Устройство для проверки состояния нагрузки и подключения ее к источнику постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H02H3/87 H02H7/10 

313

анализатора подключены к выходу устройства, выход анализатора соединен с входом питания порогового элемента блока защиты и через обмотку реле - с вторым выводом управляющего входа, подключенного также через последовательно соединенные переход эмиттер- база транзистора второго транзисторного ключа, коллектор-эмиттерный переход транзистора первого транзисторного ключа и пятьй резистор - к первому выводу управляющего входа, кол-f лектор транзистора вновь введенного третьего транзисторного ключа подклю- чен к первому входному вьюоду устройства эмиттер - к общей точке первого вывода седьмого резистора и первого входного вывода порогового элемента блока защиты, а база через шестой резистор подключена к первому выводу управляющего входа, второй вывод седьмого резистора соединен с коллектором транзистора второго транзисторного ключа, с общей точкой первого и второго замыкающих контактов соответственно первого и второго контакторов и с вторым входным выводом порогового элемента блока защиты, вновь введены также первый и второй релей- ные элементы, первый выполнен на базе

Ь8.

транзисторного оптрона, вход первого релейного элемента подключен к выходу порогового элемента блока защиты, первый входной вывод второго релейного элемента подключен к общей точке вто- рого и третьего резисторов, второй входной вывод второго релейного элемента подключен к общей точке дросселя и первого замыкающего контакта первого контактора, а выходные выводы первого и второго релейных элементов, являющиеся соответственно выводами коллектора и эмиттера фототранзистора оптрона и замь кающих контактов второго реле, соединены между собой параллельно и подключены между выходом анализатора понижения выходного напряжения и базой транзистора первого транзисторного ключа.

2. Устройство ПОП.1, отлич а- ю щ е е с я тем, что во втором релейном элементе обмотка второго реле, второй конденсатор и восьмой резистор включены в последовательную цепь, противоположные выводы которой являются входными выводами второго релейного элемента, при этом между последовательно соединенными обмоткой второго реле и вторым конденсатором . включен диод.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации нагрузок большой мощности, в том числе с емкостной составляющей в сетях постоянного тока.

Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения контроля состояния нагрузки до и после ее подключения, а также путем устранения ограничения нагрузки независимо от ее характера.

На фиг.1 представлена схема устройства для проверки состояния нагрузки и подключения ее к источнику питания постоянного тока; на фиг , 2 и 3 - эпюры напряжений и токов в характерных точках схемы соответственно при включении и выключении устройства.

Устройство состоит (см. фиг.1) из контакторов 1 и 2 с замыкающими .контактами 1.1, 1.2, 2.1, 2.2 и раз- М1 1кающими контактами 1.3, 1.4, 2.3, 2.4, из peJte 3 с замыкающими 3,

- и размыкающими 3.2 контактами, из дросселя 4, транзистора 5, первого 6, второ.го 7 и третьего 8 транзисторных ключей, из диода 9, из блока защиты 40 О- с пороговым элементом 11, с первьм (быстродействующим) релейным элементом 12 на базе транзисторного оптрона 13 и вторым релейным элементом 14 на базе реле, имеющего замыкающие кон45 такты 14.1, из конденсатора .15, из

конденсатора 16, анализатора понижения входного напряжения 17 и первого 18, второго 19, третьего 20, четвертого 21, пятого 22, шестого 23, седьмого

cf, 24 и восьмого 25 резисторов. Через последовательно соединенные размыкающие контакты 2.3, 1.3 и дроссель 4 конденсатор 16 подключен к входу устройства. Общая точка этих контак, тов и дросселя 4 через контакты 1.1 соединена с выходом, К конденсатору 16 через резистор 18 и параллель но соединенные контакты 2,1 и 3.1 подключены последовательно соединенные

513761

обмотки конденсаторов 1 и 2, параллельно которым включены соответственно контакты 3.2 и переход коллектор- эмиттер транзистора 5. Параллельно j переходу база-эмиттер этого транзистора подключены контакты 1.2 и последовательно соединенные между собой резисторы 19 и 20; их общая точка через контакты 2.4 соединена с общей ю точкой дросселя 4 и конденсатора 16, соединенная, кроме-того, через кон- такт;ы 2.2 с выходом устройства. Параллельно выходным выводам через контакты 1.4 подключен резистор 21. 15

Управляющий вход устройства под- ключен через анализатор понижения выходного напряжения к обмотке реле 3; через первый транзисторньй ключ 6 и резистор 22 - к база-эмиттерному пе- 20 реходу транзистора второго ключа 7; через второй транзисторный ключ 7 и резисторы 23, 24 - к база-эмиттерному переходу транзистора третьего ключа 8; через анализатор выходного напрйже-25 ния 17 и второй транзисторньй ключ 7 - к входу питания блока защиты 10.

Вход транзисторного ключа 6 подключен к выходу блока защиты 10, являющемуся одновременно выходом обоих 30 релейных элементов 12 и 14 (коллектор- эмиттерньй переход транзистора оптрона 13 и замыкающие контакты 14.1 реле 14). Вход первого из этих элементов

связан с выходом порогового элемента

11, а вход второго (обмотка реле 14) .через конденсатор 15 подключен к диоду 9. Этот диод вместе с последовательно соединенными обмоткой реле 14 конденсатором 15 и резистором 25 об- разуют второй релейньй элемент. Диод 9 шунтирует последовательно соединенные обмотку реле 14 и конденсатор 15. Общая точка обмотки реле 14 с диодом 9 и свободньй вывод резистора 25 являются входными выводами второго релейного элемента, подключены соответственно к общей точке резисторов 19, 20 и к общей точке дросселя 4 и контактов 1.1 и 1.3. Переход коллек- тор - эмиттер транзистора третьего ключа 8 последовательно с резистором 24 включен между входом и выходом устройства, причем резистор 24 одновременно подключен к входу блока за- щиты.

Анализатор 17 понижения выходного напряжения представляет собой пороговое устройство, чувствительное к по

5

0 5

0

5

О д 0 е

68

:нижению выходного напряжения устройства. Рабочему состоянию анализатора соответствует состояние проводимости через выходные выводы, например через насьпцаемый транзистор. В это состояние анализатор входит при вы- ходном напряжении, превьшающем пороговый уровень спустя время задержки после поступления сигнала включения на управляющий вход, достаточное для нарастания выходного напряжения . до установившегося значения.

Эпюры на фиг.2 и фиг.З показьшают:

26 - сигнал на управляющем входе; 27 - напряжение на обмотке первого контактора (1); 28 - вид тока нагрузки при нормальном ее состоянии (с емкостной составляющей); 29.1 - напряжение на конденсаторе 1 6 при нормальном состоянии нагрузки; 29.2 - напряжение на конденсаторе 16 при нагрузке, большей допустимой; 30 - напряжение на обмотке второго контактора (2); 31 - напряжение на общей точке резисторов 19 и 20; 32 - им-, пульс второго релейного элемента 14; 33 - включение (на фиг.2) и выключение (на фиг.З) первого релейного элемента 12 и транзисторных ключей 6, 7 и 8; 34.1 - выходное напряжение при нормальном состоянии нагрузки; 34.2 - выходное напряжение при нагрузке большей допустимой.

Устройство работает следующим образом.

До подачи управляющего сигнала конденсатор 16 через размыкающие контакты 2.3 и 1.3 и дроссель 4 заряжается до входного напряжения. С поступлением на управляющий вход команды включения (эпюра 26 на фиг.2) срабатывает реле 3, замыкая цепь тока через резистор 18 на обмотки контакторов 1,2. Но сработает на данном этапе только контактор 1 (эпюра 27), так как обмотка второго ока-: зывается зашунтированной транзистором 5, получающим базовьй ток через контакты 2.4 и резистор 19. В результате переключения контактов 1.3 и 1,1 конденсатор 16-через дроссель 4 будет подключен к выходу устройства. Заряды этого конденсатора и емкости нагрузки (если она есть), первоначально разряженной, перераспределяются, а зарядный ток емкости нагрузки ограничится дросселем 4 - первьй всплеск на эпюре 28 (фиг.2).

Но условиям работы емкость конденсатора 16 должна выбираться, по крайней мере, на порядок больше емкости нагрузки. Поэтому при отсутствии на- грузки установившееся напряжение на выходе блока будет близким к входному При наличии полезной нагрузки будет иметь место дополнительный разряд (эпюра 29.1). Замкнувшиеся контакты J.2 контактора 1 прекратят базовьй ток транзистора 5 после чего сработает контактор 2 (эпюра 30).

Если ко времени размыкания контактов 2.4 (см, эпюру 31) напряжение на выходе устройства будет не меньшим значения, гарантирующего отсутствие перегрузки, конденсатор 15, заряжаясь через обмотку репе 14 и резистор 25, обусловиткратковремен- ное срабатьюание реле 14 (ей, эпюру 32), Начнет функционировать транзисторный ключ 6, а затем (благодаря току через резистор 22) - транзисторный ключ 7 (эпюра 33). Последний обеспечит пороговое устройство 11 питанием и так как исходному его состоянию (в отсутствие перегрузки) соответствует наличие напряжения на выходе, то срабатьюает релейный эле- мент 12 (эпюра 33) и сработавший его фототранзистор после размыкания контактов 14.1 будет поддерживать транзисторный ключ 6, а значит и 7 в открытом состоянии (произойдет самоблокировка). Через транзисторньй ключ 7 и резистор 23 возникает ток базы транзистора ключа 8 и он, открывшись (эпюра 33), образует соединение входа устройства с выходом (эпюра 28, второй всплеск тока), за счет чего напряжение на выходе будет доведено до уровня входного (за вычетом напряжения насыщения транзистора ключа 8 и падения напряжения на резисторе 24, эпюра 34.1).

Контактор 2 своими контактами 2.2 через ранее включившиеся контакты 1, закоротит накоротко дроссель 4, кото

рый используется только на этапе включения контактов 1.1, чтобы уменьшить их ток (начальный зарядный емкостной нагрузки) и ток первого электронного ключа 6 в момент его включения (см. эпюры 28, 29. 1, 34.1), сопровождающийся бросКом тока дозаря- да емкости нагрузки, к которому нежелательна (или недопустима) добавка дозарядного тока-на конденсатор 16,

0 5 о Q

5

0

5

значительно большей емкости, чем ем- кость нагрузки. Если в ходе испытания нагрузки конденсатор 16 разряжается через нее быстрее расчетного времени (эпюра 29,2) и к моменту размыкания контактов 2,4 напряжение на входе цепочки: диод 9 - резистор 25, будет меньшим, чем нужно для работы релейного элемента (реле 14), то нагрузка будет забракована, транзисторные ключи не включаются, чем будет предотвращена их авария, выходное напряжение (см. эпюру 34.2Дне достигнув номинала, спадет к нулю за счет окончательного разряда конденсатора 116 через чрезмерную нагрузку.

При запланированном выключении nor. следовательность выключения контакторов такая же, как и при включении: сначала первый, потом второй. Она подготавливается заблаговременно, еще при включении. Размыкающиеся контакты 2,4 предупреждают раннее выключение контактора 2 в начале выключения контактора 1, когда только разомк- нутся контакты 1,2, Второй подготовительной операцией является заблокиро- вание контактора 2 контактами 2,1 (в момент их замыкания цепь тока на обмотку контактора уже образована контактами 3,1), а третьей - размыкание цепи от входа до конденсатора 16 (уже разомкнутой контактами 1,3) дополнительно контактами 2.3,- чтобы при выключении избежать появления сквозной цепи тока от входа на выход (помимо третьего транзисторного клюг ча, выключаемого первоначально) по цепи: контакты 1,3 выключившегося : контактора I, дроссель 4, контакты 2,2 еще не выключившегося контактора 2. Контакты 2,2, выключившиеся бы при .действии такой цепи последними, предохранены от возникновения дуги, неизбежной из-за присутствия в цепи ;дросселя 4,

Последовательность процессов запланированного выключения следующая.

Отключение сигнала с управляющего входа (эпюра 26) и одновременно с ним всех трех электронных ключей, первого 6, второго 7 и третьего 8, силового (см. эпюру 33 тока базы его -транзистора) и обесточивание обмотки реле 3. Нагрузка и обмЛтка контакторов 1,2 находятся под током за счет энергии конденсатора 16,

91

Замыкание контактов 3.2 реле 3, закорачивающих накоротко обмотку контактора 1 (эпюра 27). Контактор 1:выключается, а контакты контактора 2 продолжают удерживаться в прежнем состоянии током обмотки через контакты 2,1, причем сопротивление в цепи этой обмотки уменьшилось (вследствие закорачивания обмотки контактора 1), что нужно для того, чтобы продлить его работу до полного выключения KOHTiaKTOpa 1 от разряжающегося (с момента выключения транзисторного . ключа 8) конденсатора 16 - эпюра 29.1 Отключаются контакты 1.1, но без раз- рьша тока, так как сохраняется связь конденсатора 16 с выходом через контакты 2.2. Включаются контакты 1.3, но связь конденсатора 16 с входом еще не устанавливается, потому что продолжают быть разомкнутыми контакты jj2.3. С момента замыкания контактов 1.4 начинается форсированный разряд койденсатора 16 (эпюра 29.1) через резист.ор 21. Напряжение на выходе повторяет спадающее напряжение конденсатора 16 (эпюра )., но только до окончания этапа.спада.

Подготовка к новому циклу работы: |заряд конденсатора 16 через контакты , 2,3,1.3 идроссель 4 (зпюра 29.1) и за- мыкание контактов 2,4, что приведет к образованию базового тока транзистора 5 и впоследствии, при появлении

напряжения в коллекторной цепи тран .зистора, - к закорачиванию обмотки конденсатора 2.,

д 1 t5 2025 зо

35

16810

Самовыключение вследствие перегрузки проходит следующие стадии.

Немедленное отключение электронной связи между входом и выходом (срабатывание порогового устройства 11, выключение первого релейного элемента 12 и транзисторных ключей 6, 7 и 8, выходящих все вместе из самоблокировки) и разряд конденсатора 16 на нагрузку.

Срабатывание анализатора 17 из-за понижения напряжения на выходе и выключение реле 3, отключение контакторов 1 и 2 в оговоренной последовательности, либо в другой, если перегрузка будет столь сильная, что кон-. денсатор 16 разрядится до напряжения отпускания контакторов раньше, чем : выключится реле 3.

Следующий цикл работы может быть начат после снятия напряжейия с управляющего входа, а затем его последующей подачей.

Таким образом, нагрузка каждый раз автоматически контролируется как ггеред включением, так и на протяжении всего цикла работы. За счет этого исключается .выход из строя устройства при аварийном состоянии потребителя независимо от того, было это состояние т&ковым до включения, или возникало, во время работы.

Устройство может работать на нагрузку от нуля до максимальной и любого вида - емкостную, индуктивную, активную, либо комплексную.

Фиг.1

29i1