Искробезопасный источник питания Советский патент 1984 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к искробезопасным источником питания устройств автоматики, телемеханики; связи, работающих во взрывоопасных средах на угольных шахтах,и может быть использовано также в нефтегазовой и химической промыншенности. Известен искробезопасный источник питания, содержащий источник ЭДС, блок автоматического повторного включения, вспомогательный тиристор, шунтирующий тиристор, измерительный резистор и датчик начала разряда. Источник ЭДС, измерительный резистор и датчик начала разряда включены последовательно с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены параллельно нагрузке, причем управляюгций электрод вспомогательного тиристора подключен к измерительному резистору, а управляющий электрод шун тирующего тиристора - к датчику начал разряда l . Недостатком известного устройства является возможность его работы только в цепях с сосредоточенными индуктивными элементами, обеспечение искро безопасности которых достигается использованием высокоэффективных искрозащитных шунтов. Это ограничивает возможность применения данного устройства в электрических цепях с длинными линиями связи, так как при коммутации цепи магнитная энергия, запасенная в 35 линии, полностью вьщеляется в электри-t ческом разряде, что приводит к существенному снижению допустимой искробезопасной мощности.

Наиболее близким к предлагаемому 40 по своей технической сущности и достигаемому эффекту является искробезопасный источник питания, содержащий и :точник ЭДС выпрямленного тока, ограничительный резистор ,последователь-:45 ньм ключевой элемент, шунтируниций тиристор, вспомогательный тиристор,, ка-год которого подключен к измерительному резистору, датчик начала разряда с формирователем управляющего сиг- 50 нала, нагрузку и пороговый элемент, причем источник ЭДС выпрямленного тока, измерительный резистор, последовательньм ключевой элемент и датчик начала разряда включены последователь-55 но с нагрузкой, вспомогательный н щунтирующий тиристоры подключены параллельно нагрузке, выход формироватиристор, вспомогательный тиристор, катод которого подключен к измерительному резистору, датчик начала разряда с формирователем управляющего сигнала, нагрузку и пороговый элемент причем источник ЭДС выпрямленного тока, измерительный резистор, последовательный ключевой элемент и датчик начапа разряда включены последовательно с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены параллельно нагрузке, выход формирователя управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтирующего тиристора, он дополнительно снабжен вторьм ограничительным резистором, BTop№d пороговым элемектом и диодом, а последовательньм ключевой элемент выполнен в виде транзистора, при этом эмиттер транзистора через защит ый диод в прямом направлении соединен с измерительным резистором, а его база через ограничительньи резистор подподключена к положительному полюсу источника ЭДС н к катоду порогового элемента5 выполненного в виде стабилитрона, анод которого включен между измерительным резистором и отрицятеля управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтирующего тиристора 2j, Однако известное устройство имеет ряд недостатков, которые снижают допустимую величину искробезопасной мощности. К ним относится сравнительно большое время отключения последовательного ключевого элемента, обусловленное использованием тиристора со схемой принудительного запирания, наличие измерительного резистора в цепи управления вспомогательного тиристора, что увеличивает потери и снижает КПД источника. Б цепях выпрямленного тока известное устройство ограничивает возможность перехода на повышенное напряжение питания, которое- наиболее выгодно использовать с точки зрения повышения искробезопасной мощности при большой длине линии связи. Цель изобретения - повышение искробезопасной мощности в цепях с длинными линиями связи. Цель достигается тем, что искробезопасный источник питания, содержащий источник ЭДС выпрямленного тока, ограничительный резистор, последователь„ ключевой .элемент, шунтирующий тельным полюсом источника ЭДС, катод стабилитрона второго порогового элемента включен между коллектором транзистора и датчиком контроля нача ла разряда, а его анод соединен с уп равляющим переходом вспомогательного тиристора и через второй ограничител ный резистор подключен к катоду защи ного диода и к катоду вспомогательного тиристора. На чертеже представлена cjceMa предлагаемого искробезопасного источ ника питания. йскробезопасный источник питания содержит источник 1 ЭДС выпрямленног тока, ограничительный резистор 2, шунтирующий тиристор 3, вспомогательный тиристор 4, датчик 5 начала разряда с формирователем 6 управляющего сигнала и нагрузку 7. Йскробезопасный источник питания содержит также последовательный ключевой элемент, выполненный на транзисторе 8, защитньш диод 9 в цепи эмиттера, резисторе 10 и стабилитрон 11, в цепи базы транзистора, порогового элемента на стабилитроне 12 и ограничительный резистор 13, тирис тор 14 и развязывающий диод 15, предусмотренные для автоматического пов торного включения. При этом источник 1 ЭДС выпрямленного тока, ограничительный резистор 2, последовател ный ключевой элемент 8, датчик 5 начала разряда включены последовательно с нагрузкой 7. Вспомогательный 4 и шунтирующий 3 тиристоры подключены параллельно нагрузке. Выход формирователя 6 управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтирукмцего тиристора 3. Эмиттер транзистора 8 через защитный диод 9 в прямом направлении соединен с измеритгльным резистором 2, а его база через резистор 10 подключена к положительному полюсу источника 1 ЭДС и к катоду стабилитрона 11 первого порогового элемента, анод которого вкл чен между ограничительным резистором 2 и отрицательным полюсом источника 1 ЭДС, Катод стабилитрона 12 второго порогового элемента включен между кол лектором транзистора 8 и датчиком 5 контроля начала разряда. Анод этого стабилитрона соединен с управляющим переходом вспомогательного тиристора 4 и через резистор порогового элемента подключен к катоду защитног диода 9, к катоду вспомогательного тиристора 4 и к аноду развязывающего диода 15. Катод развязывающего диода 15 соединен с управлякицим электродом тиристора 14 устройства автоматического повторного включения, подключенного на входе; выпрямителя. Устройство работает следующим образом. При номинальной нагрузке падение коллекнапряжения на сопротивлении тор-эмиттерного перехода транзистора 8. меньше напряжения стабилизации стабилитрона 12, вспомогательньш тиристор 4 закрыт, а нагрузка 7 обтекается номинальным током. Рабочая точка находится на пологом участке коллекторной характеристики транзистора 8, вследствие чего транзистор существенно ослабляет переменную составляющую и незначительно постоянную составляющую, т.е. обеспечивает небольшие значения пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке. При коротком замыкании на выходе источника питания или внешней искробезопасной цепи резко возрастает падение напряжения на измерительном резисторе 2. Положительный потенциал на базе транзистора 8, снимаемый со стабилитрона 11, уменьшается, что обусловливает его ускоренное запирание. Запирающийся транзистор своим опротивлением ограничивает разрядный ток конденсатора сглаживающего фильтра, тем самым ограничивая энергию, выдеяяняцуюся в разряде замыкания. В момент, когда падение напряжения на коллекторном переходе транзистора 8 увеличивается до напряжения стабнлиз цин стабилитрона 12, включается вспомогательный тиристор 4, который шунтирует выход источника питания схемы. При этом снимается напряжение с перехода база-эмиттер транзистора 8 и он полностью запирается, обесточивая тем самым цепь питания нагрузки. Конденсатор сглаживающего фильтра разряжается через вспомогательный тиристор 4, и одновременно вследствие падения напряжения на резисторе 2 через диод 15 включается тиристор 14, с помощью которого осуществляется восстановление нормального режима работы устройства. Диод 9 защищает переход базаэмиттер транзистора 8 от пробоя, а высокоомный резистор 10 ограничивает базовый ток этого транзистора. При разрыве цепи на измерительном дросселе датчика 5 начала разряда вырабатывается управляющий сигнал, который через формирователь 6 поступает на управлякяций переход шунтирующего тиристора 3. В этом случае увеличивается падение напряжения на коллектор-эмиттерном переходе транзистора 8, и включается вспомогательный тиристор 4. В результате транзистор 8 запирается, ограничивая тем самым выделение на разрядном промежутке магнитной энергии, запасенной в линии связи. Суммарное время отключения искрозащиты после выделения коммутационног сигнала определяется только временем включения шунтирующего и вспомо -ательного тиристоров. Поэтому ее велиг чина меньше времени отключения известных устройств искрозащиты, в которых последовательный ключ выполнен на тиристоре. Восстановление нормального режима работы происходит так же, как при срабатывании искрозащиты от короткого замыкания. Следовательно, повышение полезной искробезопасной мощности в нагрузке достигается за счет ограничения энергоотдачи из распределенной индуктивности линии, ускорения времени отключения внешней искробезопасно цепи, снижения потерь на активных сопротивлениях источника, возможностью перехода на повьпаенное напряжение и меньшей величиной пульсации выпрямленного тока. Преимуществом предлагаемого источника питания является сокращение времени отключения его от нагрузки при коротком замьшании в линии связи, использовании повышенного напряжения, снижение коэффициента пульсации, а следовательно, увеличении КПД. Указанные преимущества позволяют сущес твенно увеличить уровень искробезопасной мощности на выходе линии связи за счет снижения потерь на активном сопротивлении линии и увеличения КПД самого источника питания.

ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий источник ЭДС выпрямленного тока, ограничительный резистор, последовательный ключевой элемент, шунтирующий тиристор, вспомогательный тиристор, катод которого подключен к измерительному резистору, датчик начала разряда с формирователем управляющего сигнала, нагрузку и пороговый элемент, причем источник ЭДС выпрямпенного тока, измерительный резистор, последовательный ключевой элемент и датчик начала разряда включены последовательно с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены параллельно нагрузке, выход формирователя управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтирующего тиристора, отличающийся тем, что, с целью повышения искробезопасной мощности, он дополнительно снабжен вторым ограничительным резистором, вторым пороговым элементом, диодом, а последовательный ключевой элемент выполнен в виде транзистора, при этом эмиттер транзистора через защитный диод в прямом направлении соединен с измерительг ным резистором, а его база через ограничительный резистор подключена к положительному полюсу источника ЭДС и к катоду порогового элемента, выполненного в виде стабилитрона, анод которого включен между измерительным резистором и отрицательным полюсом источника ЭДС, катод стабилитрона второго порогового элемента включен мезвду коллектором транзистора и датчиком контроля начала разря00 35 да, а его анод соединен с управляющим переходом вспомогательного ти- . рйстора и через второй ограничительный эо резистор подключен к катоду защитного диода и катоду вспомогательного тиристора.