Устройство для защиты электроустановки Советский патент 1985 года по МПК H02H3/00 H01H83/16 H01H83/20 

Изобретение относится к электро- f технике и может быть использовано в качестве исполнительных органов реле тока и напряжения, реле направления мощности и т.д.5

Известно устройство для защиты электроустановки, выходной каскад которого содержит электромагнитное реле, включенное последовательно с транзистором типа р-р-г, стабилитрон, Ю подключенный к положительному полюсу источника питания через первые два, а к отрицательному полюсу через третий балластные резисторы, и измерительный блок ClJ.5

После срабатывания устройства его потребление значительно возрастаети, кроме того, нарушается электрическая симметрия выходного сигнала. Это приводит к понижению помехоустойчи- 20 вости устройства в целом.

Известно устройство для защиты электроустановок, выходной каскад которого содержит первые два h-p-n- 25 и f -n-р-,транзистора эмиттеры которых подсоединены соответственно к катоду и аноду основного стабилитрона, коллекторы - соответственно к катоду первого и аноду второго разделитель- зо ных диодов, .а базы через первые два смещакшщх резистора подсоединены к выходу измерительного блока и через вторые два смещающих резистора -/соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника питания, четьфе балластных резистора, первый и четвертый из которых подключены соответственно к - положительному И отрицательному полюсам источника .п51тания7вторые два п-р-п- и р-п-р- транзистора и электромагнитное реле с двумя полуобмотками, зашунтированными стабилитроном C2J.

Однако выходной каскад известного устройства обеспечивает лишь неизменность величины нагрузки, оказываемой им на источник питания. Хотя потребление устройства в этом случае определяется потреблением измерительного/50 блока, но в условиях эксплуатации, сопровождающейся широким изменением напряжения источника питания, оно остается значительным. Другой недоста- . ток устройства заключается в том,что 5 возврат электромагнитного реле достИ- гается шунтированием ег9 обмотки открытым транзистором, вследствие чего

его время возврата недопустимо велико.

Целью изобретения вляется повышение надежности путем снижения времен возврата устройства и снижение потребления электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для защиты электроустановки, содержащем измерительньй блок, электромагнитное реле с двумя полуобмотками, зашунтированными стабилитронами, первые два п-р-п- и р-п-р-транзистора, эмиттеры которых соединены соответственно с катодом и анодом основного стабилитрона,базы через смещакяцие резисторы - с выходом измерительного блока и полюсами источника питания, а коллекторы соответственно с катодом одного и анодом другого разделительных диодов, вторые два п-р-|л- и р-п-ртранзистора, между базами и эмиттерами которых включены диоды, четыре балластных резистора, каждые два из которых соединены между собой последовательно и подключены к соответствующим полюсам источника питания, первьй п-р-п- и второй р-п-р-тран- зисторы включены последовательно с балластными резисторами, коллекторы .первого р-п-р- и второго h-p-n-транзисторов через полуобмотки реле подключены к общей точке соответствующей пары балластных резисторов, причем эмиттеры вторых п-р-п- и р-п-р-транзисторов подключены соот-. ветственно к катоду и аноду основного стабилитрона, а база каждого из них соединена через вновь введенньй токозадающий резистор с соответствующим ра,зделительным диодом.

Кроме того, в устройство дополнительно введены два стабилитрона, четыре разделительных диода и два токозадающих резистора, каждый из которых включен между соответствующей базой первых двух п-р-п- и р-п-р-транзисторов и общей точкой смещающих их резисторов, причем обща точка смещаюп;их и токозадающих резис торовкаждого из однотипных транзисторов соединена через вновь введенные разделительные диоды с одним из выводов дополнительного стабилитрона, подключенного вторым вьшодоч к эмиттерам транзисторов.

Благодаря последнему ток, потребл.яемый устройством, поддерживается

практически неизменным при изменении напряжения источника питания.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство для защиты электроустановки содержит измерительный блок 1, электромагнитное реле с двумя пот луобмотками. 2-й 3, зашунтированньми стабилитронами 4 и 5, первые два h-p-n- и р-п-р-транзистора 6 и 7, эмиттеры которых соединены соответственно с катодом и анодом основного стабилитрона 8, а их базы через . смещакщие резисторы 9 и 10 - с выходом измерительного блока 1, а кол- jлекторы - соответственно с катодом и анодом разделительных диодов 11 и 12, вторые два Р-р-г - и р-п-р-транзистора 13 и 14, эмиттеры которых соединены соответственно с катодом и I анодом основного стабилитрона 8, четьфе балластных резистора 15, 18, каждые два из которых соединены между собой последовательно и подключены к соответствующим полюсам источника 19 питания, дополнительные два стабилитрона 20 и 21, четьфе разделительных диода 22-25 и четыре токозадающих резистора 26-29.

Первый 6 и второй 14 транзисторы включены последовательно с парами балластных резисторов 15, 16 и 17, 18 соответственно. Коллекторы первого 7 р-п-р- и второго 13 -и-р-п-транзисторов через полуобмотки 3 и 2 реле подсоединены к общим точкам соответствующих пар балластных резисторов 17, 18 и 15,16. Базы каждого из вторых транзисторов 13 и 14 соединены токозадающими резисторами 28 и 29 с соответствующими разделительными диодами 11 и 12. Токозадающиё резисторы 26 и 27 включены между соответствующей базой первых двз i-p-n- и ,р-п-р-транзисторов 6 и 7 и общей точкой смещающих их резисторов. Общая точка смещающих и токозадающих резисторов .п-р-п-транзисторов 6 и 13 сое-г инена разделительными диодами 23 и 22 с дополнительным стабилитроном 20, а общая точка транзисторов 7 и 14. разделительными диодами 24 и 25 - с дополнительным стабилитроном 21, Вторые выводы дополнительных стабилитронов 20 и 21 подключсены соответственно к Эмиттерам h-p-n-транзисторов 6 и 13 и р-п-р-транзисторов 7 и 14 соответственно. Цепи смещения тран-,

зисторов выполнены на резисторах

30-33. -

В условиях эксплуатапии напряжение источника питания может изменяться в щироких пределах (например, снижение напряжения аккумуляторной I батареи при ее рабочем разряде). Правильная работа измерительного блока 1 в указанных условиях обеспечивается надлежащим выбором режима стабилитро|на 8. Это достигается тем, что conpo тивление балластных резисторов 15 и 18 выбирается из условия работы устройства при минимально возможном ; уровне напряжения источника питания. Одновременно с этим сопротивления резисторов 30-33 рассчитываются таким образом, чтобы в условиях с ьшнимальньм напряжением питания транзисторы 6,7,13,14 работали в ключевом режиме. no3TONry при минимальном напряжении питании диоды 2225 закрыты и работу устройства можно рассматривать без учета их влияния.

Примем в качестве блока 1 измерительный орган тока. Если контролируемый ток на входе блока 1 недостаточно велик, потенциал выхода близок к потенциалу катода основного стабилитрона 8. При этом каждьй из ;Транзисторов 6 и 14 открыт током, протекающим по соответствукацему смещающему резистору 30 и 3-3, соединяющему его базу с одним из полюсов источника 19 питания. Так как ток смещения транзистора 13 в этом случае полностью отводится в коллекторную цепь тран- зистора 6, а потенциал базы транзистора 7 оказьшается , чем потенциал его эмиттера, то они оба закрыты, и полуобмотки 2 и 3 реле отключены от источника питания.

Потребляемьм устройством ток в основном протекает по цепи, содержащей первые два балластных резистора 15 и 16, первьй транзистор 6, измерительньй блок 1, второй транзистор 14 и :два балластных резистора 17 и 18. В сущности указанный ток необходим лищь для сохранения работоспособности измерительного блока 1, поэтому его уровень полностью определяется пот треблением блока 1.

При срабатывании устройства потенцнал вькода измерительного блока 1 скачком понижается до потенциала ано|да основного стабилитрона 8. Это привводит к перераспределению потенциалов

в .схеме «устройства, В результате транзистор 6 закроется, вызывая тем самым отпирание транзистора 13, Аналогично ведут себя и транзисторы нижней половины схемы устройства: отпирается транзистор 7 и запирается I транзистор 14, Обе полуобмотки 2 и 3 реле оказываются под напряжением, реле быстро срабатывает.

Основная часть тока, потребляемого устройством, протекает в этом случае по цепи, состоящей из балластного .резистора 15, первой полуобмотки 2 реле, транзистора 13, измерительного органа 1 (и стабилитрона 8), транзистора 7 второй полуобмотки 3 реле 3 и балластного резистора 18, Очевидно, что его величина должна бьггь достаточной для поддержания работоспособности измерительного органа 1 и приведения в действие реле, Так как указанные органы в устройстве включены последовательно, то уровень этого тока принимается равным большему из токов срабатывания реле и потребления измерительным органом 1,

Потребляемая устройством мощность в обоих режимах (до и после срабатывания) одинакова, если активное сопротивление полуобмоток 2 и 3 реле равно сопротивлению балластных резисторов 16 и 17 соответственно. Следовательно предлагаемое устройство не уступает известному по потреблению и при отсутствии стабилитронов 20 и 21, так как обеспечивается при этом неизменность нагрузки на источник . питания. При этом предлагаемое устройство обладает новым положительным качеством - время erd возврата значительно ниже,

В известном устройстве возврат реле осуществляется шунтированием каждой из его полуобмоток открытым транзистором, в связи с чем запасенная в них энергия расходуется медленно. Поэтому время возврата реле и всего устройства в целЬМ недопустимо велико. Устранение этого недостатка в пре,цлагаемом устройстве достигнуто тем, что при нарушении условия его срабатывания полуобмотки 2 и 3 реле полностью отключаются от источника питания с помощью транзисторов 7 и 13, и в цепь их разряда вносятся стабилитроны 4 и 5, Ток разряда и полуобмотках 2 и 3 реле интенсивно убьгеает, причем тем быстрее ,чем выше напряжение стабилизации стабилитронов.

Так как устройство рассчитывается с учетом режима с минимальным напряжением питания, то его потребление при номинальном питании недопустимо велико,

С целью уменьшения потребления электроэнергии при работе с источником питания с изменяющимся со временем эксплуатации напряжением в устройство введены дополнительно два стабилитрона 20 и 21, четыре разделительных диода 22-25 и четьфе токозадающих резистора 26-29, Они вступают в работу при напряжении питания, которое Bbmie минимального допустимого для устройства.

Благодаря введенным элементам потребляемый устройством ток поддерживается неизменным на уровне, необходимом лишь для нормальной работы измерительного блока 1 или срабатьша- ния электромагнитного реле с полуобмотками 2 и 3 в широком диапазоне изменения напряжения источника 19 питания.

Устройство в этом случае может находиться в двух состояниях. Первое из них наступает на Н11жней границе изменения напряжения источника 19 питания, когда все транзисторы 6 и 14з 7 и 13 работают в ключевом режиме, а стабилитроны 20 и 21 не вступили в режим стабилизации. Работа устройства в этом состоянии рассмотрена выше.

Второе состояние устройство обретает при повьш ении напряжения питания когда напряжения на стабилитронах 20 и 21 достигают напряжения стабилизации. Отличие в работе устройства в этом случае заключается лишь в том, что в цепь основного тока включается своеобразньй стабилизатор тока. При срабатывании устройства его роль играет транзистор 13 (его ток базы поддерживается неизменным с помощью стабилитрона 20 и резистора 28), в противном случае - транзистор 14, а также стабилитрон 21 и резистор 29,

Поэтому изменение напряжения питания практически не вызывает изменения потребляемого устройством тока. Незначительное увеличение потребления устройства при повьш1ении напряжения объясняется увеличением тока смещения транзисторных каскадов.

11388708

Диоды 22-25 предназначены для раз- Таким образом, достигается повьппение вязывания цепей смещения транзисторов технического совершенства устройства 6и13,7и14.защиты и снижение потребляемой мощности.

30

п

23 3,22 -Oh

26 J

3ii

F 1

15

77

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее измери тельньй блок, электромагнитное реле с двумя полуобмотками, зашунтирован,ными стабилитронами, первые два П-р-г - и р-п-р-транзистора, эмиттеры которых соединены соответственно с катодом и анодом основного стабилитрона, базы через смещающие резисторы - с выходом измерительного блока и полюсами источника питания, а коллекторы - соответственно с катодом одного и анодом другогЬ разделительных диодов, вторые два n-p-h- и .р-п-р-транзистора, между базами и эмиттерами которых включены диоды, четыре балластных резистора, каждые два из которых соединены между собой последовательно и подключены к соответствукяцим полюсам источника питания, отличающее с. я тем. что, с целью повьшения надежности путем снижения времени возврата устройства, первый п-р-п- и второй р-п-р-транзисторы включены последовательно с балластными резисторами, коллекторы первого р-п-р- и второго ti-р-п-транзисторов через полуобмотки реле подключены к общей точке соответствующей пары балластных реэисто ров, причем эмиттеры вторых п-р-пи р-п-р-транзисторов подключены соответственно к катоду и аноду основного стабилитрона,-а база каждого из них соединена через вновь введенный токозадающий резистор с соответствующим упомянутым разделительным диодом. 2. Устройство по п.1, отли«Л чающееся тем, что, с целью с уменьшения потребления электроэнергии, в него дополнительно введены два стабилитрона, четыре разделительных диода и два токозадакидих резистора, каждый из которых включен между соответствующей базой первых двух п-р-п- и 00 р-п-р-транзисторов и общей точкой смещающих их резисторов, причем общая 00 00 точка смещакщих и токозадающих резисторов каждого из однотипньсх транзис торов соединена через вновь введенные разделительные диоды с одним из вьшодов дополнительного стабилитрона, подключенного вторым выводом к эмиттерам упомянутых транзисторов.