Генераторное устройство с искробезопасным выходом Советский патент 1992 года по МПК E21F9/00 H02H7/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во взрывоопасных средах предприятий горной, нефтехимической и газовой промышленности, например, в источниках питания пультов дистанционного управления рудничных электровозов.

Известно устройство, содержащее аккумуляторный источник питания, подключенный через реле минимального напряжения к преобразователю напряжения. Схема искрозащиты включена во вторичную цепь преобразователя напряжения.

Недостатком устройства является невысокая надежность, так как в аварийном ре- жиме аккумуляторный источник питания не отключается от цепи нагрузки. Искробезопасная мощность невелика, так тируемый ток может быть большим из-за отсутствия специальных мер по его ограничению.

Известно устройство для обеспечения искробезопасности электрических цепей, содержащее источник постоянного тока, то- коогрэничивающий резистор, дополнительно тиристорный ключ, измерительный резистор, преобразователь напряжения, подключенный с помощью трансформатора к узлу искрозащиты, выполненному в виде двух фильтров высокой частоты и тиристор- ных ключей.

Недостатком является невысокая надежность в работе, так как аккумуляторный источник в аварийном режиме не отключается, а шунтируется тиристором,

В результате от аккумуляторного источника питания неограниченное время через тиристор Течет большой ток. После устранения аварийного режима устройства автоматически не возвращается в исходный режим.

ч ся

Os

ся о о

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генераторное устройство с искробезопасным выходом, содержащее аккумуляторный источник питания, к которому через последовательно соединенный первый и второй транзисторы подключен инвертор с трансформатором, к вторичной обмотке которого подключен узел искрозащиты на тиристорах, одновибратор и генератор подключены к выводам источника питания. К выходу од- новибратора через усилитель тока подключено реле. Времязадающий конденсатор подключен к входу одновибратора через третий транзистор, включающийся приемником оптрона, В устройстве имеется также измерительный резистор и тиристор, при включении которого загорается излучатель оптрона.

Недостатками известного устройства являются небольшая надежность и относительно небольшая искробезопасная мощность, так как в момент срабатывания тиристоров защиты допускается большой ток перегрузки, в течение относительно большого времени включения тиристора, включения оптрона, одновибратора и реле, и лишь после включения реле закрывается силовой транзистор. При одиночных коммутациях выходной цепи (т.е. при низкой частоте коммутации) тиристоры защиты вообще могут не включаться и коммутируемый ток в момент короткого замыкания может превысить искробезопас- ный уровень.

В устройствах искрозащиты, работающих по принципу отключения источника питания при коммутации цепи, искробезопасная мощность определяется лишь коммутируемым током и временем срабатывания искрозащиты. В известном устройстве импульсный ток в момент коммутации не ограничен, что может превысить допустимый ток для тиристоров и силовых транзисторов и вывести их из строя.

Кроме того, светодиод сигнализирует только об аварийном режиме выходной цепи, но не сигнализирует о переразряде аккумуляторной батареи.

Цель изобретения - повышение надежности искрозащиты и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторное устройство с искробезопасным выходом, содержащее аккумуляторный источник питания, к которому через последовательно соединенные первый и второй транзисторы подключены нагрузки, задающий генератор, инвертор и транзистор, к вторичной обмотке которого подключен

узел искрозащиты на тиристорах, одновибратор, подключенный к выводам источника питания, конденсатор, первым выводом подключенный к входу одновибратора,

электромагнитное реле, измерительный резистор, первым выводом подключенный к отрицательному выводу источника питания, первый, второй и третий резисторы, первыми выводами подключенные к положитель0 ному выводу источника питания, четвертый резистор первым выводом подключенный к отрицательному выводу источника питания, светодиод, третий, четвертый и пятый транзисторы, пятый и шестой резисторы, введе5 ны седьмой и восьмой резисторы, стабистор и стабилитрон, причем второй вывод измерительного резистора подключен к эмиттеру первого транзистора, базе которого подключен к эмиттеру первого транзистора,

0 к базе которого подключен коллектор четвертого транзистора и второй вывод третьего резистора, а эмиттеры третьего, четвертого и пятого транзисторов, а также второй вывод конденсатора подключены к

5 отрицательному выводу источника питания, базы четвертого и пятого транзисторов подключены к первому выводу восьмого резистора, второй вывод которого подключен к катоду стабмстора, анод которого соединен

0 с коллектором первого транзистора, эмиттером второго транзистора и первым выводом пятого резистора, второй вывод которого подключен к базе второго транзистора и размыкающему контакту реле, переклгочаю5 щий контакт которого подключен к второму выводу первого резистора, а замыкающий контакт - к аноду светодиода, катод которого через седьмой резистор подключен к отрицательному выводу источника питания,

0 коллектор второго транзистора подключен к первому выводу нагрузки, второй вывод нагрузки подключен к положительному выводу источника питания, второй вывод четвертого резистора и первый вывод шес5 того резистора подключены к аноду стабилитрона, катод которого и коллектор пятого транзистора подключены к второму выводу второго резистора, а второй вывод шестого резистора подключен к базе третьего тран0 зистора, коллектор которого подключен к входу одновибратора и первому выводу конденсатора, а выход одновибоатора подключен через реле к положительному выводу источника питания.

5 На чертеже показана электрическая схема устройства.

Устройство содержит аккумуляторный источник 1 питания, к которому через измерительный резистор 2 и последовательно соединенные транзисторы 3 и 4 подключена

нагрузка 5, задающий генератор б, инвертор 7 и трансформатор 8, к вторичной обмотке которого подключен узел 9 искрозащиты на тиристорах.

К источнику питания подключен одно- вибратор 10, выполненный по известным схемам (например, по схеме генератора на компараторе с конденсатором, у которого разделены цепи заряда и разряда).

К входу одновибратора 10 подключен конденсатор 11, зашунтированный переходом эмиттер - коллектор транзистора 12. Переход эмиттер - база этого транзистора зашунтирован двумя последовательно соединенными резисторами 13 и 14, к точке соединения которых подключен анод стабилитрона 15, катод которого подключен через резистор 16 к положительному выводу источника питания. Эмиттеры транзисторов 12, 17 и 18 подключены к отрицательному выводу источника 1 питания, базы транзисторов 17 и 18 подключены через последовательно соединенные резистор 19 и стабистор 20 к точке соединения коллектора транзистора 3 с эмиттером транзистора 4. Коллектор транзистора 17 и база транзистора 3 соединены и через резистор 21 подключены к положительному выводу источника 1 питания. Переход эмиттер - база транзистора 4 зашунтирован резистором 22. К выходу одновибратора 10 подключено реле 23, размыкающий контакт 24 которого подключен к базе транзистрора 4, переключающий контакт 25 - через резистор 26 к положительному выводу источника 1 питания, а замыкающий контакт 27 - через последовательно соединенные светодиод 28 и резистор 29 - к отрицательному выводу источника 1 питания. Нагрузка 5 постоянного тока подключена к клеммам 30 и 31, а нагрузка переменного тока - к клеммам 32 и 33. .

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в нормальном рабочем режиме аккумуляторный источник 1 питания заряжен до номинального напряжения, при котором стабилитрон 15 проводит ток, транзистор 12 открыт и конденсатор 11 разряжен, а одновибратор 10 находится в закрытом состоянии, т.е. реле 23 выключено. Контакты 24 и 25 реле замкнуты и транзисторы 3 и 4 открыты базовыми токами через резисторы 21 и 26. В нормальном рабочем режиме падение на пряжения на измерительном резисторе 2 не превышает напряжения пробоя стабистора 20, поэтому транзисторы 17 и 18 закрыты, и нагрузка 5 обтекается номинальным током. Базовые токи транзисторов 3 и 4 выбираются достаточными для того, чтобы транзисторы были в насыщении, и падение напряжения на переходах эмиттер - коллектор было бы незначительным.

5В случае коммутации выходных цепей

32 и 33 переменного тока (независимо - срабатывает узел 9 искрозащиты или нет), будет закорачиваться вторичная обмотка трансформатора 8, в цепи питания инвер10 тора 7 резко увеличивается ток, увеличивается уровень напряжения на измерительном резисторе 2. При превышении напряжения пробоя стабистора 20 он открывается и открывает транзисторы

15 17 и 18 Транзистор 17, открываясь, закрывает транзистор 3.

На коллекторе транзистора 3 после его закрытия уровень напряжения становится еще больше напряжения пробоя стабистора

0 20, так как транзистор 4 открыт базовым током через резистор 26 и замкнутые контакты 24 и 25 реле 23. Ток в этом моменте времени (пока реле выключено) определяется резистором 19, величина тока мала и не

5 превышает искробезопасный уровень Нов момент открытия транзистора 17 открывается и транзистор 18, а транзистор закрывается. После закрытия транзистора 12 конденсатор 11 одновибратора 10 начинает

0 заряжаться и разряжаться с определенной скважностью. Когда конденсатор заряжается, на выходе одновибратора единичное состояние и реле 23 выключено. В этом моменте времени ток через клеммы 30 и 31

5 определяется резистором 19, даже в случае короткого замыкания этих клемм, т е пока конденсатор 11 заряжается до уровня переключения одновибратора 10, ток идет по цепи: положительный вывод источника пи0 тания, клеммы нагрузки 5, открытый транзистор 4, стабистор 20, резистор 19, переход база - эмиттер транзистора 17, отрицательный вывод источника питания. Транзистор 17, удерживаясь в открытом состоянии,

5 удерживает в закрытом состоянии силовой транзистор 3.

После заряда конденсатора 11 до уровня переключения одновибратора 10 в нулевое состояние реле включается и

0 удерживается включенным до разряда конденсатора 11 до уровня переключения одно- вибратора 10 в единичное состояние. Контакты реле 24 и 25 размыкаются, а контакты реле 25 и 27 замыкаются, включая

5 светодиод 28. Транзистор 4 закрывается, стабистор 20 закрывается, транзисторы 17 и 18 также закрываются, а транзистор 12 через стабилитрон 15 открывается, разряжая конденсатор 11 (если напряжение ис- точника 1 питания номинальное)

Одновибратор 10 переключается в единичное состояние и реле выключается. Устройство возвращается в исходное состояние, т.е. транзисторы 3 и 4 открыты базовыми токами через резисторы 21 и соответственно 26 через контакты 24 и 25 реле 23, Если перегрузки или короткого замыкания выходных клемм 30 и 31 постоянного тока или выходных клемм 32 и 33 переменного тока не произошло, нагрузка питается номинальным током.

Если в процессе нормальной работы аккумуляторный источник питания разряжается ниже нормируемой величины (ниже напряжения стабилизации стабилитрона 15), то стабилитрон 15 закрываясь, закрывает транзистор 12 и конденсатор 11 начинает заряжаться и разряжаться с установленной скважностью.

Соответственно с такой же скважностью переключается одновибратор и реле. Контакты 24 и 25 реле, периодически размыкаясь на время разряда конденсатора 11, разрывают цепь управления транзистором 4 и он, периодически закрываясь, обесточивает нагрузку. Скважность импульсов открытого и закрытого состояний транзистора 4 большая и средний потребляемый ток нагрузкой 5 значительно ниже номинального. При этом мигание светодиода 28 сигнализирует о разряде аккумуляторного источника питания.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет повышенную надежность искроза- щиты, так как наряду с ограничением импульсного тока через силовые транзисторы в узле искрозащиты на искробезопасном уровне путем выбора измерительного резистора - датчика тока одновременно уменьшено время срабатывания искрозащиты, которое определяется лишь временем закрытия силового транзистора

Расширены функциональные возможности устройства, так как искробезопасная мощность обеспечивается как на постоянном токе так и на переменном токе, уменьшено потребление тока в аварийном режиме. При снижении напряжения аккумуляторного источника питания ниже установленного значения, а также при коммутациях выходных клемм постоянного и переменного тока устройство переходит в режим уменьшенного энергопотребления с индикацией этого режима.

Формула изобретения Генераторное устройство с искробезо- пасным выходом, содержащее аккумуляторный источник питания, к которому через последовательно соединенные измерительный резистор, эмиттер-коллекторные переходы первого и второго транзисторов

подключены клеммы для подсоединения нагрузки, а также последовательно соединенные задающий генератор, инвертор и трансформатор, к вторичной обмотке которого подключен узел искрозащиты на тиристорах, одновибратор, подключенный к выводам источника питания, конденсатор, первым выводом подключенный к входу од- новибратора, электромагнитное реле, первый, второй и третий резисторы, первыми

выводами подключенные к положительному выводу источника питания, четвертый резистор, первым выводом подключенный к отрицательному выводу источника питания, светодиод, третий, четвертый и пятый транзисторы, пятый и шестой резисторы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности искрозащиты и расширения функциональных возможностей, в него введены седьмой и восьмой резисторы, стабистор и стабилитрон, при этом к базе первого транзистора подключены коллектор четвертого транзистора и второй вывод третьего резистора, а эмиттеры третьего, четвертого и пятого транзисторов а также второй выпод конденсатора подключены к отрицательному выводу источника питания, базы четвертого и пятого транзисторов подключены к первому выводу восьмого резис ора второй вывод которого подключен к катоду

стабисторэ, анод которого соединен с коллектором первого транзистора, эми-пером второго транзистора и первым выводом пя- ого резистора, второй вывод которого подключен к базе второго транзистора и

размыкающему контакту реле, переключающий контакт которого подключен к второму выводу первого резистора, э замыкающий контакт - к аноду светодиода, катод которого через седьмой резистор подключен к от5 рицательному выводу источника питания, второй вывод четвертого резистора и первый вывод шестого резистора подключены к аноду стабилитрона, катод которого и коллектор пятого транзистора подключены к

0 второму выводу второго резистора, второй вывод шестого резистора подключен к базе третьего транзистора, коллектор которого подключен к входу одновибратора и первому выводу конденсатора, а выход одновиб5 ратора подключен через к положительному выводу источника питания.

Использование: во взрывоопасных средах предприятий горной, нефтехимической и газовой промышленности, например в источниках питания пультов дистанционного управления рудничных электровозов. Сущность изобретения: импульсный ток через силовые транзисторы и тиристоры в узле искрозащиты имеет величину, ограниченную на искробезопасном уровне выбором измерительного резистора - датчика тока, Время срабатывания искрозащиты определяется лишь временем закрытия силового транзистора. Одновременно расширены функциональные возможности устройства, так как искробезопасная мощность обеспечивается как на постоянном токе, так и на переменном. 1 ил. (Л