управления, автоматизации и сигнализации.

К блоку питания 5 (выводы 72, 73) (см. фиг.1 и фиг.3) через плавкий предохранитель 22 (или автоматический выключатель) подключены первый 74 и второй 73 провод (после безобрывного диода 76 номер второго проводода-96) цепи питания устройства контроля фазы 17, содержащего оптопару 75, выход которой и является выходом 18 устройства контроля фазы 17, и цепь питания усилителя 9 блока дистанционного управления 8, который включает в себя подключенную между первым 74 и вторым 96 проводом цепочку из последовательно соединенных электронного ключа 77 и безобрывного диода 76, которые соединены вместе анодами для тиристора, или одноименными выводами для фототиристора, катушка управления 4 подключена параллельно безобрывному диоду 76, а управляющий электрод тиристора 77 соединен с его катодом с помощью цепочки из последовательно соединенных конденсатора 99, резистора 78 и выхода второй оптопары 79, передающей сигнал 11 на усилитель 9 с выхода устройства контроля асимметрии 12, общая точка резистора 78 и выхода второй оптопары 79 соединена с другим проводом 96 цепи питания с помощью последовательно соединенных второго резистора 80 и диода 81, а устройство контроля асимметрии 12 содержит вторую цепочку из последовательно соединенных выхода ключевого элемента 82, вход которого 20 подключен к центральному блоку управления 16, входа второй оптопары 79, выход которой 11 соединен с входом усилителя 9, и третьего резистора 83, причем эта цепочка подключена параллельно второму конденсатору 84, входящему в состав третьей цепочки из последовательно соединенных этого конденсатора и четвертого резистора 85, которая подключена к первому 86 и второму 87 выводам стабилизированного искробезопасного источника переменного напряжения 13, параллельно которому может быть подключен пятый резистор 89, конструктивно выполненный в безобрывном варианте, первый провод 90 линии управления подключен к первому выводу 86 стабилизированного искробезопасного источника переменного напряжения 13 через шестой резистор 91, а второй провод линии управления 92 подключен непосредственно ко второму выводу 87 этого источника.

В усилителе 9 блока дистанционного управления 8 параллельно безобрывному диоду 76 может быть подключена входная цепь датчика контроля команды на включение 95, выход которого 19 соединен с центральным блоком управления 16.

В устройство контроля асимметрии 12 может быть введен датчик напряжения 97, подключенный параллельно линии управления 90, 92, выход которого 21 соединен с центральным блоком управления 16 (см. фиг.1 и фиг.3), который предназначен для выдачи на центральный блок управления информации о состоянии линии дистанционного управления. В качестве датчика напряжения 97 могут использоваться: простой резисторный делитель, датчики тока с малыми входными напряжениями и токами, резисторные и диодные оптопары с малыми входными токами и напряжениями и др.

В качестве блока индикации 6 могут применяться в зависимости от требуемого объема информации светодиоды, шкальные индикаторы на основе светоизлучающих диодов, цифробуквенные полупроводниковые индикаторы, полупроводниковые модули экрана. Возможно использование и жидкокристаллических дисплеев, желательно, с подсветкой экрана.

Блок гальванической развязки 59 может быть выполнен с использованием транзисторных, диодно-транзисторных оптопар, оптоэлектронных переключателей, оптоэлектронных коммутаторов и др.

Датчик напряжений трехфазной сети (см. фиг.1 и фиг.2) работает следующим образом. При наличии напряжений на входах 34, 35, 36, трехфазной сети микроконтроллер 27 через цифровые входы 53, 54, 55 фиксирует начало положительного полупериода на каждом входе 34, 35, 36, трехфазной сети, затем отсчитывается задержка около 5 миллисекунд (1/4 периода) для каждой фазы трехфазной сети отдельно, через аналоговые входы 47, 48, 49 и 50, 51, 52 измеряется амплитудное значение напряжений в каждой фазе отдельно для первой 34, 35, 36 и второй 38, 39, 40 группы входов кодируются значения каждой фазы отдельно и транслируются блоком гальванической развязки 59 через линию связи 60 (выводы 61, 62) на центральный блок управления 16 по каналу типа RS-232 или др. (см. А.В.Фрунзе, «Микроконтроллеры? Это же просто», том 1, 2002 г. стр.306).

Работа блока дистанционного управления 8 (см. фиг.1 и фиг.3) осуществляется следующим образом. В исходном состоянии, при наличии переменного напряжения питания на выводах 72, 73, блока питания 5, исправном предохранителе 22 и наличии стабилизированного искробезопасного переменного напряжения на выводах 86, 87 источника 13, внутреннее сопротивление выходной обмотки которого 100-200 Ом, при разомкнутых кнопках Пуск 100 и Стоп 101 пульта управления 15, в каждый отрицательный полупериод на проводе 96 по отношению к проводу 74 (см. фиг.3) на центральный блок управления 16 с выхода 18 устройства контроля фазы 17 выдаются импульсы, близкие по длительности с отрицательным полупериодом. Центральный блок управления 16 фиксирует фронт или спад данного импульса и формирует импульс длительностью несколько мкс в начале положительного полупериода на выводе 96, который поступает на вход 20 устройства контроля асимметрии 12 (вход оптопары 82). Однако, при разомкнутом контакте кнопки Пуск 100, переменное напряжение на выводах 86, 87 источника 13 прикладывается к датчику напряжения 97, который выдает информацию о состоянии линии управления, и к цепочке из резистора 85 с большой величиной сопротивления и конденсатора 84, на котором выделяется переменное напряжение, близкое к нулю (при относительно большой величине сопротивления резистора 85), что исключает трансляцию импульса на вход 11 усилителя 9, выход оптопары 79 постоянно закрыт, конденсатор 99 заряжен положительным потенциалом на выводе, соединенном с управляющим входом электронного ключа 77 по цепи: провод 74, управляющий переход (в обратном направлении) электронного ключа 77, конденсатор 99, резистор 78, резистор с большой величиной сопротивления 80, диод 81, провод 96. Заряд конденсатора 99 происходит в отрицательную полярность, а использовать этот заряд возможно только в положительный полупериод на проводе 96, но импульсы в начале положительного полупериода отсутствуют из-за отсутствия напряжения на конденсаторе 84 устройства контроля асимметрии 12. При закрытом электронном ключе 77 отсутствует напряжение на входе датчика контроля команды на включение 95, а следовательно, и на его выходе 19. При замыкании кнопки Стоп 101 состояние устройства контроля асимметрии 12 не изменяется, а следовательно, не изменяется и состояние всего блока дистанционного управления 8.

Если же дополнительно замкнуть кнопку Пуск 100, то в результате прохождения тока по цепи: вывод 86 источника 13, резистор 91, замкнутые контакты Пуск 100 и Стоп 101, диод 103, заземляющий провод 92, второй вывод 87 источника 13 снижается амплитуда напряжения положительной полярности при неизменной амплитуде отрицательной полярности, т.е создается асимметрия переменного напряжения, что приводит к накоплению отрицательного потенциала на выводе конденсатора 84 и выдачи на вход 11 усилителя 9 коротких (порядка нескольких мкс) импульсов в начале положительного полупериода, электронный ключ 77 открывается в начале положительного полупериода, что приводит к прохождению тока через катушку управления контактором 4 по цепи: вывод 73 источника 5, провод 96, катушка управления контактором 4, провод 98, электронный ключ 77, провод 74, предохранитель 22, вывод 72 источника 5. В отрицательный полупериод ток проходит через катушку 4 за счет ЭДС самоиндукции через безобрывный диод 76, контактор 76 включается. На время открытого состояния электронного ключа 77 на выход 19 датчика контроля команды на включение 95 выдается импульс, по длительности близкий к длительности положительного полупериода, который используется центральным блоком управления 16 для переключения режима работы катушки управления контактором 4 с форсированного на рабочий (для выдачи управляющего импульса 20 не в начале, а в середине положительного полупериода), или для использования в системе диагностики, или для того и другого. При размыкании кнопки Пуск 100 асимметрия в линии управления поддерживается через замкнутый блок-контакт 105, резистор 102, замкнутый контакт кнопки Стоп 101 и диод 103. При размыкании кнопки Стоп 101 асимметрия в линии управления нарушается, конденсатор 84 разряжается, оптопара 79 не подает импульсы управления на электронный ключ 77, катушка 4 отключает контактор 69.

Схема блока дистанционного управления 8 (см. фиг.3) выполнена с защитным отказом, т.е. таким образом, что выход из строя любого количества элементов, в любой комбинации не может привести к самовключению (к появлению тока в катушке управления контактором 4) или к невозможности отключения при разрыве контакта кнопки Стоп 101, обрыве или коротком замыкании проводов цепи дистанционного управления. Все повреждения приводят только к отключению и к невозможности повторного включения. Так отсутствие напряжения от источника 13, или (и) обрыв резисторов 91, 85, или (и) обрыв или к.з. в конденсаторе 84, или (и) обрыв или к.з. элементов оптопар 82, 79 приводят к отсутствию управляющих импульсов на входе электронного ключа 77, даже при исправном диоде 103, замкнутых кнопках 100 и 101, исправных источнике 13 и проводах линии управления. Даже при исправной работе устройства контроля асимметрии 12, при замкнутых кнопках 100 и 101 и наличии импульсов на выходе оптопары 79 управляющие импульсы на входе электронного ключа 77 будут отсутствовать при обрыве или к.з. в конденсаторе 99, обрыве резистора 78 или 80, обрыве или к.з. диода 81.

При пробое же электронного ключа 77 через безобрывный диод 76 кратковременно пройдет ток, многократно превышающий ток уставки предохранителя (или автоматического выключателя) 22, который отключит блок дистанционного управления 8 от блока питания 5.

Работа взрывобезопасного магнитного пускателя, в общем случае, осуществляется следующим образом. Функциональные возможности центрального блока управления 16 определяются загруженной в микроконтроллер программой и ограничены только необходимостью, целесообразностью и фантазией разработчика.

Ниже приведено, в основном, описание работы одного из проверенных макетных вариантов взрывобезопасного магнитного пускателя, у которого блок индикации представляет из себя один двухразрядный цифровой индикатор и, расположенный под ним, один четырехразрядный цифровой индикатор.

Двухразрядный цифровой индикатор (например, красного цвета) предназначен для индикации номера (или сокращенного обозначения) контролируемого параметра, например:

PU - напряжение питания усилителя БДУ;

PL - напряжение питания линии дистанционного управления;

SL - сопротивление линии дистанционного управления. Ом;

UL - утечка в линии дистанционного управления, Ом;

SI - сопротивление изоляции в отходящем силовом кабеле и нагрузке, кОм;

°С - температура окружающей среды;

НА - неисправна аппаратура;

HS(НС) - неисправна система включения контактора (катушка управления контактором 4 или его механическая часть);

UT - уставка номинального тока, А;

T1 - фактический ток нагрузки от первого датчика тока. А;

Т2 - ------------ от второго датчика тока, А;

Т3 - ------------ от третьего датчика тока, А;

ОТ - количество срабатываний токовой защиты при коротких замыканиях;

HP - суммарное время включенного состояния пускателя;

АО - фактическая величина напряжения фазы А до разъединителя;

B0 - ---------------- фазы В --------;

СО - ---------------- фазы С --------;

A1 - --------------- фазы А после разъединителя;

В1 - --------------- фазы В ----------;

С1 - --------------- фазы С ---------;

А2 - --------------- фазы А до контактора;

В2 - --------------- фазы В ---------;

С2 - --------------- фазы С ---------;

A3 - --------------- фазы А после контактора;

В3 - --------------- фазы В ----------;

С3 - --------------- фазы С -----------.

Расположенный под двухразрядным четырехразрядный цифровой индикатор другого цвета свечения (например, - зеленого), предназначенный для индикации количественной составляющей контролируемого параметра (напряжение сети в вольтах, ток уставки номинального тока, фактический ток по каждой фазе в амперах, сопротивление изоляции в цепи нагрузки в кОм, сопротивление линии дистанционного управления в Ом, сопротивление утечки в этой линии в Ом и т.д.).

Если перечисленные выше параметры не имеют отклонений от нормы, то необходимость в получении сведений о их количественной составляющей, для большинства из них, отсутствует, поэтому для обязательной индикации в исходном состоянии и после включения предусматриваются только несколько наиболее значимых параметров. Например, в исходном состоянии на блок индикации выводятся по очереди в течение 3-5 сек каждый, следующие параметры:

А2 В2 С2 SL UT SI °С 0657 0665 0660 9999 0230 1257 0025

а после включения - следующие:

A3 В3 С3 SL UT T1 T2 Т3 0655 0664 0659 0058 0230 0192 0198 0195

При отклонении от нормы любого из 26 параметров ниже нормального, но не ниже аварийного, блок индикации переключается на индикацию этого отклонения. Постоянно высвечивается предаварийный канал, а его численное значение (четырехразрядный зеленый индикатор) постоянно мигает, но команда на отключение пускателя (если он включен) не дается. При возврате параметра к норме восстанавливается нормальная поочередная индикация. При значительном же отклонении любого параметра двухразрядный (красный) цифровой индикатор постоянно мигает, пускатель отключается, если он был включен.

По состоянию блока индикации легко определить место и значимость отклонений от нормы.

1. Если мигает только зеленый четырехразрядный индикатор, то это свидетельствует о предаварийном состоянии параметра, постоянно высвечиваемого двухразрядным (красным) индикатором. Зеленый индикатор высвечивает количественное значение этого параметра, при этом включенный пускатель не отключается и не выдается запрет на его включение. Такой режим возможен, например, при снижении фазного напряжения в любой из 12 контролируемых точек ниже 20%, но не ниже 50% от номинального, при снижении величины сопротивления утечки в линии дистанционного управления UL от 2000 Ом до 500 Ом, при увеличении фактического тока нагрузки Т1, Т2, Т3 выше уставки UT и др. Устранение отклонений необходимо провести в ближайшее удобное время.

2. Если мигает двухразрядный красный индикатор, а зеленый постоянно высвечивает количественное значение параметра, то включенный пускатель отключается и выдается запрет на его включение, но при устранении нарушения, в том числе и самоустранения, аварийное состояние и запрет на включение снимается автоматически, или при последующем включении с пульта дистанционного управления (второе предпочтительнее, т.к. позволяет определять причину несанкционированного отключения), индикация переводится в нормальное состояние. Такое возможно, например, при снижении сопротивления изоляции в нагрузке SI, при снижении ниже допустимого сопротивления утечки в линии дистанционного управления UL, при снижении величины фазного напряжения А, В, С ниже аварийного (около 50%) хотя бы в одной из 12 точек контроля.

3. Если мигают оба цифровые индикаторы, указывая аварийный параметр Т1, Т2, Т3 и его аварийное численное значение, то отключенный аварийно пускатель не будет включаться до воздействия на соответствующий коммутационный элемент (кнопка на корпусе пускателя Стоп или Проверка, или др.). Причем отключение питающего напряжения не приводит к деблокировки аварии, так как она зафиксирована в энергонезависимой памяти микроконтроллера центрального блока управления 16.

В технических условиях для электровакуумных контакторов рекомендуется замена контактора после 27-30 аварийных отключений при возникновении токов короткого замыкания, однако в настоящее время неизвестны пускатели с такой информацией.

В предлагаемом решении параметр ОТ отображает зафиксированную в энергонезависимой памяти микроконтроллера информацию о количестве срабатывания токовой защиты от коротких замыканий, а параметр HP фиксирует суммарное время включенного состояния пускателя, что дает информацию о необходимости своевременного проведения технических обслуживаний. Информацию об этих параметрах можно получать, например, после нажатия и отпускания кнопки на корпусе пускателя Стоп или Проверка или др.

Проведенные испытания макетных образцов предложенного взрывобезопасного магнитного пускателя подтвердили достижение требуемого технического результата и правильность выбора принципиальных схем.

Изобретение относится к средствам безопасного применения электроэнергии в угольных шахтах, а также во взрывоопасных помещениях, атмосфера которых может содержать горючие газы и пары, обладающие в смеси с воздухом взрывчатыми свойствами, например, взрывобезопасный магнитный пускатель, содержащий корпус, в котором размещены разъединитель, датчик тока, чувствительный элемент контроля утечки, катушка управления контактором, блок питания, блок индикации, устройство сопряжения с внешними системами контроля, блок дистанционного управления, содержащий усилитель, к выходу которого подключена катушка управления контактором, а вход - к выходу контроля асимметрии, подключенного к линии дистанционного управления, в конце которой подключен пульт управления. Технический результат - упрощение, увеличение надежности и безопасности эксплуатации, расширение функциональных возможностей, достигается тем, что пускатель дополнительно снабжен центральным блоком управления на базе микроконтроллера, к которому подключены датчики и блоки, а блок дистанционного управления дополнительно содержит устройство контроля фазы, выход которого соединен с центральным блоком управления. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Взрывобезопасный магнитный пускатель, содержащий корпус, в котором размещены разъединитель, датчик тока, чувствительный элемент контроля утечки, катушка управления контактором, блок питания, блок индикации, устройство сопряжения с чувствительными элементами и внешними системами контроля, блок дистанционного управления, содержащий усилитель, к выходу которого подключена катушка управления контактором, а вход - к выходу устройства контроля асимметрии, которое подключено к искробезопасному источнику переменного напряжения и к линии дистанционного управления, в конце которой подключен пульт управления, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен центральным блоком управления на базе микроконтроллера, к которому подключены датчики тока, чувствительный элемент контроля утечки, блок индикации, устройство сопряжения с внешними системами контроля, блок дистанционного управления, который дополнительно содержит устройство контроля фазы, выход которого соединен с центральным блоком управления, к которому подключены также второй выход усилителя, второй вход и второй выход устройства контроля асимметрии, что обеспечивает блоку дистанционного управления свойства защитного отказа.

2. Магнитный пускатель по п.1, отличающийся тем, что вблизи разъединителя дополнительно установлен датчик напряжений трехфазной сети, содержащий стабилизированный источник питания, другой микроконтроллер, три резисторных делителя напряжения, первую группу входов, к которым подключены первые выводы резисторных делителей, а вторые выводы этих делителей соединены вместе и подключены к минусу стабилизированного источника питания, и вторую группу входов, к которым подключены первые выводы других резисторных делителей напряжения, вторые выводы которых также соединены вместе и подключены к минусу стабилизированного источника питания, причем каждые два резистора всех резисторных делителей напряжения соединены непосредственно между собой; а их общие точки подключены к аналоговым входам другого микроконтроллера, первая группа входов через другие резисторы дополнительно подключена к цифровым входам другого микроконтроллера, выход которого с помощью блока гальванической развязки и линии связи соединен с центральным блоком управления, причем первая группа входов датчика подключена к сети до разъединителя, а вторая группа входов подключена после разъединителя, стабилизированный источник питания соединен с выходом трехфазного диодного моста, подключенного к первой группе входов через ограничительные элементы.

3. Магнитный пускатель по п.2, отличающийся тем, что датчики тока подключены к второй группе входов датчиков напряжений трехфазной сети, а первая группа входов этого датчика подключена к силовой цепи после разъединителя.

4. Магнитный пускатель по п.2, отличающийся тем, что вблизи входных и выходных цепей контактора установлен другой датчик напряжений трехфазной сети, аналогичный описанному в п.2 формулы, выход которого также соединен с центральным блоком управления с помощью аналогичной линии связи, первая группа входов датчика подключена к сети перед контактором, а вторая группа входов - после контактора.

5. Магнитный пускатель по п.1, отличающийся тем, что к центральному блоку управления (микроконтроллеру) подключены дополнительно датчик температуры, блок коммутационных элементов (кнопки или переключатели или кнопки и переключатели), а устройство сопряжения с внешними системами контроля представляет из себя группу элементов, в том числе и гальванических развязок, для связи с системой диспетчеризации, с другими аппаратами защиты, управления, автоматизации и сигнализации.

6. Магнитный пускатель по п.1, отличающийся тем, что к блоку питания через плавкий предохранитель (или автоматический выключатель) подключены первый и второй провода цепи питания устройства контроля фазы, содержащего оптопару, выход которой и является выходом устройства контроля фазы, и цепь питания усилителя блока дистанционного управления, который включает в себя подключенную между первым и вторым проводами цепочку из последовательно соединенных электронного ключа и безобрывного диода, которые соединены вместе анодами - для тиристора или одноименными выводами - для фототиристора, катушка управления подключена параллельно безобрывному диоду, а управляющий электрод тиристора соединен с его катодом с помощью цепочки из последовательно соединенных конденсатора, резистора и выхода второй оптопары, передающей сигнал на усилитель с выхода устройства контроля асимметрии, общая точка резистора и выхода второй оптопары соединена с другим проводом цепи питания с помощью последовательно соединенных второго резистора и диода, а устройство контроля асимметрии содержит вторую цепочку из последовательно соединенных выхода ключевого элемента, вход которого подключен к центральному блоку управления, входа второй оптопары, выход которой соединен с входом усилителя, и третьего резистора, причем эта цепочка подключена параллельно второму конденсатору, входящему в состав третьей цепочки из последовательно соединенных этого конденсатора и четвертого резистора, которая подключена к первому и второму выводам стабилизированного искробезопасного источника переменного напряжения, параллельно которому может быть подключен пятый резистор, конструктивно выполненный в безобрывном варианте, первый провод линии управления подключен к первому выводу стабилизированного искробезопасного источника переменного напряжения через шестой резистор, а второй провод линии управления подключен непосредственно ко второму выводу этого источника.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в усилителе блока дистанционного управления параллельно безобрывному диоду подключена входная цепь датчика контроля команды на включение, выход которого соединен с центральным блоком управления.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что в устройство контроля асимметрии введен датчик напряжения, подключенный параллельно линии управления, выход которого соединен с центральным блоком управления.