Устройство для передачи сигналов управления в сети электроснабжения Советский патент 1993 года по МПК G08C19/02 

Ј

Изобретение используется в распределительных сетях переменного тока. Цель изобретения - повышение функциональной надежности устройства. Сущность изобретения: устройство дополнительно содержит диоды, транзисторы, тиристорный оптрон. стабилитрон,динистор,конденсаторы,реле и трехпозиционный двухполюсный ключ управления. Введение новых элементов и связей между ними позволяет повысить функциональную надежность устройства в сети электроснабжения путем обеспечения формирования однократных командных импульсов и коррекции параметров селектора сигналов в зависимости от параметров сетевого напряжения. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в распределительных сетях переменного тока с целью управления электроприемниками, подключенными к полюсам данной сети.

Цель изобретения - повышение функциональной надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в формирователь сигналов введены седьмой, восьмой, девятый и десятый диоды, первый и второй транзисторы, первый, второй и третий конденсаторы, первый и второй зарядные резисторы, первый, второй, третий и четвертый базовые резисторы, третий балластный резистор, выпрямительный мост, динистор, стабилитрон, первый и второй ограничительные резисторы, оптрон, второе реле, причем первое и второе реле имеют переключающие контакты, контактор имеет вспомогательный замыкающий контакт,

двухполюсный трехпозиционный ключ управления, первый и второй переключающие полюса ключа управления объединены и подключены к фазному полюсу сети, первый и второй замыкающие контакты первого полюса ключа управления подключены к второму выводу катушки контактора, первые выводы катушки первого и второго реле соединены между собой и через вспомогательный контакт контактора подключены к первому выводу катушки контактора, второй вывод катушки первого реле соединен с первым замыкающим контактом второго полюса ключа управления, а второй вывод катушки второго реле соединен с вторым замыкающим контактом второго полюса ключа управления, к общей отрицательной шине подключены отрицательные обкладки первого и второго конденсаторов, катод фототиристора оптрона, эмиттеры первого и

00

со

СЛ

сл

СЛ OJ

второго транзисторов, коллектор первого транзистора подключен к точке соединения анода пятого диода с вторым выводом первого резистора управления, коллектор второго транзистора подключен к точке соединения анода шестого диода с вторым выводом второго резистора управления, база первого транзистора через последовательную цепочку из первого и второго базовых резисторов соединена с катодом седьмого диода, база второго транзистора через последовательную цепочку из третье го и четвертого базовых резисторов соединена с катодом восьмого диода, катоды девятого и десятого диодов подключены к аноду фототиристора оптрона, анод девятого диода подключен к точке соединения первого и второго базовых резисторов, а анод десятого диода подключен к точке соедине- няи третьего и четвертого базовых резисто- ров, анод восьмого диода подключен к точке соединения положительной обкладки первого конденсатора с переключающим контактом первого реле, анод седьмого диода подключен к точке соединения переключа- юсцего контакта второго реле с положитель- нойобкладкойвторого

конденсатора, замыкающий полюс переключающего контакта первого реле соединен с первым выводом первого зарядного резистора, замыкающий полюс переключающего контакта второго реле соединен с первым выводом второго зарядного резистора, размыкающие полюса переключающих контактов первого и второго реле подключены к общей отрицательной шине, вторые выводы первого и второго зарядных резисторов подключены к первой и второй положительным шинам соответственно, полюса переменного тока выпрямительного моста через третий балластный резистор подключены параллельно симистору, положительный полюс выпрямительного моста через последовательную цепочку, из дини- стора, первого и второго ограничительных резисторов подключен к аноду светодиода оптрона, к отрицательному полюсу выпрямительного моста подключены анод третьего стабилитрона, отрицательная обкладка третьего конденсатора, катод светодиода оптрона, катод третьего стабилитрона подключен к точке соединения катода динисто- ра с первым ограничительным резистором, положительная обкладка конденсатора подключена к точке соединения первого и вто- рого ограничительных резисторов, в .селектор сигналов введен второй резистор и третий оптрон, причем излучатель оптрона подключен к проводам сети через второй резистор, первый фоторезистор оптрона

подключен параллельно светодиоду первого оптрона, а второй фоторезистор третьего оптрона подключен параллельно светодиоду оптрона.

На фиг.1 изображена общая схема устройства для передачи сигналов управления в сети электроснабжения; на фиг.2 -схема формирователя сигналов; на фиг.З - схема электроприемника; на фиг.4 - графики работы устройства.

Устройство для передачи сигналов управления в сети электроснабжения установлено в сети переменного тока. Между источником питания 1 и проводами сети 2 установлен формирователь 3 сигналов. К проводам сети 2 подключены электропр - емники 4 (фиг.1).

Формирователь 3 сигналов содержит трансформатор 5, первичная обмотка 5.1 которого подключена к полюсам 1,1 и 1.2 источника питания 1. Первая вторичная обмотка 5.2 подключена к входу стабилизированного блока питания 6. Выход блока питания 6 через тиристор 7 подключен к управляющему переходу симистора 8, Си- мистор 8 включен между полюсом источника питания 1 и проводами сети 2. Параллельно симистору 8 включен силовой размыкающий контакт контактора 9. Катушка 10 данного контактора 9 включена параллельно обмотке 5.1 трансформатора 5 через ключ управления 1.1. Причем первый и второй, 11.1 и 11.2, переключающие полюса ключа 11 подключены к полюсу 1.1 источника питания 1. Катушка 10 контактора включена между контактами 1,2 источника питания и первым 11.3 и вторым 11.4 замыкающими полюсами ключа 11. Контактор 9 имеет вспомогательный замыкающий контакт 12, включенный между точкой соединения первых выводов катушек первого 13 и второго 14 реле управления и точкой соединения катушки 10 контактора 9 с полюсом источника питания.

Контакт 12 имеет задержку на замыкание относительно момента размыкания основного контакта контактора 9. Второй вывод катушки реле 13 соединен с третьим 11.5 замыкающим контактом ключа 11, Второй вывод катушки реле 14 соединен с четвертым замыкающим контактом 11.6 ключа 11. Полярные выводы второй вторичной обмотки 5.3 подключены к анодам первого 15 и второго 16 диодов. Средний вывод обмотки 5.3 подключен к общей отрицательной шине 17. Катод диода 15 через первый балластный резистор 18 соединен с первой положительной шиной 19. Катод диода 16 через второй балластный резистор 20 соединен с второй положительной шиной 21.

Между шиной 19 и шиной 17 включен первый стабилитрон 22. Между шинами 21 и 17 включен второй стабилитрон 23. Шины 19 и 21 через третий 24 и четвертый 25 диоды подключены к положительному полюсу фа- зосдвигающего блока 26. Отрицательный полюс фазосдвигающего блока 26 подключен к шине 17. Выход фазосдвигающего блока 26 соединен с управляющим переходом тиристора 7. Между шинами 19 и 17 включены цепочки управления из резистора 27 и транзистора 28, из резистора 29 и транзистора 30. Точка соединения коллектора транзистора 28 с резистором 27 подключена к аноду пятого диода 31.

Точка соединения коллектора транзистора 30 с резистором 29 подключена к аноду шестого диода 31. Катоды диодов 31 и 32 подключены к входу фазосдвигающего блока 26. Между шинами 19 и 17 включена цепочка из первого зарядного резистора 33, переключающего контакта 34 реле 13 и первого конденсатора 35. Между шинами 21 и 17 включена цепочка из второго зарядного резистора 36, переключающего контакта 37 реле 14 и второго конденсатора 38. Положительная обкладка конденсатора 38 через седьмой диод 39, первый 40 и второй 41 базовые резисторы подключена к базе первого транзистора 31, положительная обкладка конденсатора 35 через восьмой 42 диод, третий 43 и четвертый 44 базовые резисторы соединена с базой второго транзистора 30. К точке соединения резисторов 40 и 41 подключен анод девятого диода 45. К точке соединения резисторов 43 и 44 подключен анод десятого диода-46. Катоды диодов 45 и 46 соединены между собой и подключены к аноду фототиристора оптро- на 47. Катод данного фототиристора соединен с шиной 17. Между базой и эмиттером транзистора 28 включен резистор 48, Между базой и эмиттером транзистора 30 включен резистор 49. Размыкающие полюса контактов 34 и 37 соединены с шиной 17.

Параллельно симистору через третий балластный резистор 50 включен выпрямительный мост 51. К выходным полюсам постоянного тока моста 51 через динистор 52 подключен стабилитрон 53. Параллельно стабилитрону 53 через резистор 54 подключен третий конденсатор 55. Параллельно конденсатору 55 через резистор 56 подключен светодиод 47.1 оптрона 47.

Электроприемник 4 содержит селектор сигналов 57. Исполнительное реле 58 подключено к полюсам постоянного тока выпрямительного моста 59 через фототиристор первого оптрона 60. Фототиристор второго оптрона 61 подключен параллельно катушке реле 58 в качестве буферного элемента. Электроприемник 57 имеет нагрузочный блок 62. содержащий нагрузочный 62.1 и балластный 62.2 элементы.

Параллельно балластному элементу 62.2 включены контакты 63 реле 58. Выпрямительный мост 59 и нагрузочный блок 62 под- ключены к проводам сети 2. Селектор сигналов 57 имеет конденсатор 64. подклю0 ченный к полюсам сети 2 через цепочку из первого резистора 65 и двух встречно-параллельно включенных диодных цепочек: из светодиода 60.1 оптрона 60 и диода 66, соединенных согласно, и светодиода 61.1 и ди5 ода 67, соединенных согласно. К проводам сети 2 подключена цепочка из второго резистора 68 и излучателя третьего оптрона 69. Фоторезистор 69.1 оптрона 69 подключен параллельно светодиоду 60.1 оптрона 60.

0 Фоторезистор 69.2 оптрона 69 подключен параллельно светодиоду 61.1 оптрона 61.

Устройство для передачи сигналов управления в сети электроснабжения работает следующим образом.

5 При нормальной работе Режим 1 напряжение и(фиг.4 а) от источника питания 1 через коммутатор 3 подается в провода сети 2. В электроприемниках 4 нагрузочные элементы 62.1, получая напряжение от по0 люсов 2, работают на номинальную мощность Рном (фиг.4 з), т.к. контакт 63 шунтирует балластный элемент 62.2. При . необходимости передачи команды управления на перевод нагрузки в Режим 2 в фор5 мирователе 3 ключ управления 11 переводят в положение а. В этом случае контакт 11.1 замыкается с контактом 11.3, а контакт 11.2 замыкается с контактом 11.5. При установке ключа 11 в положение а по

0 катушке 10 течет ток. Силовые контакты 9 размыкаются. В этом случае ток от источника 1 к сети 2 идет по симистору 9. Симистор 8 работает с углом отпирания а 0°, поскольку на вход фазосдвигающего блока 26 поступают полуволны напряжений от шин

5 19 и 21 через цепочки из резистора 27 и диода 31 и резистора 29 и диода 32 соответственно. После размыкания контакта 9 контактора замыкается контакт 12, который коммутирует цепь подачи напряжения на

0 реле 13. В этом случае переключающий контакт 34 данного реле подключает конденсатор 35 к шине 19. Например, момент подключения конденсатора 35 к шине 19 пришелся на момент времени TI (фиг.4 в). В

5 этом случае симистор 8 уже находился в проводящем состоянии от действия импульса управления, сформированного фэзосдви- гающим блоком 26 при действии на его вход напряжения, снятого с шины 19.

Конденсатор 35 заряжается напряжением 11з5 (фиг.4 г), снимаемым с шин 17 и 19. После перехода сетевого напряжения через нуль симистор 8 запирается. Формирование следующего импульса управления на симистЬр 8 фазосдвигающий блок 26 может осуществить при приложении к его входу напряжения шины 21.

Однако за счет приложения к базе транзистора 30 положительного напряжения Узз от конденсатора 35, заряженного в предыдущем полупериоде, транзистор 30 открыт и своим эмиттерно-коллекторным переходом шунтирует вход блока 26. Таким образом, в следующем полупериоде в нуле синусоиды напряжение отпирающего импульса на симистор 8 с блока 26 поступать не будет. В результате возникает фазовая пауза + а (фиг.4 ж). Данная пауза + о. обусловливает наличие напряжения Us (фиг.4 е) на симисторе 8, которое через резистор 50, выпрямительный мост 51, динистор 52 и резистор 54 прикладывается к конденсатору 55, а через резистор 56 - к светодиоду 47.1 оптрона 47. В результате фототиристор оп- трона 47 срабатывает - открывается и через диод 46 шунтирует цепь напряжения, приложенного к базе транзистора 30. Транзистор 30 закрывается, дешунтируя вход блока 26. Блок 2б формирует сигнал управления на тиристор 7, который коммутирует цепь тока управления симистора 8. Таким образом, симистор 8 открывается с фазовым углом + а (фиг.4 ж). Поскольку конденсатор 35 подпитывается напряжением шины 19, фототиристор оптрона 47 будет открыт до тех пор, пока ток через него не снизится ниже величины удержания, а это случится только при размыкании ключа 11, т.е. при обесточивании реле 13.

В этом случае контакт 34 отключает конденсатор 35 от шины 19. Отключение ключа 11 обеспечивает возвращение контакта 9 контактора 10 в исходное положение. Для перевода работы электроприемников 4 от Режима 2 к Режиму 1 ключ управления 11 переводится в положение б. В данном случае сначала срабатывает контактор 9,дешунтируя симистор 8. Дешунтированный симистор 8 работает с углом управления а 0. После размыкания контакта 9 замыкается контакт 12 данного контактора. При замыкании контакта 12 к катушке реле 14 прикладывается напряжение источника питания. Реле 14 переключает свой контакт 37. Например, переключение контакта 37 - подключение конденсатора 38 к шине 21 через контакт 37 и резистор 36 приходится на момент времени Та, когда симистор 8 находится в режиме полной проводимости. Конденсатор 38 заряжается до напряжения (фиг.4 д). Данное напряжение Узе через диод 39, резисторы 40 и 41 прикладывается к базе 5 транзистора 38. После запирания симистора 8 в нуле синусоиды сетевого напряжения Ui в следующем полупериоде фазосдвигающий блок 26 не может сформировать импульс отпирания на тиристор 7 при

0 действии на него напряжения Dig шины 19, поскольку транзистор 28 шунтирует управляющий вход блока 26, подключенный к шине 19. Так как тиристор 7 не подал напряжения управления на симистор 8, по5 следний оказался закрытым.

На закрытом симисторе формируете напряжение - Us (фиг.4 с). Данное напряжение по описанной выше технологии действует на светодиод 47.1, который включает

0 фототиристор оптрона 47. Фототиристор оптрона 47 шунтирует цепь управления транзистора 28. Транзистор 28 закрывается и на управляющий-вход блока 26 через резистор 27 и диод 31 поступает напряжение,

5 которое обусловливает формирование импульса управления на открывание тиристора 7. При открывании тиристора 7 подается ток управления на симистор 8, который открывается с фазовой паузой - а(фиг,4 ж). В

0 дальнейшем симистор 8 работает в режиме полной проводимости. Ключ 11 переводится в нейтральное положение. При этом контакт 9 шунтирует симистор 8, а контакт 12 размывает цепь питания реле 14, приводя схему

5 формирователя в исходное состояние. При . формировании в проводах сети 2 сигнала управления + в селекторе импульсов 57 (фиг.З) срабатывает оптрон 60, обусловливая включение реле 58, которое размыкает

0 контакт 63, переводя электроприемник 4 от Режима 1 - номинальной мощности РНом - к Режиму 2 - пониженной мощности Рмин (фиг.4 з). При формировании в проводах сети 2 сигнала управления -о. в селек5 торе импульса 57 срабатывает оптрон 61. фототиристор которого, включенный в буферную цепь катушки реле 58, отпираясь, приводит к запиранию фототиристора оптрона 60.

0 Таким образом, при формировании сигнала управления - а катушка реле 58 обесточивается, а контакты 63 данного реле замыкаются, переводя нагрузочный элемент 62,1 в Режим 1 -режим номинальной

5 мощности РНОМ (фиг.4 з). Срабатывание све- тодиодов 60.1 и 61.1 производится при росте тока в цепи заряда конденсатора 64, Поскольку рост тока в цепи конденсатора 64 возможен и из-за увеличения уровня сетевого напряжения величина тока через светодиоды 60.1 и 61.1 регулируется фоторезисторами 69.1 и 69.2 оптрона 69. В данном случае при росте сетевого напряжения световой поток излучателя оптрона 69 растет и величины фоторезисторов 69.1 и 69.2 уменьшаются, что обусловливает автоматическое снижение тока черезсветодиоды 61.1 и 60.1. предупреждая ложные срабатывания опт- ронов 60 и 61. При снижении напряжения сети ниже номинальной величины световой поток излучателя оптрона 69 уменьшается, при этом увеличиваются сопротивления фоторезисторов 69.1 и 69.2 и, следовательно, уменьшается шунтирующее действие их на светодиоды 61.1 и 60.1 оптрон 61 и 60, увеличивая их чувствительность в данном режиме работы сети.

Формула изобретения Устройство для передачи сигналов управления в сети электроснабжения, содержащее формирователь сигналов управления и электроприемники, подключенные к проводам сети, формирователь сигналов управления имеет реле, трансформатор с первичной обмоткой, подключенной- к фазному проводу и шине нулевого потенциала, и двумя вторичными обмотками, первая из которых через стабилизированный источник питания и тиристор подключена к управляющему входу сими- стора, установленного между полюсом источника питания и фазным проводом сети, симистор зашунтирован размыкающимся контактом контактора, катушка контактора первым выводом подключена к шине нулевого потенциала, вторая вторичная обмотка трансформатора имеет средний вывод, соединенный с общей отрицательной шиной питания, первый и второй выводы второй вторичной обмотки трансформатора через цепочки из последовательно соединенных первого диода и первого балластного резистора и второго диода и второго балластного резистора соединены с первой и второй положительными шинами питания соответственно, аноды первого и второго стабилитронов соединены соответственно с первой и второй положительными шинами питания, катоды подключены к отрицательной шине питания, положительный полюс фазосдви- гающего блока соединен с анодами третьего и четвертого диодов, катоды которых подключены соответственно к первой и второй положительным шинам питания, отрицательный полюс фазосдвигающего блока соединен с общей отрицательной шиной пи- тания, первые выводы первого и второго резисторов управления подключены к первой и второй положительным шинам питания соответственно, первый вывод фазосдвигающего блока соединен с управляющим входом тиристора, пятый и шестой диоды, электроприемник включает последователь- ную цепочку из нагрузочного и балластного элементов, подключенную к фазным проводам сети, балластный элемент зашунтирован контактами исполнительного реле, катушка исполнительного реле подключена

0 через фототиристор первого оптрона к полюсам постоянного тока выпрямительного моста, соединенного полюсами переменного тока с фазными проводами сети, параллельно катушке реле подключен

5 фототиристор второго оптрона, к фазным проводам сети подключен селектори сигналов, содержащий первый резистор и конденсатор, параллельно которому встречно-параллельно с первым и вторым

0 диодами включены излучатели первого и второго оптронов, отличающееся тем, что, с целью повышения функциональной надежности устройства, в формирователь сигналов управления введены седьмой,

5 восьмой, девятый и десятый диоды, первый и второй транзисторы, первый, второй и третий конденсаторы, первый и второй зарядные резисторы, первый, второй, третий и четвертый базовые резисторы, третий бал0 ластный резистор, выпрямительный мост, динистор, третий стабилитрон, первый и второй ограничительные резисторы, оптрон, второе реле, первое и второе реле имеют переключающие контакты, контактор

5 содержит вспомогательный замыкающий контакт, двухполюсный трехпозиционный ключ управления, первый и второй переключающие полюса ключа управления объединены и подключены к фазному проводу сети,

0 первый и второй замыкающие контакты первого полюса ключа управления подключены к второму выводу катушки контактора, первые выводы катушек первого и второго реле объединены и через контакт контакто5 ра подключены к первому выводу катушки контактора, второй вывод катушки первого реле соединен с первым замыкающим контактом второго полюса ключа управления, второй вывод катушки второго реле соеди0 нен с вторым замыкающим контактом второго полюса ключа управления, отрицательные обкладки первого и второго конденсаторов подключены к общей отрицательной шине, катод фототиристора опт5 рона объединен с эмиттерами первого и второго транзисторов, коллектор первого транзистора подключен к точке соединения анода пятого диода с вторым выводом первого резистора управления, коллектор второго транзистора подключен к точке

соединения.анода шестого диода с вторым выводом резистора управления, база первого транзистора через последовательно сое- диненные второй и первый базовые резисторы соединена с катодом восьмого диода, катоды девятого и десятого диодов подключены к аноду фототиристора оптрона, аноды пятого и шестого диодов подключены к второму выводу фазосдвигакщего блока, анод девятого диода подключен к точке соединения первого и второго базовых резисторов, анод десятого диода подключен к точке соединения третьего и четвертого базовых резисторов, анод восьмого диода подключен к точке соединения положительной обкладки первого конденсатора с переключающим контактом первого реле, анод седьмого диода подключен к точке соединения переключающего контакта второго реле с положительной обкладкой второго конденсатора, замыкающий полюс переключающего контакта первого реле соединен с первым выводом первого зарядного резистора, замыкающий полюс переключающего контакта второго реле со- единен с первым выводом второго зарядного резистора, размыкающие полюса переключающих контактов первого и второго реле объединены и подключены к отрицательной шине питания, вторые выводы

первого и второго зарядных резисторов подключены к первой и второй положительным шинам соответственно, полюса переменного тока выпрямительного моста через третий балластный резистор подключены параллельно симистору, положительный полюс выпрямительного моста через последовательную цепочку из динистора, первого и второго ограничительных резисторов подключен к аноду светодиода оптрона, к отрицательному полюсу выпрямительного моста подключены анод третьего стабилитрона, отрицательная обкладка третьего конденсатора и катод светодиода оптрона, катод третьего стабилизатора подключен к точке соединения катода динистора с первым выводом ограничительного резистора, положительная обкладка конденсатора подключена к точке соединения первого и второго ограничительных резисторов, в селектор сигналов введен второй резистор и третий оптрон, первый вывод излучателя оптрона подключен к первому проводу сети через второй резистор, первый фоторезистор оптрона подключен параллельно светодиоду первого оптрона, второй фоторезистор третьего оптрона подключен параллельно светодиоду второго оптрона, второй вывод излучателя оптрона обьединен с отрицательной обкладкой конденсатора,

Фиг.1

Фиг. I

Фиг.З

Реям 1 Режип 2Режим J