Устройство для включения нагрузки по линии питания переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H05B39/04 

1

(21)4856701/07 (22)01.08.90 (46)07.10.92. Бюл. № 37

(71)Кыштымский радиозавод

(72)А. Ю.Баранов

(56)1. Дробница Н. Управление несколькими устройствами по двум проводам, М.: Радио, 1978, № 9, с.ЗО.

2. Гранкин Ю. Управление люстрой по двум проводам, М.: Радио, 1984, № 1, с.53. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ НАГРУЗКИ ПО ЛИНИИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

(57)Использование: для коммутирования двух нагрузок в виде ламп накаливания по двухпроводной линии. Сущность изобретения: в устройство для включения нагрузки по линии питания переменного тока, содержащее первый выпрямитель с выводами для подключения к линии питания, второй выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя, накопительный конденсатор и исполнительный элемент, введены блок задержки, логический инвертирующий преобразователь и триггер, к выходу первого выпрямителя подключен вход логического инвертирующего преобразователя, выход которого подключен к S-входу RS-триггера, R-вход триггера подключен к выходу блока задержки, а S-выход - к управляющему входу исполнительного элемента, к выходу второго выпрямителя параллельно подключены накопительный конденсатор и вход блока задержки, что позволяет повысить надежность и быстродействие устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

л

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммути- рования двух нагрузок в виде ламп накаливания по двухпроводной линии.

Известно устройство (см. журнал Радио, 1978, № 9, с.ЗО), содержащее выпрямитель с входными выводами для подключения его к линии питания, накопительный конденсатор и исполнительный элемент с выходной коммутируемой цепью.

Однако известное устройство, во-первых, малонадежно в Эксплуатации (малое время безотказной работы). Низкая надежность обусловлена применением электромеханических реле, коммутирующих переменные токи 0,1-2 А частотой 50 Гц под напряжением 220 В. Дополнительно надежность устройства понижается из-за отсутствия диодов, подключенных параллельно реле для шунтирования бросков токов самоиндукции через транзисторы.

Вторым недостатком устройства является ограничение мощности лампы накаливания (25-40 Вт) первой ступени коммутации Третий недостаток - низкое быстродействие при включении второй ступени коммутации.

Известно также устройство (см. журнал Радио, 1984, № 1, с.ЗО), взятое в качестве прототипа, содержащее первый выпрямитель с входами для подключения его к линии питания, второй выпрямитель, накопительный конденсатор и исполнительный элемент с выходной коммутируемой цепью, причем выход первого выпрямителя подключен к входу второго.

XI

О

VI XI

Однако известное устройство малонадежно в эксплуатации (малое время безотказной работы) из-за применения электромеханических реле, причем работа ющих на коммутацию больших начальных токов заряда конденсатора и коммутацию переменных токов нагрузки 0,1-2 А частотой 50 Гц под напряжением 220 В. Кроме того, известное устройство обладает низким быстродействием, которое ограничено суммарным временем срабатывания обоих реле и временем отпускания первого реле.

Цель изобретения - увеличение времени безотказной работы (повышение надежности) и повышение быстродействия устройства при коммутации второй ступени мощности.

Для достижения поставленной цели в известное устройство введены блок задержки, логический инвертирующий преобра- зователь и RS-триггер, а исполнительный элемент выполнен в виде электронного коммутатора, причем к выходу первого выпрямителя подключен вход логического инвертирующего преобразователя, выход которого подключен к S-входу RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу блока задержки, а S-выход- к управляющему входу Исполнительного элемента, к выходу вто- рого выпрямителя параллельно подключены накопительный конденсатор и вход блока задержки, при этом положительные и отрицательные выводы питания исполнительного элемента, логического инвертирующего преобразователя и RS- триггера соединены соответственно с поло- жительным и отрицательным выводами накопительного конденсатора

Инвертирующий логический преобразователь выполнен на двухвходовом эле- менте ИЛИ-НЕ, интегрирующей RC-цепи и пороговом элементе с коэффициентом возврата, меньшим единицы, при этом первый вход элемента ИЛИ-НЕ является входом инвертирующего логического преобразова- теля, выход элемента ИЛИ-НЕ через интегрирующую RC-цепь соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и является выходом инвертирующего логи- ческого преобразователя.

Повышение надежности устройства достигается путем исключения из устройства низконадежных электромеханических реле и замены механических контактов реле для коммутации второй ступени мощности электронными коммутаторами (тринисторами и симисторами), износоустойчивость которых не критична к коммутирующему напряжению и току (0,2-5 А) промышленных частот

(50-400 Гц). Повышение быстродействия включения второй ступени мощности коммутации достигается благодаря сокращению времени готовности включения второй ступени коммутации, определяемой суммарной постоянной первого выпрямителя и блока задержки (не более 1 мс) и готовностью электронного коммутатора к включению минимум через 20 мс (для сети 50 Гц) независимо от времени разомкнутого состояния выключателя устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.З изображена функциональная схема инвертирующего логического преобразователя; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для включения нагрузки по линии питания переменного тока (фиг.1) содержит первую клемму для подключения к сети переменного тока, подключенную к второй клемме через последовательно соединенные первую лампу 1 (или группу параллельно соединенных ламп) и выключатель 2, параллельно первой лампе 1 подключены первый выпрямитель 3, выполненный в виде последовательно подключенных понижающего трансформатора и диодного моста, и соединенные между собой последовательно вторая лампа 4 (или группа параллельно соединенных ламп) и электронный коммутатор 5, выполненный в виде усилителя, подключенного к управляющему электроду тринистора, который включен в диагональ диодного моста Положительный выход первого выпрямителя 3 подключен к входу второго выпрямителя 6 и входу инвертирующего логического преобразователя 7, выход которого последовательно через триггер 8 подключен к входу электронного коммутатора 5. Выход второго выпрямителя 6 является шиной питание и подключен к выводу питание электронного коммутатора 5, инвертирующего логического преобразователя 7, триггера 8, к первому выводу накопительного конденсатора 9 и через блок 10 задержки (выполненный в виде интегрирующей RC- цепочки, причем при необходимости резистор шунтируют диодом) и R-входу триггера 8, отрицательный выход первого выпрямителя 3 является общей шиной и подключен к выводу общая шина блока 10 задержки, триггера 8, электронного коммутатора 5, инвертирующего логического преобразователя 7 и к второму выводу накопительного конденсатора 9.

Инвертирующий логический преобразователь 7 (фиг 3) содержит двухвходовый

элемент ИЛИ-НЕ 11, интегрирующую RC- цепь 12 с постоянной интегрирования, большей полупериода частоты питающей сети, и пороговый элемент 13 с коэффициентом возврата, меньшим единицы. При этом первый вход элемента ИЛИ-НЕ 11 является входом инвертирующего логического преобразователя 7, выход элемента ИЛИ-НЕ 11 через интегрирующую RC-цепь 12 соединен с входом порогового элемента 13, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 11 и является выходом инвертирующего логического преобразователя 7.

Устройство работает следующим образом.

Для включения и выключения первой ступени коммутации (первой лампы 1) используют выключатель 2 устройства по прямому назначению.

Для включения второй лампы 4 (второй ступени коммутации) сначала замыкают (см. фиг.1 и фиг.2) выключатель 2. При этом загорается первая лампа 1, и двухполупериод- ное напряжение с выхода первого выпрямителя 3 поступает на инвертирующий логический преобразователь 7 и второй выпрямитель 6. Постоянное напряжение с выхода второго выпрямителя 6 и накопительного конденсатора 9 поступает на узлы устройства, обеспечивая их питанием, и через блок 10 задержки через время п , не превышающее единиц мс, поступает на R- вход триггера 8, обеспечивая таким образом установку триггера 8 в нулевое исходное состояние. Нулевой потенциал с триггера 8 поступает на электронный коммутатор 5, обеспечивая его закрытое состояние.

В таком состоянии устройство может находиться сколь угодно долго, потому что на S-вход триггера 8 поступает напряжение логического нуля, генерируемое инвертирующим логическим преобразователем 7 из выходного напряжения первого выпрямителя 3.

Затем при размыкании выключателя 2 первая лампа 1 гаснет, нона накопительном конденсаторе 9 остается напряжение питания, которое постепенно убывает по мере разряда этого конденсатора. С целью обеспечения небольших габаритов устройства целесообразно узлы выполнять на микросхемах КМОП-структуры с малым током потребления. Емкость накопительного конденсатора 9 выбирают из условия ее полного разряда за время гг 0,5-1 с.

После размыкания выключателя 2 на вход инвертирующего логического преобразователя 7 начинает поступать нулевое напряжение. Поэтому после размыкания через время тз , определяемое параметрами интегрирующей RC-цепочки 12, с выхода инвертирующего логического преобразователя 7 напряжение логической единицы поступает на S-вход триггера 8 и переводит его в единичное состояние. Наибольшее быстродействие устройства обеспечивается

при равенстве постоянной интегрирования RC-цепочки 12 полупериоду частоты питающей сети.

Далее, при переводе выключателя 2 в замкнутое состояние, загораются обе лампы 1, 4, потому что на электронный коммутатор 5 с триггера 8 поступает разрешающий единичный потенциал.

Чтобы выключить лампы 1, 4. выключатель 2 необходимо перевести в разомкнутое

состояние на время, большее, чем 0,5-1 с. При этом накопительный конденсатор 9 полностью разряжается, и устройство переходит в исходное состояние (выключенное).

Быстродействие прототипа ограничено временем срабатывания и временем отпускания реле. Например, при использовании быстродействующих реле типа РЭН 33 быстродействие ограничено 55 мс. Быстродействие предлагаемого устройства ограничено только частотой питающей сети. Так, для сети частотой 50 и 400 Гц быстродействие может быть доведено соответственно до 23 и 2 мс.

Общеизвестно: время безотказной работы реле зависит от числа срабатываний, рода и величины коммутирующего тока и напряжения. Наихудшими условиями (резко

сокращающими гарантированное число срабатываний) является коммутация переменных напряжений более 170 В частотой 5СГ-400 Гц и тока более 0,05 А.

В случае коммутирования ламп в люстpax мощность второй ступени находится в пределах 100-450 Вт (0,4-2,0 А) при переменном напряжении 220 В частотой 50 Гц, т.е. реле работает в очень тяжелых условиях. Применение мощных реле типа РЭН 33 резко увеличивает габариты до неприемлемы, размеров и удорожает устройство без суще- v ственного повышения надежности. Поэто- му замена механического контактного устройства реле электронным коммутатором на тринисторе или симисторе, не зависящим от рода и величины коммутирующего тока и напряжения, позволяет качественно увеличить время безотказной работы устройства.

Формула изобретения 1. Устройство для включения нагрузят по линии питания переменного тока, содержащее первый выпрямитель с входными выводами для подключения его к линии питания, второй выпрямитель, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя, накопительный конденсатор и исполнительный элемент с выходной коммутируемой цепью, от-личающееся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в устройство введены блок задержки, логический инвертирующий преобразователь и RS-триггер, а исполнительный элемент выполнен в виде электронного коммутатора, причем к выходу первого выпрямителя подключен вход логического инвертирующего преобразователя, выход которого подключен к S-входу RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу блока задержки, а S-выход - к управляющему входу исполнительного элемента, к выходу вто- рЪгб Шпрям йтёля парГаллельнб подключены накопительный конденсатор и вход блока

задержки, при этом положительные и отрицательные выводы питания исполнительного элемента, логического инвертирующего преобразователя и RS-триггера соединены соответственно с положительным и отрица- тельным выводами накопительного конденсатора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что инвертирующий логический преобразователь выполнен на двухвходо- вом элементе ИЛИ-НЕ, интегрирующей RS- цепи с постоянной интегрирования больше пблупериода частоты питающей сети и по- роговом элементе с коэффициентом возврата, меньшим 1, при этом первый вход элемента ИЛИ-НЕ является входом инвертирующего логического преобразователя, выход элемента ИЛИ-НЕ через интегриру- ющую RC-цепь соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и является выходом инвертирующего логического преобразователя.