БЛОК ИСКРОЗАЩИТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2015 года по МПК H02H3/38 

Изобретение предназначено для питания устройств, находящихся во взрывоопасных средах, например на рудниках и шахтах, в том числе угольных, опасных по газу и пыли.

Может найти применение в других отраслях промышленности, - нефтехимии, взрывоопасных производствах, подземных коммуникациях, тоннелях, метро и т.п.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (авторское свидетельство на изобретение SU №319923 с приоритетом от 1969.07.25), содержащий трансформатор с магнитным шунтом, выпрямитель, стабилизатор на тиристоре и стабилитроне, тиристор опережающего отключения и сглаживающий фильтр на дросселе и конденсаторе, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы и снижения потерь на нагрев, анод тиристора опережающего отключения, силовая цепь которого шунтирована стабилитроном, соединен с дросселем сглаживающего фильтра, а катод - с управляющим электродом тиристора стабилизатора.

Упомянутый ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ предназначен для питания устройств постоянного тока, что ограничивает область его применения, кроме того, он недостаточно защищен от существенных перенапряжений по входу.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение искробезопасной мощности цепей переменного тока, снижение тепловых потерь на элементах в аварийных режимах, введение защиты от перенапряжений по входу, повышение помехоустойчивости.

Поставленная задача решается следующим образом.

Блок искрозащиты переменного тока содержит трансформатор с магнитным шунтом, два симистора, две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора и резистора, общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора, каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов, - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора.

Общая точка супрессора и резистора может быть подключена к управляющему электроду симистора через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Первичная обмотка трансформатора может быть подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор.

Две цепи ограничения напряжения с симисторами могут дублироваться или троироваться в зависимости от требуемого уровня искробезопасности.

Предлагаемый блок искрозащиты переменного тока, а также варианты его исполнения обеспечивают оптимальный выбор для конкретных применений и могут работать, например, при передаче звуковых сигналов по проводным линиям связи.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого блока искрозащиты переменного тока.

Блок искрозащиты переменного тока содержит трансформатор Т1 с магнитным шунтом, два симистора, 1VS1 (2VS1), две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора 1VD1 (2VD1) и резистора 1R1 (2R1), общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора 1VS1 (2VS1), каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов 1VS1 (2VS1), - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора Т1.

Две цепи ограничения напряжения 1VD1, 1R1 (2VD1, 2R1) с симисторами 1VS1 (2VS1) могут дублироваться или троироваться в зависимости от требуемого уровня искробезопасности.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор.

Блок искрозащиты переменного тока может иметь варианты исполнения, показанные на Фиг.2:

Общая точка супрессора 1VD1 (2VD1) и резистора 1R1 (2R1) может быть подключена к управляющему электроду симистора 1VS1 (2VS1) через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например цепь из встречно-параллельно включенных диодов 1VD2, 1VD3 (2VD2, 2VD3).

Первичная обмотка трансформатора Т1 может быть подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель F1.

Трансформатор Т1 с магнитным шунтом имеет замкнутый магнитопровод, который состоит из двух Ш-образных сердечников. Обмотки трансформатора расположены на разных боковых стержнях сердечника, что облегчает достижение его неповреждаемости на замыкание между обмотками. Шунтирующий средний стержень имеет зазор, образованный за счет уменьшения высоты среднего стержня одного или двух Ш-образных сердечников.

Данная конструкция позволяет применить стандартные Ш-образные сердечники из магнитомягких ферритов, широко используемых в радиоаппаратуре.

Благодаря наличию зазора в шунтирующем среднем стержне сердечника вольтамперная характеристика трансформатора (Фиг.3) имеет крутопадающий характер. Изменением величины этого зазора добиваются, чтобы значение тока короткого замыкания I2 кз не превышало допустимого по условиям искробезопасного уровня.

В качестве шунтирующих ограничителей напряжения до искробезопасного уровня используются супрессоры и управляемые полупроводниковые элементы - симисторы.

Предлагаемый блок искрозащиты переменного тока работает следующим образом.

При нормальной работе источника выходное напряжение находится ниже порога срабатывания супрессоров, и блок искрозащиты не влияет на работу источника. В момент разрыва выходной цепи, когда резко изменяется ток нагрузки, возникает скачок напряжения на выходе, который ограничивает цепь ограничения напряжения из стабилитрона 1VD1, (2VD1) и резистора 1R1, (2R1), поэтому напряжение на каждом выводе вторичной обмотки трансформатора относительно земли не может превысить порог срабатывания супрессора. При появлении более значительного тока через цепь ограничения напряжения падение напряжения на резисторе 1R1, (2R1) приводит к срабатыванию симистора 1VS1, (2VS1) с замыканием вторичной обмотки трансформатора с одновременным полным шунтированием супрессоров во избежание их чрезмерного нагрева. Рассеиваемая на включенном симисторе мощность пренебрежимо мала, что позволяет элементам схемы надежно выдерживать работу в аварийном режиме длительное время.

Схема восстанавливается в каждой полупериоде при значении тока через симистор ниже тока удержания. Включение в цепь управляющего электрода симистора элемента с нелинейной вольт-амперной характеристикой позволяет эффективно бороться со случайными срабатываниями симистора от помех и уменьшить разброс порога срабатывания симистора.

Так как для питания вторичной цепи используется неповреждаемый трансформатор с магнитным шунтом (увеличенным магнитным рассеянием), ток короткого замыкания ограничен искробезопасным уровнем.

В случае повышения напряжения питания трансформатора значение тока увеличивается, но в этом случае срабатывает предохранитель в первичной цепи.

Использование двух цепей ограничения напряжения, симметрично включенных относительно земли, позволяет в некоторых случаях удвоить напряжение, подаваемое в нагрузку по отношению к допустимому по соображениям искробезопасности. Например, требуется запитать передающую антенну шахтной системы оповещения, выполненную в соответствии с патентом на полезную модель №61949 с приоритетом от 27.10.2006, работающую в диапазоне сверхдлинных волн и представляющую собой электрический диполь; один конец каждого луча подключается к соответствующему выводу вторичной обмотки трансформатора, а второй заземляется. Пространственно оба луча разнесены и электрическое замыкание между ними невозможно. Не исключено, однако, повреждение луча антенны с замыканием на землю. При этом одна из шунтирующих цепей оказывается закороченной, а вторая ограничит напряжение вторичной обмотки трансформатора (на втором незакороченном луче антенны относительно земли) на искробезопасном уровне.

Изобретение предназначено для питания устройств, находящихся во взрывоопасных средах, например на рудниках и шахтах, в том числе угольных, опасных по газу и пыли. Может найти применение в других отраслях промышленности - нефтехимии, взрывоопасных производствах, подземных коммуникациях, тоннелях, метро и т.п. Блок искрозащиты переменного тока содержит трансформатор с магнитным шунтом, два симистора, две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора и резистора, общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора, каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов, - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора. Общая точка супрессора и резистора может быть подключена к управляющему электроду симистора через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Первичная обмотка трансформатора может быть подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель. Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор. Две цепи ограничения напряжения с симисторами могут дублироваться или троироваться в зависимости от требуемого уровня искробезопасности. Технический результат - повышение искробезопасной мощности.4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Блок искрозащиты переменного тока, содержащий трансформатор с магнитным шунтом, два симистора, две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора и резистора, общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора, каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора.

2. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, общая точка супрессора и резистора которого подключена к управляющему электроду симистора через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

3. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, первичная обмотка трансформатора которого подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель.

4. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, первичная и вторичная обмотки трансформатора которого расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор.

5. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, две цепи ограничения напряжения с симисторами которого дублируются или троируются в зависимости от требуемого уровня искробезопасности.