ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2022 года по МПК G01R19/155 

Изобретения относятся к устройствам индикации напряжения и может быть использовано для индикации наличия, а также отсутствия контролируемого напряжения. Предлагаемые устройства могут быть использовано в высоковольтных электрических сетях, устройствах распределения электроэнергии, а также в электрических преобразователях для индикации наличия, а также отсутствия высокого напряжения в сетях как постоянного, так и переменного тока.

Известно устройство индикатора напряжения (патент CN 204613292, класс G01R19/155, Flash of light type high voltage live indicator, дата приоритета 03.04.2015 г., дата публикации 02.09.2015 г.), содержащее варистор, неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, диоды, конденсаторы, стабилитрон, динистор и светодиодный индикатор напряжения. Изобретением решается задача индикации высоковольтного напряжения с заданным порогом индикации. Недостатком известной схемы является гальваническая связь контролируемой цепи с контактами светодиодного индикатора, а также сложная схема самого устройства. Еще одним из недостатков известного устройства является косвенная информация об отсутствии контролируемого напряжения в момент времени, когда светодиодный индикатор не светится. При этом отсутствует контроль исправности схемы индикатора напряжения.

Известно устройство индикатора напряжения (патент RU 2734583, Индикатор напряжения, класс G01R 19/155, дата приоритета 02.05.2020 г., дата публикации 20.10.2020 г.), содержащее балластный резистор, трансформатор напряжения, оптоэлектронный ключ и индикаторную лампу. Известный индикатор напряжения позволяет обеспечить гальваническую развязку измерительной и индикаторной цепей, а также повысить электробезопасность при его использовании. Индикатор напряжения может быть использован как на постоянном, так и переменном токе. Недостатком известной схемы является наличие согласующего трансформатора напряжения, а также косвенная информация об отсутствии контролируемого напряжения, когда индикаторная лампа не светится. При этом отсутствует контроль исправности схемы индикатора напряжения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство индикатора напряжения (патент RU 2055369, Индикатор напряжения, класс G01R 19/155, дата приоритета 05.02.1991 г., дата публикации 27.02.1996 г.), содержащее два резистора, транзистор, стабилитрон, две индикаторные лампы, а также дополнительный источник напряжения. Благодаря указанному составу и функциональным связям элементов удалось реализовать световую индикацию, как наличия, так и отсутствия контролируемого постоянного напряжения. Недостатком известной схемы является гальваническая связь контролируемой цепи с контактами индикаторных ламп. При этом в случае замыкания одного из контактов индикаторной лампы на корпус электроустановки возможно поражение эксплуатирующего или обслуживающего персонала электрическим током. К недостаткам известной схемы также следует отнести контроль наличия индикатором напряжения только постоянного напряжения.

Предлагаемый индикатор напряжения позволяет упростить схему индикатора напряжения, обеспечить гальваническую развязку измерительной и индикаторной цепей, а также повысить электробезопасность при его использовании. Предложенный индикатор напряжения может быть использован в сетях как постоянного, так и переменного тока. Технический результат изобретения заключается в полной гальванической развязке контролируемой цепи высокого напряжения от низковольтной индикаторной цепи, а также конструктивное и схемное упрощение при установке и подключении индикаторной лампы. Кроме того для обеспечения безопасности эксплуатирующего или обслуживающего персонала индикатор напряжения реализует режим свечения индикаторной лампы одним цветом при наличии контролируемого напряжения, либо свечение индикаторной лампы другим цветом в случае отсутствия контролируемого напряжения. Предложены варианты схем индикаторов напряжения с двумя индикаторными лампами, в которых при наличии напряжения в контролируемой сети светится одна из них, а при отсутствии напряжения в контролируемой сети светится другая индикаторная лампа.

Описанные преимущества достигаются тем, что индикатор напряжения содержит оптоэлектронный ключ, транзистор, резисторы, блок питания и индикаторную лампу, выполненную светодиодной и содержащей два встречно-параллельно включенных светодиода. Оптоэлектронный ключ обеспечивает гальваническую развязку контролируемой цепи и цепи питания индикаторных ламп, а также совместно с транзистором и резисторами реализует режим свечения рассеивателя индикаторной лампы разными цветами в зависимости от наличия либо отсутствия напряжения в контролируемой сети. Кроме того описанные преимущества могут быть достигнуты с использованием двух индикаторных ламп, которые в зависимости от наличия или отсутствия напряжения контролируемой цепи всегда реализуют в индикаторе напряжения режим свечения одной из них.

Для достижения указанного технического результата по первому варианту устройства используется следующая совокупность существенных признаков: индикатор напряжения содержит транзистор структуры n-p-n, два резистора, индикаторную лампу, блок питания индикатора напряжения, в отличие от прототипа дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора, а индикаторная лампа выполнена светодиодной и содержит два встречно параллельных соединенных светодиода, причем плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первым выводом индикаторной лампы, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом индикаторной лампы и вторым выводом первого дополнительного резистора.

Для достижения указанного технического по второму варианту устройства используется следующая совокупность существенных признаков: индикатор напряжения содержит транзистор, два резистора, индикаторную лампу, блок питания индикатора напряжения, в отличие от прототипа дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора, причем транзистор имеет структуру p-n-p а индикаторная лампа выполнена светодиодной и содержит два встречно параллельных соединенных светодиода, причем плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первым выводом индикаторной лампы, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом индикаторной лампы и вторым выводом первого дополнительного резистора.

Для достижения указанного технического по третьему варианту устройства используется следующая совокупность существенных признаков: индикатор напряжения содержит транзистор структуры n-p-n, два резистора, две индикаторные лампы, блок питания индикатора напряжения, в отличие от прототипа дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора и два диода, причем плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первыми выводами индикаторных ламп, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом первого дополнительного резистора, катодом первого диода и анодом второго диода, катод второго диода подключен ко второму выводу второй индикаторной лампы, а анод первого диода соединен со вторым выводом первой индикаторной лампы.

Для достижения указанного технического по четвертому варианту устройства используется следующая совокупность существенных признаков: индикатор напряжения содержит транзистор, два резистора, две индикаторных лампы, блок питания индикатора напряжения, в отличие от прототипа дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора и два диода, причем транзистор имеет структуру p-n-p а плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первыми выводами индикаторных ламп, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом первого дополнительного резистора, катодом первого диода и анодом второго диода, катод второго диода подключен ко второму выводу второй индикаторной лампы, а анод первого диода соединен со вторым выводом первой индикаторной лампы.

Кроме того в индикаторе напряжения оптоэлектронный ключ, может содержать два встречно параллельных светодиода входной части оптоэлектронного ключа, которые через первый резистор подключены к контролируемой сети постоянного тока.

Кроме того индикатор напряжения может быть снабжен конденсатором и неуправляемым однофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения, причем выводы переменного тока неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключены к контролируемой сети, плюсовой вывод неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен к первому выводу конденсатора и через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения и ко второму выводу конденсатора.

Кроме того индикатор напряжения может быть снабжен конденсатором и неуправляемым многофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения, причем выводы переменного тока неуправляемого мнофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключены к многофазной контролируемой сети, плюсовой вывод неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен к первому выводу конденсатора и через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения и ко второму выводу конденсатора.

Сопоставление предлагаемых изобретений и прототипа показало, что поставленные задачи – обеспечение гальванической развязки измерительной и индикаторной цепей, а также повышения электробезопасности в результате реализации режима свечения индикаторной лампы одним цветом при наличии контролируемого напряжения, либо свечение индикаторной лампы другим цветом в случае отсутствия контролируемого напряжения - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемых изобретений критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электротехники не выявил отдельных отличительных признаков заявляемых изобретений, что позволяет сделать вывод о их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами, где:

на Фиг.1 – представлена базовая схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях постоянного тока собранного с использованием транзистора структуры n-p-n;

на Фиг.2 – представлен базовый вариант схемы индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях постоянного тока собранного с использованием транзистора структуры p-n-p;

на Фиг.3 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях постоянного тока собранного с использованием транзистора структуры n-p-n и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.4 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях постоянного тока собранного с использованием транзистора структуры p-n-p и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.5 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях с различной полярностью контролируемого напряжения собранного с использованием транзистора структуры n-p-n и оптоэлектронного ключа, который содержит два встречно параллельно включенных светодиода входной части;

на Фиг.6 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях с различной полярностью контролируемого напряжения собранного с использованием транзистора структуры p-n-p и оптоэлектронного ключа, который содержит два встречно параллельно включенных светодиода входной части;

на Фиг.7 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях с различной полярностью контролируемого напряжения собранного с использованием транзистора структуры n-p-n и оптоэлектронного ключа, который содержит два встречно параллельно включенных светодиода входной части и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.8 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях с различной полярностью контролируемого напряжения собранного с использованием транзистора структуры p-n-p и оптоэлектронного ключа, который содержит два встречно параллельно включенных светодиода входной части и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.9 - представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях переменного тока собранного с использованием транзистора структуры n-p-n;

на Фиг.10 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях переменного тока собранного с использованием транзистора структуры p-n-p;

на Фиг.11 - представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях переменного тока собранного с использованием транзистора структуры n-p-n и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.12 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях переменного тока собранного с использованием транзистора структуры p-n-p и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.13 - представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях как постоянного, так и многофазного переменного тока собранного с использованием транзистора структуры n-p-n;

на Фиг.14 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях как постоянного, так и многофазного переменного тока собранного с использованием транзистора структуры p-n-p;

на Фиг.15 - представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях как постоянного, так и многофазного переменного тока собранного с использованием транзистора структуры n-p-n и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

на Фиг.16 – представлена схема индикатора напряжения при его использовании в контролируемых сетях как постоянного, так и многофазного переменного тока собранного с использованием транзистора структуры p-n-p и двух раздельных индикаторных ламп одна из которых сигнализирует о наличии контролируемого напряжения, а другая – об отсутствии контролируемого напряжения;

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.1, содержит транзистор 1 структуры n-p-n, два резистора 2 и 3, индикаторную лампу 4, блок питания 5 индикатора напряжения, оптоэлектронный ключ 6, два дополнительных резистора 7 и 8. Индикаторная лампа 4 выполнена светодиодной и содержит два встречно параллельных соединенных светодиода. Плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока 9 через первый резистор 2 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 6, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока 9. К плюсовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора 3 и первого дополнительного резистора 7. Второй вывод второго резистора 3 соединен с первым выводом индикаторной лампы 4, первым выводом второго дополнительного резистора 8 и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6. Второй вывод ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6 подключен к минусовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения и эмиттеру транзистора 1. База транзистора 1 подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора 8. Коллектор транзистора 1 соединен со вторым выводом индикаторной лампы 4 и вторым выводом первого дополнительного резистора 7.

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.2, содержит транзистор 10, два резистора 2 и 3, индикаторную лампу 4, блок питания 5 индикатора напряжения, оптоэлектронный ключ 6, два дополнительных резистора 7 и 8. Транзистор 10 имеет структуру p-n-p. Индикаторная лампа 4 выполнена светодиодной и содержит два встречно параллельных соединенных светодиода. Плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока 9 через первый резистор 2 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 6, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока 9. К минусовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора 3 и первого дополнительного резистора 7. Второй вывод второго резистора 3 соединен с первым выводом индикаторной лампы 4, первым выводом второго дополнительного резистора 8 и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6. Второй вывод ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6 подключен к плюсовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения и эмиттеру транзистора 10. База транзистора 10 подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора 8. Коллектор транзистора 10 соединен со вторым выводом индикаторной лампы 4 и вторым выводом первого дополнительного резистора 7.

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.3, содержит транзистор 1 структуры n-p-n, два резистора 2 и 3, две индикаторные лампы 11 и 12, блок питания 5 индикатора напряжения, оптоэлектронный ключ 6, два дополнительных резистора 7 и 8 и два диода 13 и 14. Плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока 9 через первый резистор 2 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 6, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока 9. К плюсовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора 3 и первого дополнительного резистора 7. Второй вывод второго резистора 3 соединен с первыми выводами индикаторных ламп 11 и 12, первым выводом второго дополнительного резистора 8 и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6. Второй вывод ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6 подключен к минусовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения и эмиттеру транзистора 1. База транзистора 1 подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора 8. Коллектор транзистора 1 соединен со вторым выводом первого дополнительного резистора 7, катодом первого диода 13 и анодом второго диода 14. Катод второго диода 14 подключен ко второму выводу второй индикаторной лампы 12. Анод первого диода 13 соединен со вторым выводом первой индикаторной лампы 11.

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.4, содержит транзистор 10, два резистора 2 и 3, две индикаторных лампы 11 и 12, блок питания 5 индикатора напряжения, оптоэлектронный ключ 6, два дополнительных резистора 7 и 8 и два диода 13 и 14. Транзистор 10 имеет структуру p-n-p. Плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока 9 через первый резистор 2 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 6, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока 9. К минусовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора 3 и первого дополнительного резистора 7. Второй вывод второго резистора 3 соединен с первыми выводами индикаторных ламп 11 и 12, первым выводом второго дополнительного резистора 8 и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6. Второй вывод ключа выходной части оптоэлектронного ключа 6 подключен к плюсовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения и эмиттеру транзистора 10. База транзистора 10 подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора 8. Коллектор транзистора 10 соединен со вторым выводом первого дополнительного резистора 7, катодом первого диода 13 и анодом второго диода 14. Катод второго диода 14 подключен ко второму выводу второй индикаторной лампы 12. Анод первого диода 13 соединен со вторым выводом первой индикаторной лампы 13.

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.5 – Фиг.8, содержит оптоэлектронный ключ 15. Оптоэлектронный ключ 15 содержит два встречно параллельно включенных светодиода входной части оптоэлектронного ключа 10, которые через первый резистор 2 подключены к контролируемой сети постоянного тока 9.

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.9 – Фиг.12, содержит конденсатор 16 и неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 17. Выводы переменного тока неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 17 подключены к контролируемой сети 18. Плюсовой вывод неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 17 подключен к первому выводу конденсатора 16 и через первый резистор 2 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 6. Катод светодиода оптоэлектронного ключа 6 подключен к минусовому выводу неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя 17 напряжения и ко второму выводу конденсатора 16.

Индикатор напряжения, схема которого представлена на Фиг.13 – Фиг.16, содержит конденсатор 16 и неуправляемый многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 19. Выводы переменного тока неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 19 подключены к многофазной контролируемой сети 20. Плюсовой вывод неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 19 подключен к первому выводу конденсатора 16 и через первый резистор 2 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 6. Катод светодиода оптоэлектронного ключа 6 подключен к минусовому выводу неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 19 и ко второму выводу конденсатора 16.

Работа индикатора напряжения происходит следующим образом.

При наличии в контролируемой сети постоянного тока 9 напряжения соответствующей полярности как на Фиг.1 через светодиод оптоэлектронного ключа 6 потечет ток ограниченный сопротивлением первого резистора 2. При этом сработает и включится ключ выходной части оптоэлектронного ключа 6. При этом через индикаторную лампу 4 потечет ток по цепи: от плюсового вывода блока питания 5, через первый дополнительный резистор 7, второй вывод индикаторной лампы 4, через индикаторную лампу 4, первый вывод индикаторной лампы 4, ключ выходной части оптоэлектронного ключа и на минусовой вывод блока питания 5. Кроме того еще один ток потечет в ветви через второй резистор 3 по цепи: от плюсового вывода блока питания 5, через второй резистор 3, ключ выходной части оптоэлектронного ключа 6 и на минусовой вывод блока питания 5. С учетом того что ключ выходной части оптоэлектронного ключа 6 находится во включенном состоянии база транзистора 1 через второй дополнительный резистор 8 будет притянута к эмиттеру транзистора 1 и минусовому выводу блока питания 5 индикатора напряжения. Транзистор 1 находится в закрытом состоянии. При этом будет светиться один из двух встречно-параллельно включенных светодиодов индикаторной лампы 4 (одним из цветов – например, красным), анод которого подключен к общим выводам коллектора транзистора 1 и второму выводу первого дополнительного резистора 7, сигнализируя о наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9.

При отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 ток через светодиод оптоэлектронного ключа 6 не течет и соответственно ключ выходной части оптоэлектронного ключа 6 находится в разомкнутом состоянии. При этом к базе транзистора 1 относительно его эмиттера через последовательно соединенные второй резистор 3 и дополнительный второй резистор 8 будет приложено напряжение блока питания 5 индикатора напряжения. Через базу в эмиттер транзистора 1 потечет ток ограниченный величиной сопротивления последовательно соединенных резисторов: второго резистора 3 и дополнительного второго резистор 8. При этом транзистор 1 открывается и коммутирует цепь питания индикаторной лампы 4 по цепи: от плюсового вывода блока питания 5, через второй резистор 3, первый вывод индикаторной лампы 4, через индикаторную лампу 4, второй вывод индикаторной лампы 4, через переход коллектор - эмиттер транзистора 1 и на минусовой вывод блока питания 5. Кроме того еще один ток потечет в ветви через первый дополнительный резистор 7 по цепи от плюсового вывода блока питания 5, через первый дополнительный резистор 7, переход коллектор - эмиттер транзистора 1 и на минусовой вывод блока питания 5. При этом будет светиться один из двух встречно-параллельно включенных светодиодов индикаторной лампы 4 (одним из цветов – например зеленым), катод которого подключен к общим выводам коллектора транзистора 1 и второму выводу первого дополнительного резистора 7, сигнализируя об отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9.

Таким образом, при исправной схеме индикатора напряжения, индикаторная лампа 4 всегда будет светиться одним из цветов определяемых наличием/отсутствием напряжения в контролируемой сети и цветом свечения одного из двух встречно – паралельно соединенных светодиодов индикаторной лампы 4 (например один - красным, второй - зеленым). В случае работы светодиода анод, которого подключен к общим выводам коллектора транзистора 1 и второму выводу первого дополнительного резистора 7 индикатор напряжения своим свечением (например – красным цветом) будет сигнализировать о наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9. В случае работы светодиода катод, которого подключен к общим выводам коллектора транзистора 1 и второму выводу первого дополнительного резистора 7 индикатор напряжения своим свечением (например – зеленым цветом) будет сигнализировать об отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9. При этом эксплуатирующий или обслуживающий персонал может по цвету свечения индикаторной лампы 4 четко идентифицировать наличие либо отсутствие напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9. Отсутствие свечения индикаторной лампы 4 будет свидетельствовать об отсутствий питания блока питания 5 индикатора напряжения, либо неисправности элементов индикатора напряжения.

На Фиг.2 представлена схема индикатора напряжения, реализованная на основе транзистора 10 имеющего структуру p-n-n комплементарную относительно структуры полупроводника транзистора 1 (Фиг.1) имеющего структуру n-p-n. Работа схемы происходит аналогичным образом за тем лишь исключением, что при наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 будет светиться один из двух встречно-параллельно включенных светодиодов индикаторной лампы 4, катод которого подключен к общим выводам коллектора транзистора 10 и второму выводу первого дополнительного резистора 7. А при отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 будет светиться один из двух встречно-параллельно включенных светодиодов индикаторной лампы 4, анод которого подключен к общим выводам коллектора транзистора 10 и второму выводу первого дополнительного резистора 7.

На Фиг. 3 изображена схема индикатора напряжения, которая позволяет использовать конструктивно отдельные индикаторные лампы 11 и 12, одна из которых будет сигнализировать о наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9, а другая об отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9. Для согласования свечения индикаторных ламп 11 и 12 при наличии и отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 в схеме индикатора напряжения установлены диоды 13 и 14. В качестве индикаторных ламп 11, 12 индикатора напряжения могут быть использованы различные типы индикаторных ламп (лампы накаливания, газоразрядные, светодиодные лампы и т.д.). Работа схемы происходит аналогичным образом и не требует дополнительных пояснений. При наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 (Фиг.3) будет светиться индикаторная лампа 12. А при отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 (Фиг.3) будет светиться индикаторная лампа 11.

На Фиг. 4 изображена схема индикатора напряжения аналогичная схеме индикатора напряжения изображенного на Фиг.3 только реализованная на основе транзистора 10 имеющего структуру p-n-n комплементарную относительно структуры полупроводника транзистора 1 (Фиг.3) имеющего структуру n-p-n. Работа схемы происходит аналогичным образом за тем лишь исключением, что при наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 будет светиться индикаторная лампа 11, а при отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 будет светиться индикаторная лампа 12.

Для расширения функциональных возможностей предложенных схем индикаторов напряжения (Фиг.1-Фиг.4), они могут быть снабжены оптоэлектронным ключом 15 (Фиг.5-Фиг.8 соответственно), который содержит два встречно параллельно включенных светодиода входной части оптоэлектронного ключа 15. При этом такой индикатор напряжения способен подключаться к контролируемой сети постоянного тока 9 без соблюдения полярности подключения входной части индикатора напряжения, как это было необходимо сделать в схемах, изображенных на Фиг.1-Фиг.4. Схемы индикаторов напряжения, изображенные на Фиг.5-Фиг.8 являются более универсальными, для них не важна цоколёвка подключения их входных частей. Кроме того в такой схеме невозможно вывести из строя входную часть оптоэлектронного ключа 15 от неправильной полярности при подключении индикатора напряжения к контролируемой сети постоянного тока 9.

Для расширения функциональных возможностей предложенных схем индикаторов напряжения (Фиг.1-Фиг.4), они могут быть снабжены дополнительными конденсатором 16 и неуправляемым однофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения 17 (Фиг.9-Фиг.12 соответственно). Неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 17 осуществляет функции однофазного выпрямителя, а конденсатор 16 выполняет функции низкочастотного фильтра для питания входной части оптоэлектронного ключа 6. При этом такой индикатор напряжения обладает свойством универсальности и может осуществлять контроль наличия либо отсутствия напряжения контролируемой сети 18 как постоянного, так и однофазного переменного тока. Следует отметить, что при такой схеме подключения индикатора напряжения в контролируемой сети 18 на постоянном токе также неважна полярность подключения выводов переменного тока неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 17 к контролируемой сети 18.

При необходимости контроля наличия либо отсутствия напряжения в многофазной электрической цепи переменного тока предложенные схемы индикаторов напряжения (Фиг.1-Фиг.4) могут быть снабжены конденсатором 16 и неуправляемым многофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения 19 (Фиг.13-Фиг.16 соответственно). Неуправляемый многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 19 осуществляет функции многофазного выпрямителя, а конденсатор 16 выполняет функции низкочастотного фильтра для питания входной части оптоэлектронного ключа 6. При этом такой индикатор напряжения обладает свойством универсальности и может осуществлять контроль наличия либо отсутствия напряжения в многофазной контролируемой сети 20 как постоянного, так и переменного тока. При контроле напряжения в многофазной контролируемой сети 20 индикатор напряжения (Фиг.13-Фиг.16) способен осуществлять контроль наличия напряжения любой фазности равной либо меньшей фазности неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 20.

Назначение основных элементов в схеме индикатора напряжения:

- транзистор 1 и транзистор 10 выполняют функции ключевого элемента и осуществляют изменение полярности напряжения подводимого к индикаторной лампе 4 (либо индикаторным лампам 11 и 12) в зависимости от состояния оптоэлектронного ключа 6 или 15 (наличия либо отсутствия напряжения в контролируемой сети);

- первый резистор 2 задает чувствительность индикатора напряжения либо другими словами порог индикации контролируемого напряжения;

- второй резистор 3 и первый дополнительный резистор 7 выполняют роль балластных, а также согласующих элементов для изменения полярности напряжения при питании индикаторной лампы 4 (либо индикаторных ламп 11 и 12);

- второй дополнительный резистор 8 выполняет роль токоограничительного для задания тока базы транзистора 1 или транзистора 10 в зависимости от схемы индикатора напряжения;

- индикаторная лампа 4 светится одним светом при наличии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 (Фиг.1 - Фиг.8) (либо контролируемой сети 18 - Фиг.9 - Фиг.12, либо многофазной контролируемой сети 20 - Фиг.13 - Фиг.16) и светится другим цветом при отсутствии напряжения в контролируемой сети постоянного тока 9 (Фиг.1 - Фиг.8) (либо контролируемой сети 18 - Фиг.9 - Фиг.12, либо многофазной контролируемой сети 20 - Фиг.13 - Фиг.16);

- индикаторные лампы 11, 12 при работе индикатора напряжения светится только какая либо одна из них при этом одна сигнализирует о наличии напряжения в контролируемой сети, а вторая об отсутствии напряжения в контролируемой сети;

- блок питания 5 индикатора напряжения предназначен для осуществления питания элементов индикатора напряжения;

- оптоэлектронный ключ 6 или 15 выполняет функции гальванической развязки измерительной и индикаторной цепи, а также осуществляет коммутацию и изменение полярности подводимого напряжения к индикаторной лампе 4;

- диоды 13 и 14 предназначены для согласования свечения индикаторных ламп 11 и 12 при наличии и отсутствии напряжения в контролируемой сети;

- конденсатор 16 выполняет функции низкочастотного фильтра для питания входной части оптоэлектронного ключа 6;

- неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 17 осуществляет функции однофазного выпрямителя напряжения;

- неуправляемый многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 19 осуществляет функции многофазного выпрямителя напряжения.

Предложенная схема индикатора напряжения может быть использована для индикации наличия либо отсутствия контролируемого напряжения в любых существующих электрических сетях либо может быть использована в различных электрических преобразователях для осуществления безопасной индикации наличия либо отсутствия напряжения в контролируемой сети. Предложенная схема индикатора напряжения имеет гальваническую развязку измерительной и индикаторной цепей, содержит минимальное количество элементов, отличается простотой, а также обеспечивает высокую степень электробезопасности как самой контролируемой установки, так и эксплуатирующего и обслуживающего ее персонала. Кроме того, схема индикатора напряжения отличается универсальностью и может работать как на постоянном, так и переменном токе.

Изобретение было создано на кафедре «Электропривода и электрооборудования береговых установок» ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» и апробировано на имитационной математической модели и собранном макетном образце. Полученные результаты позволяют сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

Настоящие изобретения относятся к устройствам индикации напряжения и предназначены для индикации наличия или отсутствия контролируемого напряжения. Предлагаемые устройства могут быть использованы в высоковольтных электрических сетях, устройствах распределения электроэнергии, а также в электрических преобразователях для индикации наличия, а также отсутствия высокого напряжения в сетях как постоянного, так и переменного тока. Сущность заявленных устройств заключается в том, что индикатор напряжения содержит оптоэлектронный ключ, транзистор, резисторы, блок питания и индикаторную лампу, выполненную светодиодной и содержащей два встречно-параллельно включенных светодиода. Оптоэлектронный ключ обеспечивает гальваническую развязку контролируемой цепи и цепи питания индикаторных ламп, а также совместно с транзистором и резисторами реализует режим свечения рассеивателя индикаторной лампы разными цветами в зависимости от наличия либо отсутствия контролируемого напряжения. Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений выступает обеспечение гальванической развязки измерительной и индикаторной цепей, упрощение схемы подключения индикаторной лампы, возможности работы как в сетях постоянного, так и переменного тока, а также повышение электробезопасности при его использовании. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Индикатор напряжения, содержащий транзистор структуры n-p-n, два резистора, индикаторную лампу, блок питания индикатора напряжения, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора, а индикаторная лампа выполнена светодиодной и содержит два встречно-параллельных соединенных светодиода, причем плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первым выводом индикаторной лампы, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом индикаторной лампы и вторым выводом первого дополнительного резистора.

2. Индикатор напряжения, содержащий транзистор, два резистора, индикаторную лампу, блок питания индикатора напряжения, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора, причем транзистор имеет структуру p-n-p, а индикаторная лампа выполнена светодиодной и содержит два встречно-параллельных соединенных светодиода, причем плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первым выводом индикаторной лампы, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом индикаторной лампы и вторым выводом первого дополнительного резистора.

3. Индикатор напряжения, содержащий транзистор структуры n-p-n, два резистора, две индикаторные лампы, блок питания индикатора напряжения, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора и два диода, причем плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первыми выводами индикаторных ламп, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом первого дополнительного резистора, катодом первого диода и анодом второго диода, катод второго диода подключен ко второму выводу второй индикаторной лампы, а анод первого диода соединен со вторым выводом первой индикаторной лампы.

4. Индикатор напряжения, содержащий транзистор, два резистора, две индикаторные лампы, блок питания индикатора напряжения, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, два дополнительных резистора и два диода, причем транзистор имеет структуру p-n-p, а плюсовой вывод контролируемой сети постоянного тока через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу контролируемой сети постоянного тока, к минусовому выводу блока питания индикатора напряжения подключены первые выводы второго резистора и первого дополнительного резистора, второй вывод второго резистора соединен с первыми выводами индикаторных ламп, первым выводом второго дополнительного резистора и первым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу блока питания индикатора напряжения и эмиттеру транзистора, база которого подключена ко второму выводу второго дополнительного резистора, а коллектор транзистора соединен со вторым выводом первого дополнительного резистора, катодом первого диода и анодом второго диода, катод второго диода подключен ко второму выводу второй индикаторной лампы, а анод первого диода соединен со вторым выводом первой индикаторной лампы.

5. Индикатор напряжения по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что оптоэлектронный ключ содержит два встречно-параллельных светодиода входной части оптоэлектронного ключа, которые через первый резистор подключены к контролируемой сети постоянного тока.

6. Индикатор напряжения по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что снабжен конденсатором и неуправляемым однофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения, причем выводы переменного тока неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключены к контролируемой сети, плюсовой вывод неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен к первому выводу конденсатора и через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения и ко второму выводу конденсатора.

7. Индикатор напряжения по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что снабжен конденсатором и неуправляемым многофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения, причем выводы переменного тока неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключены к многофазной контролируемой сети, плюсовой вывод неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен к первому выводу конденсатора и через первый резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа, катод которого подключен к минусовому выводу неуправляемого многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения и ко второму выводу конденсатора.