Способ искробезопасного питания нелинейных нагрузок и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК E21F9/00 

Vi/f.2

электрической энергии (ИПЭЭ) 1, При этом длительность протекания тока нагрузки 7 изменяют обратно пропорционально, а период колебаний прямо пропорционально амплитуде тока нагрузки 7, Импульсная энергия, выделенная на нагрузке 7, поддерживается на заданном искробезопасном уровне, меньшем энергии образования ядра пламени. В устройство для осуществления способа в цепь. Соединяющую вывод ИПЭЭ 1 с выводом колебательного контура 5, состоящего из емкостного 9 и индуктивного 8 элементов (ИЭ), и выводом нагрузки 7, включен последовательно магнитоуправляемый контакт .3 с соос1

Изобретение относится к горной электротехнике и может быть использовано при создании искробезопасньгх источников питания электрооборудования, работающего во взрывоопасной атмосфере, а именно для питания цепей с нелинейными нагрузками, например, импульсных оптических излучателей на полупроводниковых инжекционны

лазерных диодах.

Цель изобретения - увеличение ис- кробезопасной мощности при импульсном режиме работы.

Сущность изобретения заключается в том, что пусковому току придают колебательный характер, контролируют ток в цепи нагрузки и при достижении им определенной величины отключают нагрузку от источника электрической энергии, причем изменяют дли- тельность протекания тока нагрузки обратно пропорционально, а период колебаний прямо пропорционально амплитуде тока нагрузки, при этом импульсная энергия, выделенная на нагрузке, поддерживается на заданном искробезопасном уровне, меньшем энергии образования ядра пламени.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализа- ции способа искробезопасного питания нелинейных нагрузок; на фиг. 2 - то же, принципиальная схема.

Устройство содержит источник 1 электрической энергии, постоянный магнит 2, магнитоуправляемый контакт

но расположенным на нем ИЭ 8. Параллельно ИЭ 8 расположен постоянный магнит 2. К второму выводу ИПЭЭ 1 подключен датчик 6 тока нагрузки 7 и ключевой элемент 4. Его управляющий вход соединен с выводом датчика 6, а выход соединен с контуром 5. Магнит 2 и ИЭ 8 создают соответственно встречно направленные магнитные потоки (МП) Ф и Tj . Колебательный процесс под действием нелинейной нагрузки 7 основан на действии результирующего МП магнита 2 и ИЗ. 8 и возникает при условии , -zl где рабочий МП контакта 3. 2 с.п. , 2 ил„

O

5 0

0

5

3, ключевой элемент 4, в выходную цепь которого включен первый вывод параллельного колебательного контура 5, причем управляющий вход ключевого элемента 4 соединен с одним из выводов датчика 6 тока, а первый вывод ключевого элемента 4 соединен с первым из выводов источника 1 электрической энергии и через цепь датчика тока соединен с одним из выводов нагрузки 7, причем магнитоуправляемый контакт 3 с соосно расположенной на нем катушкой индуктивности колебательного контура включен последовательно в цепь, соединяющую второй вывод источника 1 электрической энергии с другим выводом колебательного контура 5 и другим выводом нагрузки 7. Постоянный магнит 2 расположен параллельно катушке индуктивности колебательного, контура 5 и создает маг- нитньш поток Т . Колебательный контур 5 состоит из соединенных параллельно индуктивности 8, возбуждающей при прохождении тока магнитный поток Р , и емкости 9. Потоки Я и Ф направлены встречно друг другу. В качестве ключевого элемента 4 может использоваться транзистор, базо-эмит- терная цепь которого шунтируется ре- зистивным датчиком 6 тока.

Устройство работает следующим образом.

В статическом режиме коммутация электрической цепи источника I элек313

трической энергии осуществляется магнитоуправляемьт контактом 3 путем воздействия на него магнитным потоком Ф . Управление магнитоуправляемым контактом происходит от внеишего посто- янного магнита 2 прямоугольной формы, установленного параллельно замыкающим контактам на некотором расстоянии t.

При работе цепи в установившемся режиме через нелинейную нагрузку протекает номинальный ток, который создает падение напряжения на резисторе датчика тока, недостаточное для срабатывания ключевого элемента 4. В результате последний закрыт и в цепи коллектора транзистора протекает обратный ток I . Протекающий в цепи колебательного контура 5 обратный коллекторный ток возбуждает в катушке индуктивности 8 встречный магнитный

поток

отличающийся от магнитно

го потока ЯР , создаваемого постоянным магнитом, на 2-3 порядка, и маг- нитоуправляемый контакт остается зам кнутым.

В пусковых режимах, когда сопротивление нелинейной нагрузки R.. близко к нулю, в цепи протекает ток ко- роткЬго замыкания, и на датчике тока возникает падение напряжения, которое по своему значению превьшает напряжение отсечки кремниевых транзисторов U..Lv . . В результате в цепи

о оэотс

коллектора транзисторного ключа протекает .щунтирующий ток, который возбуждает в катушке индуктивности колебательного контура 5 магнитньй поток Рд , направленньй встречно потоку Ф . Поэтому разностный магнитный поток, воздействующий на продольно расположенный магнитоуправляемый контакт, становится значительно меньше порогового, значения, соответствующег удержанию контактов в замкнутом состоянии, и происходит размыкание маг- нитоуправляемого контакта и отключение нагрузки,от источника электрической энергии, Магнитоуправляе ый контакт находится некоторое время в разомкнутом состоянии за счет сохранения величины потока 2 (действие запасенной энергии в колебательном контуре). Когда поток Ф,2 уменьшится до

того значения, что разность Ф - TU

1 станет больше значения рабочего магнитного потокаФр 5 магнитоуправляе- мого контакта, он вновь замыкается, и ранее рассмотренный режим работы

,

Q 5 Q

5

0

5

Q

5

0

244

источника возобновляется до тех пор, завериится переходный про- цесс, обусловленный действием нелинейной нагрузки.

Изменение параметров колебательного процесса в пусковых режимах, а именно амплитуды, длительности и периода следования протекающего в цепи тока обусловлено изменением сопротивления нелинейной нагрузки. Изменение протекающего в цепи датчика тока изменяет падение напряжения на входе транзисторного ключа и, как следствие, его базового тока, пропорционально которому увеличивается коллекторный ток, что влечет за собой изменение тока в катушке индуктивности. Изменение протекающего в коллекторной и индуктивной цепи тока вызывает изменение магнитного по тока и, как следствие, величины зАпасен- ной в колебательном контуре энергии.

Характер изменения магнитного потока обусловлен протеканием в цепи катушки индуктивности тока и запасенной в колебательном контуре энергии, а величина сопротивления нагрузки - длительностью и периодом коммутации магнитоуправляемых контактов. Частота коммутации магнитоуправляемых контактов ограничена их механической инерцией.

В импульсном режиме питания, когда вьщеленная источником энергия значительно меньше энергии, способствующей формированию минимального ядра пламени, размыкание контактов не происходит, и рассматриваемый режим имеет стационарный характер.

При допущении, что контур подвержен действию единичного импульса в момент его замьжания, в нем возникает затухающий колебательный процесс, декремент затухания которого связан с добротностью колебательного контура. Обеспечение необходимого порога срабатывания ключа и соответствующих искробезопасных параметров- источника достигается подбором значения резис- тивного датчика 6 тока..

В аварийном режиме, когда сопро- тивление нагрузки R 0, ток коротко- го замыкания можно изменять магнитным потоком Р посредством изменения расстояния t от продольной оси маг- нитоуправляемого контакта и оси постоянного магнита.

Таким образом, постоянный магнит 2, колебательньй контур 5, ключевой

5 1

элемент 4, датчик 6 тока совместно с нагрузкой 7 образуют единую автоколебательную ячейку, работающую от источника 1 постоянной электрической эйергии и характеризующуюся колебательным переходным режимом под действием нелинейной нагрузки, основанном на действии результирующего магнитного потока катушки индуктивности и постоянного магнита. Колебательный процесс, обусловленный действием нелинейной нагрузки, возникает при условии

Vs. / Т ; --Ра .

где ф рабочий магнитный поток магнитоуправляемого контакта;

Ф и 2 - соответствующие магнитные потоки постоянного магнита и катушки индуктивности.

Таким образом, предлагаемый спб- соб и устройство для его осуществления позволяют повысить искробезопас- ную мощность, отдаваемую в нелинейную нагрузку, в импульсном режиме работы за счет увеличения амплитуды и уменьшения длительности протекающего тока; увеличить импульсный ток накачки оптических излучателей, а, следовательно, повысить мощность их излучения; ограничить величину энергии, вьщеляемой на нагрузке в импуль Сно м режиме работы, за счет уменьшения длительности протекания тока и увеличения периода повторений импульсов тока пропорционально увеличению амплитуды импульсов тока; обеспечить комбинированное питание нагрузки: в стационарном режиме питание нагрузки осуществляется посто- янным током при сопротивлении нагрузки большем или равном номинальному значению и в переходном режиме питания нагрузки осуществляется импульсным током при сопротивлении нагрузки меньшем номинального значения, причем параметры импульсов тока такие, как амплитуда, длительность период повторения, устанавливаются, изменяются и поддерживаются автоматически в зависимости от сопротивления нагрузки;повысить энергоемкость источника электрической энергии за счет управления режимами работы ис- точниЛа от постоянного магнита.

Кроме того, постоянный магнит можно закрепить на поворотной оси

46

корпуса приемника электрической энергии и конструктивно совместить его с элементами механической блок и- ровки, сделав его одновременно и выключателем. Угол механической блокировки конструкции искробезопасного источника соответствует, например, ,90.

Формула изобретения

1.Способ искробезопасного питания нелинейных нагрузок, основанный й а придании пусковому току колебатель

ного характера, контроле тока в цепи нагрузки и при достижении им определенной величины отключении нагрузки от источника электрической энергии, отличающийся тем, что,

с целью увеличения искробезопасной моищости при импульсном режиме работы, энергию импульсов тока нагрузки поддерживают на заданном искробезо- пасном уровне, меньшем энергии образования минимального ядра пламени, изменяя длительность протекания тока нагрузки обратно пропорционально, а период колебаний прямо пропорционально изменению амплитуды тока нагрузки.

2.Устройство для искробезопасного питания нелинейных нагрузок, содержащее датчик тока нагрузки, выход которого подключен к управлякяцеМУ входу ключевого элемента, колебательный контур, состоящий из индуктивного и емкостного элементов, и источник электрической энергии, о т- личающееся тем, что в него введены постоянный магнит и маг- нитоуправляемый контакт с соосно расположенным на нем индуктивным элементом параллельного колебательного контура, один вывод которого

подключен к выходу ключевого элемента, а другой подключен к одному из выводов магнитоуправляемого контакта и является выходом устройства, другЪй вывод магнитоуправляемого контакта подключен к первому выводу ис- кроопасного источника электрической энергии, второй вывод которого соединен с входом ключевого элемента, причем постоянный магнит ориентирован относительно магнитоуправляемого контакта так, что магнитные потоки постоянного магнита и индуктивного элемента направлены навстречу друг другу.

Изобретение относится к горной электротехнике и позволяет увеличить искробезопасную мощность при импульсном режиме работы электрооборудования во взрывоопасной атмосфере. Для этого пусковому току придают колеба- тельньй характер. Контролируют ток в цепи нагрузки 7. При достижении им определенной величины отключают нагрузку 7 от источника 1 постоянной I / фу D и :о ю j

Составитель Г.Нунупаров Редактор Н.Кишт.улинец Техред В.Кадар

Заказ 2196/39

Тираж 430Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг./

Корректор С.Черни