Групповой источник питания с искробезопасными выходами Советский патент 1989 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к шахтньгм электроосветительным установкам, в частности к групповым источникам питания с искробезопасными выходами, питаемым от сети переменного тока, и может найти применение в освети- тельных установках горно-добывающих комплексов для питания люминесцентных и ламп накаливания, а также в условиях взрывоопасных производств.

Цель изобретения - повышение на дежности искрозащиты.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - 9 - функциональные схемы входящих в него узлов и временные диаграммы их работы.

Источник состоит из сетевого выпрямителя 1, блока 2 защиты по максимальному току, задающего генератора 3, блока 4 управления импульсного стабилизатора, силового каскада 5 импульсного стабилизатора, формирователя 6 укороченных импульсов запуска блока 7 защиты по уровню напряжения питания, усилителя 8 мощности, блока 9 аварийного отключения и блока 10 защитных трансформаторов, причем сетевой выпрямитель 1 соединен с входом силового каскада 5 через блок 2 защиты по максимальному току, выходы

силового каскада 5 импульсного ста

билизатора (ИС) соединены с входами усилителя 8 мощности, блоком 7 защиты по уровню напряжения питания и блоком 4 управления импульсного стабилизатора, задающий генератор 3 соединен с входом блока 4 управления ИС и через формирователь 6 укороченных импульсов запуска - с входом усилителя 8 мощности, соединен с

0 5

0

0 5

0

входом блока 10 защитных трансформаторов, а через блок 9 аварийного отключения - с входом сетевого выпрямителя 1 .

Блок 4 управления ИС (фиг.2) состоит из усилителя 11 напряжения разбаланса, формирователя импульсов запуска ИС 12 и логического элемента 2И 13.

Формирователь 6 укороченных импульсов запуска (блок) представляет собой компаратор напряжения, на один из входов которого подается сигнал с задающего генератора 3, а на другой - напряжение с выхода блока 7 защиты по напряжению питания, определяющее длительность Т импульсов на выходе формирователя 6.

Блок 7 представляет собой компаратор напряжения.

Блок 2 защиты по максимальному току состоит (фиг.5) из датчика 14 тока и компаратора 15. Блок 9 аварийного отключения состоит из датчика 16 напряжения усилителя 8 мощности, компаратора 17 и выключателя сети 16 переменного тока (фиг.6).

Блок 10 защитных трансформаторов представлй ет собой группу трансформаторов на выходе источника, количество которых равно числу потребителей электроэнергии (количеству подключаемых индивидуальных нагрузок). Электрическая схема блока 10 приведена на фиг.7. Защитное действие этих трансформаторов основано на ограничивающем действии их индуктивности рассеяния, в результате которого ток в выходных цепях не превышает величины, допустимой по условиям искробезопас5

ности. На фиг.8 приведена упрощенная эквивалентная схема защитного трансформатора, которая на высоких частотах может быть представлена в виде суммарного сопротивления потерь первичной и вторичной обмоток г г 1

и вторичной обмоток г « К и суммарной индуктивности рассеяния LS, ,где К тр коэффициент трансформации. При коротком замыкании выходов группового источника (случай, наиболее опасный с точки зрения искробезопасности) ток в выходной цепи трансформатора не првышает величины

-тр

f(R,

r,,

К

Р

f -(

SI

zV

to - частота питания;

R.- выходное напряжение и выходное сопротивление блока усилителя мощности 8 соответственно.

10

15

20

жений на входе усилителя I1 разбаланса близка к нулю. Эпюры сигналов блока А приведены на фиг. 9, где эпюра а - сигнал с задающего генератора; эпюры б и В - сигналы на выходе компаратора 17 при положительном U и отрицательном и напряжениях с выхода усилителя 11 разбаланса.

Сформированные импульсы запуска с выхода узла 12 поступают на силовой каскад 5 импульсного стабилизатора через логический элемент 2И 13 только при наличии на одном из входов эле- элемента 2И разрешающего сигнала с выхода блока 2. При потреблении источником тока, свыше допустимого, на вход элемента 2И с выхода блока 2 подается запрещающий сигнал, отключающий питание группового источника.

Стабилизированное напряжение постоянного тока с выхода блока 5 подается на питание задающего генератора 3, формирователя 6 укороченных им

Изобретение относится к шахтным электроосветительным установкам. Цель - повышение надежности искрозащиты. Источник состоит из сетевого выпрямителя 1, блока (Б) 2 защиты по максимальному току, задающего генератора 3, Б 4 управления импульсного стабилизатора (ИС), силового каскада 5 ИС, формирователя 6 укороченных импульсов запуска, Б 7 защиты по уровню напряжения питания, усилителя мощности 8, Б 9 аварийного отключения и Б 10 защитных трансформаторов. Последний предохраняет устройство от короткого замыкания любого числа искробезопасных выходов, а Б 6 предотвращает динамические потери в силовых транзисторах, Б 2 предохраняет источник от выхода из строя силовых элементов при перегрузках. Выпрямленное сетевое напряжение с Б 1 через Б 2 поступает на ИС, состоящий из Б 4 и силового каскада 5. Стабилизированное напряжение постоянного тока с выхода каскада 5 подается на питание задающего генератора 3, Б 6 и усилителя мощности 8. При этом Б 6 вырабатывает прямоугольные импульсы, управляющие работой усилителя 8. С выхода последнего переменное напряжение прямоугольной формы с частотой, равной частоте генератора 3, поступает на Б 10. Число трансформаторов в Б 10 равно числу выходов группового источника питания. Искробезопасность выходов источника в рабочем режиме обеспечивается, с одной стороны, ИС, осуществляющим стабилизацию напряжения, поступающего на усилитель мощности 8, а с другой - ограничивающим действием индуктивности рассеяния защитных трансформаторов в Б 10. В аварийном режиме в случае выхода из строя Б 7 искробезопасность обеспечивается Б 9, отключающим источник от сети. 9 ил.

Параметры защитного трансформатора 25 пульсов запуска и усилителя 8 мощвыбираются таким образом, чтобы величина I 1 не превышала значения допустимого по условиям искробезопасности

Устройство работает следующим образом.

Выпрямленное сетевое напряжение с выпрямителя 1 через блок 2 защиты по максимальному току поступает на ИС, состоящий из блока 4 управления и силового каскада 5 (блока).

Работа блока 4 происходит так. На один из входов усилителя 11 напряжения разбаланса подается опорное напряжение, а на другой - сигнал, пропорциональный выходному напряжению импульсного стабилизатора (с выхода блока 5). При неравенстве этих напряжений на выходе усилителя 11 напряжения разбаланса появляется сигнал, поступающий на один из входов узла 12, выполняющего функцию формирователя импульсов запуска силового каскада импульсного стабилизатора 5. При этом на второй вход узла 12 поступает сигнал с выхода задающего генератора 3. Длительность импульсов на выходе узла 12 изменяется от О до Т в зависимости от ве- личины напряжения на выходе усилителя 11 напряжения разбаланса и автоматически устанавливается такой, при которой выходное напряжение импульсного стабилизатора близко к требуемому уровню. При этом разность напря0

5

0

ности ключевого типа. Формирователь 6 укороченных импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы, управляющие работой усилителя 8 мощности. Их длительность устанавливается меньшей длительности полупериода напряжения, вырабатываемого задающим генератором 3, на величину времени рассасывания носителей заряда в силовых транзисторах усилителя 8 мощности. В результате резко снижаются потери мощности при переключении и нагрев этих транзисторов, что приводит к увеличению надежности их работы и повьпиению КПД источника. С выхода усилителя 8 мощности ключевого типа переменное напряжение прямоугольной формы с частотой, равной частоте задающего генератора, поступает на блок 10 защитных трансформаторов, число которых в блоке равно числу выходов группового источника. Искробезопасность выходов источника в рабочем режиме обеспечивается с одной стороны импульсным стабилизатором, осуществляющим стабилизацию величины напряжения, подаваемого на усилитель 8 мощности, а с другой - ограничивающим действием индуктивности рассеяния защитных трансформаторов блока 10, в результате которого ток в цепях искробезопасных выходов не превышает величины, допустимой по условиям искробезопасности.

5

0

В аварийном режиме при превышении выходного напряжения импульсного ста биЛизатора искробезопасность обеспечивается блоком 7 защиты по напряжению питания, на один из входов которого подается напряжение, пропорциональное выходному напряжению импульсного стабилизатора .(с выхода блока 5), а на второй - опорное напряжение Напряжение на выходе блока 7 может принимать два фиксированных положительных значения - U или U2 (фиг,4а Если выходное напряжение импульсного стабилизатора не превышает допустимого уровня, выходное напряжение блока 7 равно и и блок 6 вырабатывает укороченные импульсы запуска (эпюра 45). В противном случае напряжение на выходе блока 7 равно U и выработка укороченных импульсов запуска блоком 6 прекращается. Таким образом, блок 7 прекращает выработку выходного напряжения источником при превышении выходным напряжением импульсного стабилизатора уровня, допустимого по условиям искробезопас- ности, В случае выхода из строя блока 7 защиты по напряжению питания искробезопасность выходов источника обеспечивается блоком 9 аварийного отключения, отключающим источник от сети переменного тока при превышении амплитуды высокочастотного напряжени на выходе блока 10 выше допустимого предела. Для нормальной работы источника порог срабатывания блока 9 устанавливается несколько выше порога срабатывания блока 7.

Блок аварийного отключения функционирует следующим образом.

На один из входов компаратора 17 подается опорное напряжение, а на другой - напряжение, пропорциональное переменному напряжению с выхода усилителя 8 мощности. При превышении переменным напряжением на выходе усилителя 8 мощности допустимого значения, задаваемого опорным напряжением, на выходе компаратора 17 появляется сигнал, отключающий групповой источник с искробезопаснь ми выходами от сети переменного тока при помощи вьжлючателя 18 сети.

Функциональная надежность источника, помимо блока формирователя 6 укороченных импульсов, повышается также за счет применения блока 2 защиты по максимальному току, огра

ничивающего предельно допустимый ток, потребляемый источником, и предотвращающего катастрофический выход из строя силовьгх элементов импульсного стабилизатора и усилителя мощности.

Блок защиты по максимальному току (фиг,5) работает следующим образом.

На один из входов компаратора 15 подается опорное напряжение, а на другой - напряжение, пропорциональное потребляемому групповым источником среднему току, от датчика тока 14, При превышении последним опорного напряжения на выходе компаратора 15 появляется сигнал, который при подаче на логический элемент 2И 13 (блок 4) прекращает выработку блоком 4 импульсов,управляющим работой силового каскада 5 импульсного стабилизатора, В результате исчезает напряжение на выходе импульсного ста- билизатора и группового источника в целом. Основное назначение блока 2 - защита функциональных блоков группового источника от выхода из строя.

Таким образом, предлагаемая схема группового источника питания благодаря применению импульсного стабилизатора, используемого в данном случае в новом качестве - элемента искрозащиты, а также блоков 7 и 9 защиты по напряжению питания и аварийного отключения обеспечивает искробезопасность источника в рабочем и аварийном режимах; применение формирователя 6 укороченных импульсов и блока 2 защиты по максимальному току, блока 10 защитных трансформаторов повышает функциональную надежность работы источника. Формула изобретения

Групповой источник питания с иск- робезопасными выходами, содержащий усилитель мощности, сетевой выпрямитель и задающий генератор, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности искрозащиты, он снабжен импульсным стабилизатором, включающим силовой каскад и блок управления, формирователем укороченных импульсов запуска, блоком защиты по уровню напряжения питания, блоком аварийного отключения блоком защиты по максимальному току, блоком защитных трансформаторов, причем сетевой выпрямитель соединен

с входом силового каскада импульсного стабилизатора через блок защиты по максимальному току, выход силового каскада импульсного стабилизатора соединен с входом усилителя мощности, блоком защиты по уровню напряжения питания и блоком управления импульсного стабилизатора, за- |Дающий генератор соединен с входом |блока управления импульсного стабилизатора и первым входом формирователя

от блока 3,

11

к влоку 8

от блока 1

к SflOKi/ 5

напряжение

укороченных импульсов запуска, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход блока защиты по уровню напряжения питания соединен с вторым входом формирователя укороченных импульсов запуска, выход усилителя мощности соединен с входом блока защитных трансформаторов и входом блока аварийного отключения, выход которого подключен к управляющему входу сетевого выпрямителя.

15

к

.

от блока 2

Фие.2

напрямние

Фиг. 5

Фиг.б