Выходной каскад устройств для дистанционного управления коммутационным аппаратом Советский патент 1992 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к электротехнике может быть использовано в системах шахтой автоматики, например в устройствах дитанционного управления при подземных разработках угольных месторождений, а таке на предприятиях других отраслей народного хозяйства.

Известно, что к шахтной автоматике редъявляется ряд специфических требований, направленных на повышение надежности истем управления электрооборудованием, орными машинами и механизмами. В конеч- ном счете все эти требования направлены на предотвращение самовключения электроборудования или его отключения при отказах.

Так, в блоках дистанционного управления типа БДУ, ИМШБ.656111.010ТО, предназначенных для встройки в рудничные коммутационные аппараты напряжением о 1200 В частоты 50 и 60 Гц и служащих для истанционного с искробезопасными параметрами управления, для достижения опре- деленного уровня надежности блок выполнен из двух дублированных схем. Контакты выходных реле включены в логическую схему. Выходной каскад БДУ содержит пять реле, при этом не исключается самовключение исполнительного реле при двух повреждениях в схеме. Конструкция БДУ очень сложна и мало надежна. Блоки не позволяют управлять реверсивными электроприводами и их приходится ставить два, применять три провода дистанционного управления, что в еще большей степени снижает надежность.

Известны также технические решения, где высокая надежность достигается применением импульсных трансформаторов, вы- полненныхтак, что они являются фильтрами нижних частот. Во вторичные обмотки этих трансформаторов включены исполнительные реле, а на первичные обмотки подается пульсирующий ток высокой частоты.

Обладая определенными преимуществами, эти устройства имеют недостатки, к основным из которых следует отнести сложность селекции частот при управлении реверсивными электроприводами, так как требуется подбор параметров трансформаторов, конденсаторов фильтра и самих исполнительных реле. Но основным недостатком является то, что трансформаторы являются самостоятельно изготавливаемыми элементами, и при серийном производстве возникают определенные трудности в их изготовлении, так как они являются трудоемкими изделиями (необходимость наличия штампов, прессов, намоточных станков и т.д.).

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является выходной релейный каскад аппарата АЗПБ, содержащий реле К2.5, зашунтированное конденсатором С21 и диодами УД32, УД31, конденсатор С20, резистор R39, усилитель на транзисторах VT9, VT10, VT11, резисторах R36, R38, R39 и диоде УД29. В зависимости от уровня входного сигнала (логический нуль - лог. О или логическая единица - лог. Г) транзистор VT11 либо открыт, либо закрыт. Во время открытого состояния транзистора VT11 (на входе усилителя лог. 1) конденсатор С20 заряжается по цепи: + источника питания - диод /Д31, конденсатор С20- транзистор VT11 - - источника питания. В следующий момент времени (на входе усилителя лог. О) транзистор VT11 закрыт и конденсатор С20 разряжается по цепи: правая обкладка конденсатор С20 - диод /Д32 - реле К2.5 и конденсатор С21 источника питания - резистор R39 - левая обкладка конденсатора С20. Реле К2.5 срабатывает и включает

необходимые цепи аппарата. Затем процесс повторяется.

Таким образом, при наличии сигнала на входе инвертора конденсатор С20 заряжается, а при отсутствии - разряжается на

обмотку реле К2.5, для удержания которого

в сработанном состоянии (во время заряда

конденсатора С20) служит конденсатор С21.

Устройство защищено от ложного срабатыаания исполнительного реле К2.5 при повреждениях в схеме. Так, для его самовключения необходимо закоротить диод УД32, оторвать диод УД31, закоротить конденсатор С20 и пробить транзистор VT11,

т.е. нанести четыре независимых повреждения.

Однако устройству присущи и недостатки, заключающиеся в следующем.

1.В цепи разряда конденсатора С20 находятся резистор R39 и конденсатор С21, не считая исполнительного реле К2.5. Резистор ограничивает ток срабатывания реле и не может быть малой величины, так как определяет еще и коллекторный ток транзистора

VT11. В свою очередь конденсатор С21 ничего, кроме вреда, не приносит, так как ограничивает время нарастания напряжения на обмотке реле К2.5. Подтверждением тому служат эксперимент, большая емкость конденсатора С20 (электролитический) и малая - конденсатора С21. На обмотке реле К2.5 - пульсирующее напряжение, и реле не выключается при заряде конденсатора С20 только из-за большой индуктивности обмотки, а конденсатор С21 может быть в малой

степени эффективен только при большой емкости конденсатора С20.

2.При большой емкости конденсатора С20 практически невозможно отстроиться от промышленной частоты, и устройство может ложно срабатывать при наличии этого напряжения на входе транзисторного усилителя в аварийном режиме работы.

3.Ограниченная энергия, отдаваемая конденсатором С20 реле К2.5 только при одном уровне входного сигнала, не позволяет применять более мощные реле, которым присущи малая индуктивность и омическое сопротивление обмоток.

4.Большие пульсации тока в цепи обмотки реле делают его работу ненадежной, выходящей за рамки режимов, регламентированных техническими условиями.

б.Устройство нестабильно при колебаниях питающего напряжения. Так, с ростом напряжения питания оно будет срабатывать при меньшей частоте входного сигнала. Снижение напряжения питания потребует повышения частоты для срабатывания реле. Использование же стабилизатора по цепи питания существенно усложнит конструкцию, так как КПД устройства очень мал и потребуется достаточно мощный стабилизатор напряжения.

Цель изобретения -устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в выходной каскад устройств для дистанционного управления коммутационным аппаратом, содержащий первый инвертор, выход которого соединен через первый резистор с первой шиной питания и через первый конденсатор - с объединенными выводами последовательно и согласно соединенных первого и второго диодов, а анод первого диода соединен с первым выводом обмотки реле, второй вывод которой соединен с катодом второго диода и второй шиной питания, вход первого инвертора подключен к выводу входного сигнала, дополнительно введены второй и третий инверторы, третий и четвертый диоды, второй резистор, второй конденсатор и стабилитрон. При этом вход первого инвертора соединен через последовательно соединенные второй и третий инверторы с объединенными выводами второго резистора и конденсатора. Другой вывод резистора соединен с первой шиной питания. Другой вывод второго конденсатора соединен с объединенными выводами последовательно и согласно соединенных третьего и четвертого диодов. Анод третьего диода соединен с первым выводом обмотки реле, второй вывод которой соединен с катодом четвертого диода, а стабилитрон подключен параллельно к обмотке реле.

На фиг.1 представлена электрическая

принципиальная схема выходного каскада устройства для дистанционного управления коммутационным аппаратом; на фиг.2 - ос- цилограммы напряжения и токов в характерных точках.

0 Устройство содержит первый 1, второй 13 и третий 12 инверторы, два из которых имеют на выходе транзисторы с открытым коллектором, первый 2 и второй 11 зарядные резисторы (коллекторные резисторы

5 выходных транзисторов инверторов 1 и 12),

первый 3 и второй 10 конденсаторы, первый

5, второй 4, третий 6 и четвертый 7 диоды,

стабилитрон 9 и реле 8 с контактами 14.

Выход инвертора 1 соединен через пер0 вый резистор 2 с первой шиной питания и через первый конденсатор 3-е объединенным выводом первого 5 и второго 4 диодов. Анод первого диода 5 соединен с первым выводом обмотки реле 8. Второй вывод об5 мотки реле соединен с катодом второго диода 4 и второй шиной питания. Вход первого инвертора 1 подключен к выводу входного сигнала и соединен через второй 13 и третий 12 инверторы с объединенными выводами

0 второго резистора 11 и второго конденсатора 10. Другой вывод второго резистора 11 соединен с первой шиной питания, а другой вывод второго конденсатора 10 - с объединенными выводами третьего 6 и четвертого

5 7 диодов. Анод третьего диода 6 соединен с первым выводом обмотки реле 8, второй вывод которой соединен с катодом четвертого диода 7. Параллельно к обмотке реле 8 подключен стабилитрон 9.

0 На верхней шине питания +. На вход устройства подаются импульсы согласно фиг.2а. Осциллограммы сняты для трех разных частот входного сигнала.

Предположим, что на входе устройства

5 уровень лог. 1. В этом случае на выходе инвертора 1 -лог. О, а ня виходе инвертора 12-лог. Г.

Конденсатор 3, будучи предварительно заряженным (левая обкладка +. правая -),

0 заряжается по цепи: диод 5 - стабилитрон 9 и реле 8 - - источника питания - открытый выходной транзистор инвертора 1 (фиг.2в). В это же время конденсатор 10 заряжается по цепи: + источника питания 5 резистор 11 - конденсатор 10 - диод 7 - - источника питания (фиг.2б).

При смене на входе уровней сигнала начинает заряжаться конденсатор 3 по цепи: + источника питания - конденсатор 3 - диод 4 - - источника питания, а конденсатор 10 разряжается по цепи: диод 6 - стабилитрон 9 и реле 8 источника питания - открытый выходной транзистор инвертора 12.

Таким образом, независимо от уровня входного сигнала (лог. О или лог. Г) на обмотку реле 8 разряжается один из конденсаторов - 3 или 10. Осциллограмма напряжения на обмотке реле 8 приведена на фиг.2г, а ток в обмотке реле 8 при разных частотах входного сигнала - на фиг.2д. Характерные ступеньки на фиг,26,2в при разряде конденсаторов 3 и 10 на обмотку реле 8 объясняются тем, что конденсаторы заряжаются до напряжения источника питания, которое в нормальном режиме работы выбрано выше напряжения питания реле и напряжения стабилизации стабилитрона 9. В результате этого разряд конденсатора на обмотку реле происходит только с напряжения стабилизации стабилитрона 9. Таким образом осуществляется стабилизация частотной характеристики устройства при колебаниях напряжения питания.

Для того, чтобы произошло самовключение реле 8 при аварии, необходимо как минимум отключить диод 6, стабилитрон 9, диод 4 и закоротить резистор 2, конденсатор 3, диод 5, т.е. нанести шесть повреждений.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа, так как позволяет: как минимум вдвое увеличить энергию, необходимую для включения реле, что позволяет принять более мощные реле, не используя промежуточных; применив два устройства, различаемых только емкостью конденсаторов 3 и 10, управлять реверсивными электроприводами,на двух фиксированных частотах по двухпроводной линии связи. Уменьшена пульсация тока в обмотке реле (см. фиг.2д), где И, г, з - действующие значения токов в обмотке реле при разных частотах. Применение конденсаторов меньшей емкости позволяет свободно отстраиваться от промышленной частоты 50,60 Гц на входе устройства в аварийном режиме работы. Напряжение на реле стабилизировано простым способом. Увеличено количество необходимых повреждений для самовключения реле без простого дублирования элементов, а с использованием их в первую очередь по основному функциональному назначению.

Все перечисленные преимущества в значительной степени повышают надежность устройства, применение которого позволит повысить надежность систем

шахтной автоматики или иных систем с точки зрения общей безопасности. Варьируя частотой, напряжением питания, емкостью конденсаторов и сопротивлением резисторов, устройство позволяет создавать разнообразные системы с наперед заданными необходимыми параметрами.

Формула изобретения Выходной каскад устройств для дистанционного управления коммутационным аппаратом, содержащий первый инвертор, выход которого соединен через первый резистор с первой шиной питания и через первый конденсатор - с объединенными

выводами последовательно и согласно соединенных первого и второго диодов, анод первого диода соединен с первым выводом обмотки реле, второй вывод которой соединен с катодом второго диода и второй шиной питания, вход первого инвертора подключен к выводу входного сигнала, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены второй и третий инверторы, третий и четвертый диоды, второй резистор, второй конденсатор и стабилитрон, при этом вход первого инвертора соединен через последовательно соединенные второй и третий инверторы с объединенными выводами второго резистора и конденсатора, другой вывод резистора соединен с первой шиной питания, другой вывод второго конденсатора соединен с объединенными выводами, последовательно и согласно соединенных третьего и четвертого диодов, анод третьего диода соединен с первым выводом обмотки реле, второй вывод которой соединен с катодом четвертого диода, а стабилитрон подключен параллельно к обмотке реле.

и

т

s ui

в U

г т

Фиг.2