Устройство для искробезопасного питания электрических цепей переменного тока Советский патент 1984 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в энергоемких искробезопасных системах на предприятиях со взрывоопасной атмосферой, в том числе на предприятиях горной, нефтехимической и газовой .промышленности.

Известно устройство обеспечения искробезопасности электрических цепей, основанное на контроле скорости изменения тока в нагрузке, дополнительном формировании сигнала, пропорционального скорости увеличения напряжения питания, и воздействии на быстродействующий выключатель результирующим сигналом, и содержит источник постоянного тока, измерительную

индуктивность, диодный мост, бЫСТрОДеЙствующие тиристорные ключи, конденсатор и нагрузку 1.

Недостатками известного устройства являются: неприменимость для обеспечения искробезопасности цепей переменного тока, что объясняется несимметричным выполнением быстродействующего выключателя и узла контроля скорости изменения тока, выполненного в виде индуктивности; ограниченная величина искробезопасности мощности, вызванная, во-первых, необходимостью использовать выпрямленное питающее напряжение синусоидальной формы для нормального энергопитания нагрузки при включении; во-вторых, низким коэффициентом использования искробезопасности мощности, что объясняется отсутствием средств ограничения возрастания максимального выходного напряжения при увеличении сопротивления нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство искробезопасного питания электрических цепей переменного тока, в котором с целью обеспечения искробезопасности цепей переменного тока осуществляется контроль начала коммутации путем выделения из спектра частот, возникающих при коммутации, гармоник, частоты которых выще основной частоты источника питания, и воздействии высокочастотным сигналом на быстродействующие, например тиристорные, выключатели и содержит источник переменного тока, высокочастотный симметричный фильтр и два тиристора, управляющие электроды которых присоединены к выходам фильтра так, что переход управляющий электрод-катод служит нагрузкой фильтра. При этом фильтр и тиристоры подключены параллельно выходу источника переменного тока 2.

Недостатком известного устройства является невозможность его использования при выходном напряжении прямоугольной формы, что обеспечивало бы более высокую величину искробезопасной мощности при тех же уровнях нацряжений- Это связано с

тем, что крутые фронты переключения прямоугльного напряжения содержат высщие гармоники, которые выделяются фильтром и воздействуют на быстродействующий выключатель.

Цель изобретения - повышение искробезопасной мощности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для искробезопасного питания цепей переменного тока, содержащее источник питания, к выходу которого подключены два фильтра высокой частоты и два встречнопараллельно включенных тиристора, подключенные параллельно нагрузке, дополнительно снабжено двумя одновибраторами, двумя инверторами и двумя элементами И, причем вход каждого одновибратора подключен к выходу первого фильтра высокой частоты, а вход каждого инвертора подключен к выходу второго фильтра высокой частоты, а выходы первых одновибратора и инвертора.через первый элемент И подключены к цепи управления одного тиристора, а выходы других одновибратора и инвертора через второй элемент И подключены к цепи управления другого тиристора.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первичный источник 1 переменного тока (прямоугольной формы), к выходу которого подключены два фильтра высокой частоты, собранные на резисторах 2 и 3 и конденсаторах 4 и 5, тиристоры 6 и 7, инверторы 8 и 9, одновибраторы 10 и 11, элементы И 12, 13. Фильтр 2,4 подключен к входу инвертора 9 и входу одновибратора 11. Фильтр 3,5 подключен к входу одновибратора 10 и входу инвертора 9. Выходы инвертора 8 и одновибратора 10 подключены к входам первого элемента И 12, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора 6, а выходы инвертора 9 и одновибратора 11 через второй элемент И J3 подключены к управляющему электроду тиристора 7.

Устройство в нормальном режиме работает следующим образом.

В момент изменения полярности напряжения положительный импульс, выделенный фильтром 3,5, запускает одновибратор 10. Длительность выходного положительного импульса одновибратора выбирается равной длительности полупериода входного напряжения. На фильтр 2,4 отрицательного импульса не поступает, поэтому на выходе инвертора 8 сохраняется близкий к нулю потенциал. Элемент И 12-заперт и на управляющем электроде тиристора 6 запускающего напряжения нет. При изменении полярности напряя ения сигнал поступает на одновибратор 11.

В аварийном режиме коммутаций в цепи вызывают броски тока, которые выделяются фильтром 2,4 и подаются на инвертор 8. На выходе инвертора 8 и соответственно на входе элемента И 12 появляется положительный потенциал. Учитывая, что на второй вход элемента И 12 подается выходной импульс одновибратора 10, на выходе элемента И 12 появляется напряжение, включающее тиристор 6. Тиристор 6 включается и шунтирует (отключает) нагрузку, снижая продолжительность возникающего разряда, чем повышается допустимая искробезопасная мощность .в цепи. Работает цепь одновибратора 11 аналогично инвертору 9 и элементу И 13 и при противоположной полярности напряжения.

Преимущества данного устройства заключаются В.ТОМ, что отключение быстродействующего ключа на время изменения полярности переменного тока позволяет создавать искробезопасные системы переменного тока со сколь угодно малой длительностью фронтов, т.е. использовать, в качестве источника ЭДС формирователи с формой сигнала, приближающейся к прямоугольной. При одинаковой амплитуде питающего напряжения сигнал прямоугольной формы обеспечивает большую искробезопасную мощность на одной нагрузке по сравнению с сигналом синусоидальной или трапецеидальной формы (при тех же фильтрах верхних частот и быстродействующих ключах). Введение в устройство одновибраторов, инверторов и элементов Т позволяет обеспечивать повышенную искробезопасную мощность в схемах, работающих в ключевом режиме, т.е. схемах, обладающих более высокими надежностью, КПД и простотой по сравнению со схемами, в которыхпитающее напряжение имеет синусоидальную или

0 трапецеидальную форму.

Данное техническое решение наиболее эффективно может применяться в энергоемких HCKp-j6e3onacHbix системах, исполь5 зующих для загрузки энергии переменный ток прямоугольной формы, например генераторные устройства для подземной электроразведки и автономные источники питания. Применение предлагаемого устройства в источниках питания шахтной геофизической аппаратуры позволит расширить функциональные возможности аппаратуры за счет увеличения выходной искробезопасной мощности. Увеличение КПД автономных источников питания увеличит продол5 жительность работы аппаратуры без подзаряда или замены первичного источника тока.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее источник питания, к выходу которого подключены два фильтра высокой частоты, и два встречно-параллельно включенных тиристора, подключенные параллельно нагрузке, отличающееся тем, что, с целью повышения искробезопасной мош,ности, оно снабжено двумя инверторами, двумя одновибраторами и двумя элементами И, при этом вход каждого одновибратора подключен к выходу первого фильтра, а вход каждого инвертора подключен к выходу второго фильтра, выходы первых одновибратора и инвертора подключены через первый элемент И к цепи управления одного тиристора, а выходы других двух одновибратора и инвертора через второй элемент И подключены к цепи управления другого тиристора. Q ел О5