Способ искрозащиты нелинейных нагрузок и устройство для его реализации Советский патент 1984 года по МПК H02H7/20 H05B39/00 

Изобретение относится к искробезопасным источникам питания и предназначено для обеспечения искрозащиты нелинейных нагрузок, например ламп накаливания рудничных аккумуляторных светильников, работающих во взрывоопасных средах,

Известен способ искро защиты рудничных аккумуляторных светильнико;., сущность которого заключается в огра ничении тока короткого замыкания до искробезопасного значения за счет искусственного увеличения внутреннего сопротивления источника у .

Недостатком этого способа являются большие потери энергии на внутреннем сопротивлении источника.

Известно устройство для реализации способа, ,в котором для ограничения тока короткого замыкания аккумуляторные -батареи соединены высокоомными перемычками, а нагрузка подключена к батарее через плавкий предохранитель lj ,

Недостатком этого устройства являютсл большие потери знергш1. на высокоомных перемычках аккумуляторных батарей в нормальном 1 ежиме работы н при заряде бата5 ей, вследствие чего снижается световой поток лампы и возрастает время заряда батарей.

Известен способ питания энергоемких нагрузок, согласно которому контролируют ток в цепи и с помощью индуктивного датчика определяют момент начала коммутационного разряда в цепи и воздействуют на быстродействующие ключи, установленные со стороны источника и нагрузки, при этом цепь отключается при достижении током определенной величины за время, меньшее времени формирования минимально го ядра пламени, за счет чего исключается возможность взрыва во взрывоопасных средах 2j..

Недостаток известного способа заключаь-тсян том, что при протекании в цепи пусковых токов, превышающих номинальные, которые имеют место при включении ламп накапливания, эти токи воспринимаются датчиком как нача- ло коммутационного процесса, вследствие чего происходит отключение нагрузки.

Известно устройство для реализации известного способа, в котором нагрузка включена последовательно с индуктивным датчиком и ключевым

элементом, представляющими собой блок управления, кроме того, источник питания (выпрямитель) шунтирован другим (тиристорным) ключом 3j,

При увеличении тока в цепи нагрузки индуктивный датчик че.рез узел искрозащиты отгслючает последовательный тиристорный ключ и включает параллельный тиристорный ключ, шунтирующий источник .на время отключения нагрузки с помощью контактов реле.

Однако такое техническое решение не может быть полностью использовано для искрозащиты нелинейных нагрузок из-за того, что индуктивный датчик вырабатывает сигнал на отключение цепи нагрузки как при увеличении тока в цепи, вызванном коротким замыканием, так и при увеличении тока при включении нелинейной нагрузки (лампы накаливания), обусловленном вольт-амперной характеристикой нелинейной нагрузки.

Кроме того, при обеспечении искрозащиты аккумуляторных светильников нецелесообразно использовать шунтирующие ключи вследствие сокращения срока службы аккумуляторной батареи.

Цель изобретения - обеспечение искрозащиты ИСТОЧРТИКОВ питания нелинейных нагрузок с большими пусковыми токами.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу искрозащиты нелинейных нагрузок, основанному на контроле тока в цепи и отключении нагрузки от источника при достижении им,определенной величины, пусковому току придают колебательный характер и одновременно ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне.

1

Кроме того, устройство для искрозащиты нелинейных нагрузок, содержащее ключевой элемент, соединенный с блоком управления, снабжено колебательным контуром, выполненным из последовательно соединенных индуктивного и GNiKocTHoro элементов, при этом емкостный элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индуктивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема этого устройства. Устройств(з для реализации способа содержит источник 1 питания, ключевой элемент (ключ) 2, соединенный последователыго с источником 1 питания, блок 3 управления, вход которог подсоединен параллельно ключевому элементу 2, а выход подсоединен к управляющей цепи ключа 2, к.олебатель ный контур 4, обеспечивающий колебательный характер пускового тока нагрузки, включенный последовательно с ключевым элементом 2 и нелинейной нагрузкой 5, и выключатель 6 на груз- ки, замыкающий цепь питания нагрузки В качестве ключевого элемента 2 непользуется насыщенный транзистор. Блок 3 управления состоит из усилителя 7 постоянного тока, на вход которого подается падение напряжения на ключе 2, и триггера 8 Шмитта, вхо которого подключен к выходу усилителя 7 постоянного тока, а выход - к управляющей цепи ключа 2, Колебатель ный контур А, обеспечивающий колебательный характер пускового тока, сое тоит из индуктивного элемента (индук тивности) 9, включенного последовательно с нагрузкой 5, и емкостного элемента (конденсатора) 10, пoдк DOченного параллельно ключу 2. Усилитель 7 постоянного тока выполнен на транзисторе 11 и включает в себя резистор 12. Триггер 8 Шмитта включает в себя транзистор 13 и резистор 1А. Сущность способа заключается в следующем. В статическом режиме блок 3 управ ления ключом при увеличении тока в цепи нагрузки до определенной величины Зрр (1,2-1,5)3 цд переводит ключ 2 в выключенное состояние и тем самым отключает нагрузку 5 от источника 1 питания. При первоначальном включении нагрузки, когда в цепи дей ствует пусковой ток, значительно пре вышающий номинальный, колебательный контур 4 изменяет характер пускового тока: он придает ему колебательный характер, причем мгновенное значение тока меняется в пределах от нуля до ранее определенного значения. Колебательный контур А поддерживает такой характер тока в течение переходного процесса в нагрузке 5, например разогрева нити накаливания лампы светильника. По окончании пере ходного процесса колебания в цепи cphiBfiHTcn и схема переходит и статический режим pafioTM, тогда KojioCiaтельный контур 4 не оказывает на работу схемы никакого влияния. Пример устройства для реапизации приведенного способа и принцип его функционирования. При включении выключателя 6 нагрузка 5 (лампа накаливания Р 3,751+0,5, и 3,75 В; П 1 А) находится в холодном состоянии и ее сопротивление минимально (,40 Ом). Колебательный контур, образованный индуктивностью 9 ( мкГн. Q 40), конденсатором 10 (,047 мкФ) и активным сопротивлением нагрузки 5, является нагрузкой ключа 2, выполненного на транзисторе типа КТ837К, напряжение насыщения которого составляет 0,1-0,15 В при 3 1 Л, И имеет добротность, достаточную для возникнове-, ния в замкнутой цепи (ключ 2 - усилитель. 7 постоянного тока - триггер 8 Шмитта) колебаний, поэтому пусковой ток носит колебательный- характер. Частота колебаний составляет примерно 130 кГц. Мгновенное значение пускового тока не превышает ранее указанного значенияJCP 1,5 А, так как при достижении этого значения напряжение на транзисторе 2 увеличивается до такой величины, при которой выходное напряжение усилителя 7 постоянного тока, выполненного на транзисторе типа т08А, устанавливает триггер Шмитта в такое состояние, когда транзистор 13 закрыт, и, следовательно, ключ 2 также закрыт. Но вследствие высокой добротности контура 5, 9 и 10 напряжение на транзисторе 2 носит колебательньй характер, и поэтому при уменьшении напряжения на нем, а следовательно, и на выходе усилителя 7 постоянного тока, триггер Шмитта 8 возвратится в исходное состояние, когда транзистор 13, а следовательно, и ключ 2 открыт. Такой характер пускового тока имеет место до тех пор, пока добротность контура 5, 9 и 10 за счет увеличения сопротивления нагрузки 5 по мере разогрева (Rp,,75 Ом) не уменьшится до такой величины, при которой колебания в цепи сорвутся и схема перейдет в статический режим, при котором транзистор 2 открыт и через нагрузку 5 протекает рабочий ток. Насыщенное состояние транзистора 2 обеспечивается при токе базы ие менее 25 мА, который устанавливается резистором 14. Для защиты от токов короткого заьшкания при повреждении шнура светильника индуктивность 9 располагают на выходе линии питания, например S фаре светильника. При достижении током значенияОср. А (величина регулируется резистором 12), нагрузг а отключается ключом 2 от источника за 2 мкс. При этом, если короткое замыкание в шнуре светильника про исходит в момент включения то индуктивность 9 оказывается зашунтированной, колебания в цепи срьшаются и схе ма отключает нагрузку от источника. Для повторного включения схемы необходимо устранить причину, вызвавшую увеличение тока в цепи, разомкнуть цепь выключателем 6 для того, чтобы падение напряжения на транзисторе 2 уменьшилось до нуля, и только тогда блок 3 управления ключом переведет транзистор 13 в открытое состояние. Схема готова к включению. Наличие колебательного контура, обеспечивающего колебательный характер пускового тока, позволяет исключить срабатывание узла искрозащнты при действии в цепи пусковых токов, значительно превышающих номинальные, и, следовательно, применить искрозащиту при питании нелинейных нагрузок, например, в рудничных аккумуляторных светильниках. В результате обеспечения рудничйых светильников йскрозащитой будет исключена возможность взрыва в опасных средах вследствие искрения в шнуре светильника в аварийных режимах. Кроме того, наличие искрозащиты позволяет увеличить мощность лампы светильника, что улучшит условия труда во взрывоопасных средах.

Фиг.г

1. Способ искрозащиты нелинейных нагрузок, основанный на контроле тока в цепи и отключении нагрузки от источника, при достижении им определенной величины, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения искрозапдаты нелинейных нагрузок с большими пусковыми токами,- пусковому току придают колебательный характер и одновременно-ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне. 2. Устройство для искрозащиты нелинейных нагрузок,содержащее ключевой элемент, соединенный с блоком управления, отличающееся тем, что оно снабжено колебательным контуром, выполненным из последовательно соединенных индуктивного и емкостного элементов, при этом емкост(Л ный элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индуктивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец является выходом устройства.