ИСКРОБЕЗОПАСНОЕ УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКАМИ Российский патент 2015 года по МПК H02J13/00 

Устройство относится к электротехнике, в частности, к искробезопасным устройствам дистанционного управления электроприемниками, в первую очередь теми, что используются во взрывоопасных средах на предприятиях угольной, нефтяной, газовой и других отраслей промышленности, которые могут иметь взрывоопасную атмосферу.

Известно устройство дистанционного управления, которое содержит источник питания переменного тока, пост управления с кнопками «пуск», «стоп» и диодом, включенными последовательно, линию связи между указанным источником питания и постом управления, в которую включен резистор, ограничивающий ток в указанных элементах, два узла сравнения напряжения на линии связи в полупериоды напряжения питания, когда диод в посте управления открыт и закрыт, два усилителя и два вспомогательных реле, которые взаимодействуют с вышеуказанными узлами сравнения, исполнительное и контролирующее реле, обмотки которых через переключающие контакты вспомогательных реле и выпрямители соединены с источником питания [1].

Недостатками этого устройства являются сложность его конструкции, которая требует применения двух одинаковых узлов управления, работающих параллельно, пяти электромагнитных реле, а также значительная выдержка времени срабатывания и отключения, которая необходима для избежания ложных срабатываний устройства в результате разброса параметров элементов в параллельно работающих узлах.

Известно также искробезопасное устройство дистанционного управления электроприемниками, совпадающее с предложенным по большинству признаков, которое содержит источник питания переменного тока, пост управления, включающий в себя последовательно включенные контакты кнопок «пуск», «стоп» и диод, который подключен к источнику питания через линию связи и токоограничивающий резистор, компаратор, к одному входу которого подключен блок формирования опорного сигнала, а ко второму - блок формирования входного сигнала, усилитель, вход которого присоединен к выходу компаратора, а выход - к обмотке исполнительного реле, причем блок формирования опорного сигнала выполнен в виде специального генератора, который имеет на выходе постоянную и переменную составляющие напряжения, а блок формирования входного сигнала содержит последовательно соединенные конденсатор и резистор, которые присоединены к началу линии связи, а конденсатор - ко входу компаратора [2].

Недостатками этого устройства являются зависимость контролируемых значений сопротивления линии связи от параметров элементов генератора, который формирует опорный сигнал, наличие зоны неустойчивой работы исполнительного реле и дребезг его контактов при сопротивлении линии связи, близком к значениям, при которых устройство не позволяет включить или отключает управляемый электроприемник, отказы в работе устройства при росте сопротивления вспомогательного контакта управляемого коммутационного аппарата, поскольку он работает при весьма низких напряжениях и токах.

Предложенное устройство решает задачу повышения надежности его работы и точности контроля сопротивления линии связи.

Для решения этой задачи в известном устройстве дистанционного управления, которое содержит источник переменного тока, пост управления, состоящий из последовательно включенных контактов кнопок «пуск», «стоп» и диода, причем параллельно замыкающему контакту кнопки «пуск» включен резистор, линию связи, включенную между постом управления и источником питания через токоограничивающий резистор, компаратор, к неинвертирующему входу которого подключен блок формирования опорного сигнала, а к инвертирующему входу - блок формирования входного сигнала, и исполнительное реле. Блок формирования входного сигнала выполнен в виде фильтра переменного тока и присоединен к началу линии связи, а блок формирования опорного сигнала в отличие от известного устройства выполнен на базе генератора симметричного переменного напряжения повышенной частоты в виде делителя напряжения на резисторах, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а к одному из плеч этого делителя подключен выход транзистора, при открывании которого повышается напряжение на неинвертирующем входе компаратора, вход указанного транзистора через элементы связи соединен с выходом генератора напряжения повышенной частоты, выход компаратора соединен с обмоткой исполнительного реле через фильтр постоянного тока, а к плечу делителя напряжения блока формирования опорного сигнала присоединены выходы оптрона и усилителя, вход оптрона включен последовательно с обмоткой исполнительного реле, а вход усилителя соединен через элементы связи с другим делителем напряжения на резисторах, который присоединен через вспомогательный контакт управляемого аппарата к источнику питания. В отличие от известных в предложенном устройстве фильтр постоянного тока выполнен в виде усилителя, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с входами двух последовательно включенных транзисторов противоположного типа проводимости, присоединенных через выпрямитель к источнику питания, и к цепи из последовательно включенных конденсатора, двух диодов и второго конденсатора, присоединенной параллельно указанным транзисторам, причем точка соединения диодов этой цепи присоединена к точке соединения транзисторов, а к точкам соединения диодов с конденсаторами присоединена через вход оптрона обмотка исполнительного реле.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предложенного устройства. Оно состоит из источника питания переменного тока 1, поста управления 43, который содержит последовательно включенные контакты кнопок «пуск» 44, «стоп» 45 и диод 47, причем параллельно замыкающему контакту 44 кнопки «пуск» включен резистор 46, линии связи 42, включенной между постом управления 43 и источником питания 1 через токоограничивающий резистор 29, компаратора 28, к неинвертирующему входу (+) которого подключен блок формирования опорного сигнала, а к инвертирующему входу (-) - блок формирования входного сигнала, и исполнительного реле 41. Блок формирования входного сигнала выполнен в виде фильтра переменного тока, состоящего из резисторов 26, 27, 30 и конденсаторов 23, 24, 25, и присоединен к началу линии связи 42. Блок формирования опорного сигнала выполнен на базе генератора 9 симметричного напряжения повышенной частоты и делителя напряжения на резисторах 20, 21, 22, выход которого (точка соединения резисторов 20, 21) присоединен к неинвертирующему входу компаратора 28, а к плечу делителя на резисторе 22 подключен выход транзистора 17, при открывании которого повышается напряжение на неинвертирующем входе компаратора 28. Вход транзистора 17 через элементы связи в виде эмиттерного повторителя на транзисторе 14 и резисторе 13 соединен с выходом генератора 9. Выход компаратора 28 соединен с обмоткой исполнительного реле 41 через фильтр постоянного тока 31. К плечу делителя напряжения (резистор 20) блока формирования опорного сигнала присоединены выходы оптрона 19 через резистор 18 и усилителя на транзисторе 12 через резистор 15, вход оптрона 19 включен последовательно с обмоткой исполнительного реле 41, а вход усилителя на транзисторе 12 соединен через резистор 10 и выпрямитель на диоде 7 и конденсаторе 8 с другим делителем напряжения на резисторах 5, 6, который присоединен через вспомогательный контакт 2 управляемого аппарата к источнику питания 1. Питание схемы устройства производится от источника 1 через выпрямитель на диоде 4 и конденсаторе 3.

Между выходом компаратора 28 и реле 41 включен фильтр переменного тока 31, который состоит из усилителя на транзисторе 33 и резисторах 32, 34, вход которого соединен с выходом компаратора 28, а выход - с входами двух последовательно включенных транзисторов 35, 36, параллельно которым включена цепь из последовательно включенных конденсатора 37, диодов 38, 39 и конденсатора 40. Точки соединения транзисторов 35, 36 и диодов 38, 39 соединены между собой. А к точкам соединения диодов 38, 39 с конденсаторами 37, 40 присоединена через вход оптрона 19 обмотка исполнительного реле 41.

Устройство работает следующим образом.

Когда кнопка 44 «пуск» не нажата, постоянное напряжение на инвертирующем входе компаратора 28 меньше минимального значения опорного напряжения на неинвертирующем входе компаратора 28 и поэтому он заперт, а ток в обмотке реле 41 равен нулю и оно отключено. Когда же кнопка 44 «пуск» нажата, напряжение на инвертирующем входе компаратора 28 становится большим минимального напряжения на его неинвертирующем входе, но меньшим его максимального значения. В этом режиме компаратор 28, транзисторы 33, 35, 36 периодически открываются и закрываются.

Когда, например, транзистор 35 открыт, а транзистор 36 закрыт, конденсатор 40 через диод 39 и транзистор 35 заряжается до напряжения источника питания, а конденсатор 37 через обмотку реле 41, вход оптрона, диод 39 и транзистор 35 разряжается. Когда же транзистор 35 закрывается, а транзистор 36 открывается, конденсатор 37 заряжается, а конденсатор 40 разряжается через обмотку реле 41. Таким образом, через обмотку реле 41 в рассматриваемом режиме течет непрерывно ток разряда конденсаторов 37 или 40. В результате оно срабатывает и включает управляемый коммутационный аппарат и электроприемник. Вспомогательный контакт 2 этого аппарата замыкается и напряжение с делителя на резисторах 5, 6 через выпрямитель на диоде 7 и конденсаторе 8 и резистор 10 подается на вход транзистора 12, который включается и параллельно резистору 20 включает резистор 15. В результате опорное напряжение на неинвертирующем входе компаратора 28 снижается до уровня, при котором режим его работы не изменяется при размыкании контакта 44, когда кнопка «пуск» отпущена. Отключение управляемого аппарата производят нажатием кнопки «стоп». При этом ее контакт 45 размыкается и напряжение на неинвертирующем входе компаратора 28 становится близким к нулю. Он закрывается, ток в цепи реле 41 исчезает и оно отключается и отключает управляемый аппарат, который размыкает свой контакт 2. Поэтому когда кнопку «стоп» отпускают, а его контакт 45 возвращается в замкнутое состояние, реле 41 остается отключенным. Очевидно, для его следующего включения требуется снова нажать кнопку «пуск» и замкнуть контакт 44.

Устройство позволяет проконтролировать сопротивление линии связи. По мере его увеличения при замкнутом контакте 44 кнопки «пуск» напряжение на инвертирующем входе компаратора 28 падает, и когда оно становится равным или меньшим минимального значения опорного напряжения, компаратор 28 прекратит периодически переключаться и реле 41 не включится. Указанное напряжение определяется только соотношением сопротивлений резисторов 20 и 21, 22 при закрытом транзисторе 17 и не зависит от параметров транзисторов 17, 14 и элементов генератора 9. Этим достигается требуемая точность контроля сопротивления линии связи.

Когда в цепи реле 41 появляется ток, оптрон 19 открывается и параллельно резистору 20 включается резистор 18. В результате минимальное значение опорного напряжения несколько снижается, что обеспечивает четкое срабатывание реле 41, так как исключается зона неустойчивой его работы при сопротивлениях линий связи, близких к уставке.

Вспомогательный контакт 2 управляемого аппарата включен на полное напряжение источника переменного тока, который определяется суммарным сопротивлением резисторов 5, 6. Это сопротивление не оказывает никакого влияния на работу остальной схемы устройства и может быть выбрано достаточно низким, чтобы ток, коммутируемый контактом 2, был достаточным для его надежной работы.

Как было показано ранее, восполнение энергии в обмотке реле 41 происходит в течение всего периода изменения напряжения на выходе генератора 9, а не только части его, как в известных устройствах. Это дает возможность применить при прочих равных условиях значительно более мощное исполнительное реле.

Предложенное устройство обеспечивает самоконтроль исправности как самих элементов, так и цепей их связи. Любое их повреждение ведет к исчезновению напряжения на входе фильтра 31, либо к появлению на нем постоянной составляющей напряжения, что ведет к исчезновению тока в реле 41 и его отключению или невозможности его включения.

Указанные технические решения позволяют решить поставленную задачу повышения надежности работы устройства и точности контроля сопротивления линии связи.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №765928, кл. H02J 13/00, 23.09.80. Бюл. №35.

2. Декларационный патент Украины UA 36890А, кл. H02J 13/00, 16.04.2001. Бюл. №3 (прототип).

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение надёжности и точности контроля. Технический результат достигается тем, что в известном искробезопасном устройстве дистанционного управления, которое содержит источник питания переменного тока, пост управления, состоящий из последовательно включенных контактов кнопок «пуск», «стоп» и диода, линию связи, включенную между указанными постом управления и источником питания через токоограничивающий резистор, компаратор, к неинвертирующему входу которого подключен блок формирования опорного сигнала, а к инвертирующему входу - блок формирования входного сигнала, выполненного в виде фильтра переменного тока, вход которого присоединен к началу линии связи, исполнительное реле и фильтр постоянного тока, через который обмотка этого реле соединена с выходом компаратора, предложено блок формирования опорного сигнала выполнить в виде делителя напряжения на резисторах, генератора напряжения повышенной частоты и усилителя, выход которого присоединить параллельно одному из плеч делителя, а вход через элементы связи - к выходу генератора, плечо делителя, соединенное с неинвертирующим входом компаратора, зашунтировать выходом оптрона с последовательно включенным резистором и усилителем с последовательно включенным резистором, причем вход указанного оптрона включить в цепь обмотки электромагнита исполнительного реле, а вход усилителя через выпрямитель соединить с выходом другого делителя, присоединенного через вспомогательный контакт управляемого коммутационного аппарата к источнику питания. Предложенное устройство отличается также тем, что фильтр постоянного тока выполнен в виде усилителя, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с входами двух последовательно включенных транзисторов противоположного типа проводимости, присоединенных через выпрямитель к источнику питания и к цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора, двух диодов и конденсатора, причем точка соединения этих диодов присоединена к точке соединения транзисторов, а к точкам соединения диодов с конденсаторами присоединена через вход оптрона обмотка исполнительного реле. Повышение напряжения на вспомогательных контактах управляемого аппарата и тока в них с помощью другого делителя, снижение порога срабатывания при появлении тока в обмотке исполнительного реле с помощью оптрона и таким образом исключение зоны неустойчивой работы этого реле, применение нового фильтра постоянного тока позволяют обеспечить надежную работу устройства, а формирование опорного сигнала с помощью делителя напряжения на резисторах позволяет обеспечить требуемую точность контроля сопротивления линии связи с постом управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Искробезопасное устройство дистанционного управления, которое содержит источник питания переменного тока, пост управления, состоящий из последовательно включенных контактов кнопок «пуск», «стоп» и диода, линию связи, включенную между указанными постом управления и источником питания через токоограничивающий резистор, компаратор, к неинвертирующему входу которого подключен блок формирования опорного сигнала, а к инвертирующему входу - блок формирования входного сигнала, выполненного в виде фильтра переменного тока, вход которого присоединен к началу линии связи, исполнительное реле и фильтр постоянного тока, через который обмотка этого реле соединена с выходом компаратора, отличающееся тем, что блок формирования опорного сигнала выполнен в виде делителя напряжения на резисторах, генератора напряжения повышенной частоты и усилителя, выход которого присоединен параллельно одному из плеч делителя, а вход через элементы связи к выходу генератора, плечо делителя, соединенное с неинвертирующим входом компаратора, зашунтировано выходом оптрона с последовательно включенным резистором и усилителем с последовательно включенным резистором, причем вход указанного оптрона включен в цепь обмотки электромагнита исполнительного реле, а вход усилителя через выпрямитель соединен с выходом другого делителя, присоединенного через вспомогательный контакт управляемого коммутационного аппарата к источнику питания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр постоянного тока выполнен в виде усилителя, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с входами двух последовательно включенных транзисторов противоположного типа проводимости, присоединенных через выпрямитель к источнику питания и к цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора, двух диодов и конденсатора, причем точка соединения этих диодов присоединена к точке соединения транзисторов, а к точкам соединения диодов с конденсаторами присоединена через вход оптрона обмотка исполнительного реле.