Устройство для автоматического измерения продолжительности горения электрической дуги на контактах коммутационного аппарата Советский патент 1983 года по МПК H01H33/00 

/{cf/ ff/ запускающего импу/1ьса

tsD

СО

IsD СП

О

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬКОСТИ ГОРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ НА КОНТАКТАХ КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА,содержащее в каналах запуска и останова соответственно датчики напряжения и тока дуги, блоки формирова:ния импульсов, блоки гальванической развязки, соединяющие датчики с блоками формирования импульсов, и электронный измеритель интервалов времени, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измеренкй, в каждый канал введен блок повышения входного сопротивления и деполяризации входного сигнала, вход которого соединен с соответствующим данному каналу датчиком, а выход - с блоком гальванической развязки, соединенным на выходе с входом блока формирования соответствующего импульса, выход которого выполнен низкоомным и соединен с соответствующим входом измерителя интервалов времени, а также введен Общий для каналов запуска и останова блок .запрета формирования ложных импульсов-, вход которого соединен сл с блоком формирования импульса в : канале останова, а выход - с блос: ками формирования импульсов в обоих каналах.

Канал останавлибающего . импи/ibcci

Фиг.1

входного сигнала в канале останова снабжен регулятором уровня входного сигнала.

света со сложной фокусирующей оптикой. Это также затрудняег создание компактных и точных переносных устройств для измерения продолжительности горения дуги. Использование электронного измерителя интервалов времени (электронного частотомера), который имеет высокоомные входы, делает такие устройства очень чувствительными к маломощным электромагнитным помехам (радиопомехам), сбздаваемыГ1 на испытательном стенде многочисленной контактной аппаратурой управления и проникающим в элементы устройства, гальванически связанные с входными цепями измерителя .интервалов времени. Это также приводит к искажению результатов измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического измерения продолжительности горения электрической дуги на контактах коммутационного аппарата, содержащем в каналах запуска и останова соответственно датчики напряжения и тока дуги, блоки формирования импульсов, блоки гальванической развязки посредством связи датчиков с формирователем импульсов и электронный измеритель интервалов времени, в каждый канал введен блок повышения входногр сопротивления и деполяризации входного сигнала, вход которого соединен с соответствующим данному каналу датчиком, а выход - с блоком гальванической развязки, соединенным на выходе с входом блока формирования соответствующего импульса, выход которого . выполнен низкоомным и соединен с соответствующим входом измерителя интервалов времени, а также вгеден общий для каналов запуска и останова блок запрета формирования ложных импульсов, вход которого соединен с блоком формирования импульса в канале останова, ai выход - с блоками формирования импульсов в обоих каналах.

С целью снижения массогабаритных показателей блрк гальваничесКой развязки выполнен .на тиристорных оптронах.

С целью обеспечения возможности iодновременной с измерениями регистрации напряжения на контактах коммутационного аппарата, блок повышения входного сопротивления и деполяризации входного сигнала в канале останова снабжен регулятором уровня входного сигнала.

С целью обеспечения измерений в заданном непрерывном цикле коммутационных операций с малыми интерiвалами времени между ними, устройство снабжено блоком автоматического возврата схемы в исходное состояние . Связь новой совокупности признаков с получаемым положительным эффектом выражается в том, что при введении в схему устройства блока повышения входного сопротивления и деполяризации входного сигнала

0 устройство не оказывает заметного влияния на процессы коммутации и, . следовательно, на время горения дуги на контактах аппарата, при введении в схему блока запрета формирования ложных импульсов устройст5во реагирует только на те последовательности поступления сигналов датчиков, которые соответствуют возможным при испытании коммутационным операциям (О -отключения и

0 ВО -включения с последующим отключением) , при выполнении у формирователей импульсов низкоомных выходов устройство становится помехоустойчивым. Все это повышает досто5верность и точность измерений продолжительности торения дуги.

Кроме того, применение тиристорных оптронов позволяет в десятки раз уменьшить массогабаритные. по0казатели устройства за счет исключения сложной оптической системы и магнитоэлектрических механизмов, выполнение регулятора уровня входного сигнала в канале останова поз5воляет устранить подачу ложных сигналов при подключении измерительнорегистрирукяцих приборов к контактам коммутационного аппарата, а введение блока автоматического возвра0та схема в исходное состояние дает возможность фиксировать все измерения при непрерывном цикле коммутационных операций с интервалами времени между ними 5-10 с. ,.

На фиг. 1 изображена блок-схема

5 устройства для измерения продолжительности гррения дуги; на фиг. 2 схема силовой коммутируемой цепи и в качестве примера схема конкре.тного исполнения устройства для из0мерения продолжительности горения дуги; на фиг. 3 - типичная осциллограмма изменения тока в силовой цепи и напряжения Hj, на контакте при гашении дуги, а также запускаю5щего Hjijif, и останавливающего импульсов на соответствующих входах измерителя интервалов времени.

Устройство содержит (Фиг. 1)

0 датчики 1 и 2, сигнализирующие соответственно о наличии напряжения на контакте аппарата и тока в силовой цепи, и подключенные к блокам 3 и 4 повышения входного сопротив- . ления и деполяризации входного

5 сигнала, выходы которых соединены соответственно с входами блоков 5 и 6 гальванической развязки посред ством оптической связи. Выходы бло ков 5 и 6 подключены к входам соответственно блоков 7 и 8 формирования запускающего и оста,навливающего импульсов низкоомные выходы которых соединены.с соответствующи ми входами (запуска и останова) блока 9, представляющего собой эле ронный измеритель интервалов време ни между запускающим и останавливающим импульсом. Датчик 1 и блоки 3, 5 и 7 составляют в совокупности канал запускающего импульса, а датчик 2 и блоки 4, би8-канал останавливающего импульса. Кроме того, в устройство входит блок 10 запрета формирования ложны импульсов, вход которого соединен с блоком 8 формирования останавливающего импульса, а выходы - с бло ками 7 и 8 формирования импульсов в обоих каналах и с входом блока 1 автоматического возврата схемы в исходное состояние. Пример практической реализации схемы устройства представлен на фиг. 2, В соответствии с блок-схемой устройства элементы, входящие в тот или иной блок, обведены общей штри совой линией, сноской к , ко торой указывается номер блока. Устройство также содержит схемы силовой коммутируемой цепи (утолщенной линией) и подключения регис ратора напряжения 12 к контакту 13 коммутационного аппарата, который используется в качестве датчика на ряжения (блок 1) в схеме устройства. Непосредственно к контакту 13 через высокоомные сопротивления 14 и 15 подключен выпрямительный мост 16, выход которого соединен с усилителем, выполненньам на транзис торах 17-19 и подключенным к цепи управляющего электрода тиристорного оптрона 20, служащего для гальванической развязки блоков 3 и 7. Цепь силового электрода тиристорного оптрона 20 соединена с входом блока 7, содержащего RC-цепь с кон денсатором 21 и параллельно ему включенным опорным стабиловольтом 22, ключевой элемент 23, выполненный по схеме транзисторного аналога двухбазового диода, низкоомное нагрузочное сопротивление 24 в цепи которого является выходным для канала запускающего импульса, дели тель напряже.ния на резисторах 25-27 и ключевые элементы на транзисторах 28 и 29 с опорным стабило вольтом 30 и шунтирующим диодом 31 Датчикам тока (блок 2) в канал останавливающего импульса является активное сопротивление 32, представляющее собой часть полного (активно-индуктивного) сопротивления нагрузки силовой цепи, коммутируемой контактом 13. К сопротивлению 32 через высокоомные сопротивления 33 и 34, выпрямительный мост 35 и переключатель 36 уровня входного сигнала подключен усилитель, выполненный на транзисторах 37-39 и соединенный на выходе с управляющим электродом тиристорного оптрона 40, служащего для гальванической развязки блоков 4 и 8. Цепь силоВых электродов оптрона 40 соединена с входом блока 8, содержащего RC-цепь с конденсатором 41 и включенным параллельно ему опорным стабиловольтом 42, ключевой элемент 43, выполненный по схеме транзисторного аналога двухбазового диода, низкоомное сопротивление 44 в цепи которого является выходным для канала останавливагадего импульса, делитель напряжения с резисторами 45 и 46 и ключевой элемент на транзисторе 47 с опорным стабиловольтом 48 и шунтирующими диодами 49 и 50. Блок 8 гальванически связан с блоком 10 через шунтирующий диод 51, подключенный к конденсатору 52, зарядной RC-цепи на входе блока 10, содержащего также ключевой элемент 53, выполненный по схеме транзисторного аналога двухбазового диода, ключевой элемент на тиристоре 54 с шунтирующим диодом 55 и ключевой элемент на транзисторе 56 с опорным стабиловольтом 57 и шунтирующими диодами 58-60, через которые осуществляется .гальваническая связь блока 10 соответственно с блоками 8, 7 и 11. Блок 11 состоит из RC-цепи с конденсатором 61/ ключевого элемента 62, выполненного по схеме транзис- торного аналога двухбазового диода, и ключевого элемента на транзисторах 63 и 64. На фиг« 2 не показана схема блока 9, так как в качестве его обьачно используется один из серийно выпускаемых промышленностью электронных частотомеров, позволяющих с высокой точностью измерять интервалы времени между двумя импульсами. Повышение входного сопротивления в блоках 3 и 4 достигается не только выбором высокоомных входных сопротивлений 14, 15, и 33, 34, но и каскадной схемой включения транзисторов 17-19 и 37-39. Деполяризация входного сигнала в этих блоках осуществляется выпрямительными мостами 16 и-35. Поэтому при эксплуатации устройства не требуется соблюдать полярность при подключенуи его к контакту 13 и активному сопротивлению 32 силовой цепи.

Устройство работает следукнцим образом.

При подаче напряжения на силовую коммутируемую цепь оно оказьшается приложенным к разомкнутому контакту аппарата и регистрируется датчиком 1. Это напряжение преобразуется в блоке 3 в соответствующий электрический сигнал, который по оптической связи блока 5 поступает на вход блока 7. Однако формирование запускающего импульса в блоке 7 не происходит, так как при этом с стороны блока 10 в блок 7 не поступает разрешакяцая команда (такая команда вырабатывается блоком 10 только тогда, когда в силовой цепи протекает ток).

При замыкании контакта аппарата падение напряжения на нем чрезвычайно мало (не превышает сотых долей вольта). Поэтому поступление сигнала от датчика 1 к блоку 7 прекращается и формирование запускающего импульса по этой причине становится невозможным. Одновременно с за- мыканием контакта через нагрузочное сопротивление силовой цепи начинает протекать ток. Падение напряжения н активной части этого сопротивления регистрируется датчиком 2 и преобразуется в блоке 4 в сигнал, который по оптической связи блока б поступает на вход блока 8 и через него в блок 10, При этом блок 10 посылает в блоки 7 и 8 сигналы, разрешамхцие подготовку к формированию в них соответственно запускающего и /останавливакхцего импульсов, а в блок (11 - сигнал на автоматический возврат схемы в исходное состояние после Измерений.

Если теперь происходит размыкание контакта аппарата с образованием дугового разряда, то возникающее на нем падение напряжения, зарегистрированное датчиком 1, преобразуется в блоке 3 в соответствующий сигНсш, который через блок 5 поступает на вход блока 7, подготовленного уже к формированию запускающего импульса командой из блока 10. Блок 7 формирует на своем низкоомном выходе запускающий импульс, который ;поступает на вход запуска блока 9 измерителя интервалов времени«с этого момента начинается отсчет времени блоке 9.

При погасании дугового разряда на разомкнутом контакте аппарата прекращается протекание тока по силовой цепи и, следовательно, поступление сигнала от датчика 2, Это в конечном итоге приводит к фо ялированию блоком 8 (ранее получившим разрешающую

команду от блока 10) останавливающе.го импульса, который с низкоомного выхода блока 8 поступает на вход останова блока 9, прекращающего с этого момента счет времени. Сброс показаний блока 9 производится эхим блоком -автоматически по истечении заданного интервала времени после окончания счета. Также по истечении заданного интервала времени,

0 достаточного для проведения измерений, блрк 11 возвращает схему измерения времени горения дуги в исходное состояние, кратковременно снимая питание ее элементов, после чего процесс измерения может быть

5 повторен.

Введение в схему устройства блоков 10 и 11 вызвано следующими обстоятельствами. Как в процессе эксплуатации, так и при испытаниях

0 аппарат должен выполнять коммутационные операции: отключения (операция О) и включения с последующим отключением (операция ВО). Порядок поступления сигналов с датчиков

5 1 и 2 в схему устройства при этих операциях различен. Функциональное назначение блока 10 состоит в том, чтобы -давать разрешб;ние на формирование импульсов запуска и остано0ва устройства только при тех последовательностях поступления сигналов от датчиков, которые соответст вуют этим операциям, и не дгшать при всех других (например, при пода5че напряжения на разомкнутый контакт или замыкании контакта при отсутствии тока в коммутируемой цепи).

При испытаниях на коммутационную способность или коммут|1ционную износостойкость аппарат должен вы0полнить заданный цикл коммутационных операций (О или ВО) с заданными малыми интерваламивремени между ними. В этом случае оператор может не успевать (или забывать)

5 вернуть схему устройства в исходное состояние после завершения очередного измерения, что приведет к нарушению непрерывности измерений. Функциональное назначение .блока 11

0 состоит в том, что он автоматически производит возврат схемы устройства в исходное состояние по истечении интервала времени, несколько меньшего, чем интервал между комму5тационными операциями, обеспечивая тем caiwa kj непрерывность измерений и позволяя оператору целиком сосредоточить свое вниманиена регистрации быстро сменяющихся результа0тов измерений на цифровом табло блока 9.

Применение электронного измерителя интервалов времени (блок 9) Требует защиты от проникновения на

5 его высокоомные входы запуска и останова даже маломощных электромагнитных помех (радиопомех), которые могут вызвать ложные запуски и остановы этого измерителя, т.е. иска зить результаты измерений. Для уничтожения радиопомех, проникающих в элементы устройства, гальваничес связанные с входами измерителя интервалов времени,, выходы блоков 7 и 8 выполнены низкоомными. При разомкнутом контакте 13 апп рата и подаче напряжения на силову .коммутируемую цепь это напряжение оказывается целиком приложенным к контакту 13 и через сопротивления 14 и 15 выпрямительный мост 16 и базо-эмиттерные переходы транзисто ров 17-19 будет протекать ток, который приведет к открыванию транзистора 19, Коллекторный ток этого транзистора, протекающий в цепи управляющего электрода тиристора юптрона 20, вызывает открывание последнего. Сопротивление в цепи тиристорного оптрона 20 выбрано таким, чтобы ток этой цепи был мен ше тока выключения тиристорного оп трона. Поэтому при .отсутствии тока в цепи управляющего электрода тиристорный оптрон будет закрыт. Также работают элементы аналогичнЕлх блоков в канале останавливаю щего импульса. Так как контакт 13 разомкнут, то подача напряжения на силовую цепь не приводит к появлению в ней тока, и на нагрузочном, активном сопротивлении 32 отсутствует, падение напряжения. Поэтому через сопротивления 33 и 34, выпрямительный мост 35 и базо-эмиттерные переходы транзисторов 37-39 ток не протекает, и тиристорный оптрон 40 остается закрытым. Для того, чтобы небольшой ток, протекающий по нагрузочному сопротивлению 32 при разомкнутом контакте 13 в случае подключения к контакту регистратора напряжения (например, показано на фиг, 2, осци.гшографического галь ванометра 12), не вызвал подачу лож ного сигнала, в канале останавливаю щего импульса выполнен резисторный делитель напряжения, позволяющий посредством перек.пючателя 36 изменять порог срабатывания схемы. Остальные основные элементы схемы в случае, когда при разомкнутом контакте 13 на коммутируемую цепь подано напряжение, находятся в следующем состоянии: транзисторы 23 и 29 закрыты, тиристор,.54 закрыт, транзистор 56 открыт и шунтирует своим эмиттер-коллекторным переходом через диоды 58-60 соответственно конденсаторы 41, 21 и 61, транзистор 47 открыт и шунтирует своим эмиттер-коллекторным переходом через диод 51 конденсатор 52 и через диод 49 резистор 46, Формирователи запускающего и останавливающего импульсов, выполненные по схеме транзисторного аналога двухбазового диода 23 и 43, также закрыты. При последующем включении испытуемого аппарата его контакт 13 замыкается, и напряжение на нем падает практически до нуля, а по силовой цепи начинает протекать ток и на нагрузочном сопротивлении 32 возникает падение напряжения. Это приводит к закрытию тиристорного оптрона 20 и к открытию тиристорного оптрона 40, который через диод 50 зашунтирует стабиловольт 48 и последовательно с ним включенный эмиттербазовый переход транзистора 47. Это ведет к закрытию транзистора 47 и расшунтированию конденсатора 52 и резистора 46. Конденсатор 52 быстро зарядится до напряжения срабатывания транзисторного аналога двухбазового диода 53, который откроется и подаст импульс тока на;управляющий электрод тиристора 54. Последний откроется и зашунтирует через диод 55 стабиловольт 57, включенный в цепь базы транзистора 56, Транзистор 56 закроется и расшунтирует конденсаторы 21,41 и 61, Конденсатор 21 зарядится до напряжения- стабилизации стабиловольта 22,а конденсатор 41 - до напряжения стабилизации стабиловольта 42, Эти напряжения выбраны меньшими, чем напряжения срабатывания соответствующих транзисторных аналогов двубазового диода 23 (напряжение на резисторе 27) и 43 (напряжение на резисторах 45 и- 46). Поэтому последние не сработают, и формирования запускающего и останавливающего импульсов не произойдет. При последующем размыкании контакта 13 и образовании дугового разряда на нем появляется напряжение, :что, как описано выше, приводит к |вк.гаочению тиристорного оптрона 20, |который через диод 31, зашунтирует стабиловольт 30 и последовательно с ним включенный эмиттер-базовый переход транзистора 29, Это вызывает закрытие транзисторов 29 и 28, Транзистор 28 расшунтирует своим эмиттер-коллекторным переходом резистор 25, который при этом оказывается вк.гаоченным в цепь делителя напряжения совместно с резисторами 26 и 27, В результате напряжения на резисторе 27 скачкообразно уменьшается и становится меньше напряжения на конденсаторе 21, Транзисторный аналог двухбазового диода 23 открывается, и конденсатор 21 разряжается через сопротивление 24, на котором и формируется запускаюнщй импульс, совпадающий по моменту времени с началом возникновения дугового разряда на контакте 13 (см. фиг.. 3). Сопротивление 24, к которому непосредственно подключается вход запуска измерителя интервалов времени, выбранонизкоомным, что устраняет возможность ложного запуска измерителя сигналом радиопомехи. С момента формирования запускающего импульса начинается отсчет времени измерителем.

При погасании дугового разряда на контакте 13 прерывается ток в силовой коммутируемый цепи, и, следовательно, исчезает .падение напряжения на нагрузочном сопротивлении 32. Это приводит к закрытию оптро а 40 и .открытию транзистора 47, который своим эмиттер-коллекторным переходом через диод 49 шунтирует резистор 46. В результате на;пряжение на резисторе 45, которое определяет порог сраба П 1ванйя аналога 1двухбазового диода 43, снижается. Так как теперь напряжение на конденсаторе 41 оказывается выше напряжения на резисторе 45, то аналог двухбазового диода 43 открывается, и конденсатор 41 разряжается через резистор 44, на нем останавливающий импульс. Для устранения ложных остановов измерителя интервалов времени сигнсшами радиопомех резистор.44, к которому непосредственно подключен вход останова из(Мерителя, выбран тгисже низкоомным. Момент формирования осханавливакхцего импульса совпгщает с моментом

гашения дугового разряда на контакте 13 (см. фиг. 3). .Формированием этого импульса прекращается отсчет времени измерителем.

Возврат схемы в исходное состояние и подготовка ее к следующему. измерению происходит следующим образом. Как отмечалось выше, появление тока в коммутируемой цепи приводит к расшунтированию конденсатора 61 трсшзистором 56, Конденсатор 61 начинает заряжаться и после того, как напряжение на нем достигает напряжения срабатывания транзисторного аналога двубазового диода

5 62, последний открывается и 61 разряжается черёз эмиттер-базо- , вые цепи транзисторов 63 и 64. При этом транзистор 64 своим эмиттерколлекторным переходом шунтирует

0 питание схемы на время разряда конденсатора 61. В результате тиристор 54 закроется, а все транзисторные аналоги двубазового диода вернутся в исходное состояние. После завершения разряда конеднсатрра 61 транзисторы 63 и 64 закроются, а питание схемы восстановится и она будет ;подготовлена к последующему измере1нию.

0

Время заряда конденсатора 61

до напряжения срабатывания аналога двухбазового диода 62 выбрано заранее намного большим, чем требуемое при испытании время пребывания конэ такта.под током (обычно не более

1с) и максимально допустимое время горения дуги (не более 0,3 с). Поэтому работа блока 11 - возврата схемы в исходное состояние - не

0 влияет на процесс измерения.