Искробезопасный блок питания Советский патент 1979 года по МПК E21F9/00 

1

Изобретение пречназначено для питания энергоемких систем автоматики, работающих во взрывоопасных средах, и может быть использованов игольной, химической и других отраслях промышленности.

В энергоемких системах автоматики, работающих во взрывоопасных средах, применяют блоки питания, обеспечивающие искробезопасность.

Известно устройство обеспечивающее искробезопасность цепи нагрузки за счет щунтирования сосредоточенных индукти.вных элементов искрогасящими шунтами 1.

Его недостаток заключается, в том, что шунты не позволяют ограничить энергию, накопленную распределенными индуктивностями линии связи.

Известен блок питания, обеспечивающий ограничение тока нагрузки и изо ляцию разрядного промежутка от энергии источника питания при возникновении к. з. нагрузки 2

Однако искробезопасная мощность такого источника всегда меньше допустимой искробезопасной мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является искробезопасный блок питания, обеспечивающий изоляцию разрядного промежутка при возникновении аварийного разряда за счет закорачивания источника питания по сигналу о начале разряда.

Он содержит источник постоянного тока, узел с измерительным резистором, шунтирующим тиристором и датчиком начала коммутационного разряда. Шунтирующий тиристор срабатывает в момент начала аварийного разряда и остается включённым

в течение всей длительности разряда 3.

Однако такой блок не позволяет значительно увеличить иекробезопасную мощность из-за того, что щунтирующий тиристор под действием ЭДС источника постоянного тока остается открытым в течение всей длительности разряда, в результате чего энергия, запасенная в распределительных индуктивных элементах цепи, полностью выделяется в разрядном промежутке, несмотря на то, что к тиристору приложена ЭДС

самоиндукции запирающей полярности.

Кроме того, необходимость испытаний такого источника в случае его включения на короткозамкнутую нагрузку приводит к тому, что величина реактивной энергии, пропорниональная квадрату тока нагрузки, будет выше, чем при нормальном питании нагрузки, что соответственно приводит к снижению допустимой искробезопасной мощности такого источника питания.

Целью изобретения является повышение нскробезопасной мощности и исключение режима включения источника на короткозамкнутую нагрузку.

Это достигается тем, что в предложенном искробезопасном блоке питания, содержащем источйик постоянного тока, узел защиты с измерительным резистором и датчик начала коммутационного разряда, узел защиты дополнительно снабжен управляющим тиристором, первым тиристорным выключателем, состоящим из основного и запирающего тиристоров, вторым тиристорным выключателем, состоящим из включающего и щунтирующего тиристоров, ограничительного и измерительного резисторов, пороговым элементом, состоящим из динистора, разделительных диодов, резистора и дифференцирующей цепи, причем основной тиристор первого выключателя, измерительный резистор, включающий тиристор второго выключателя, и датчик начала коммутационного ра,зряда включены последовательно и соединены с выводом для подключения нагрузки, ограничительный резистор подключен параллельно включающему тиристору, катод щунтирующего тиристора соединен с катодом включающего тиристора, а анод 1ерез диод и эталонное сопротивление - с общей плюсовой щиной блока питания, являющейся вторым выводом для подключения нагрузки, к которому анодом подключен динистор порогового элемента, связанный через один разделительный диод и резистор с анодом, а через другой разделительный диод и дифференцирующую цепь - с управляющим электродом включающего тиристора.

На чертеже представлена схема блока питания.

Блок состоит из источника 1 постоянного тока, узла 2 защиты с измерительным резистором 3 и датчиком 4 начала коммутационного разряда. В узел защиты входят первый тиристорный выключатель 5 и второй тиристорный выключатель 6 с ограничительным резистором 7 и измерительный динистор 8 с развязывающей схемой на диодах 9. 10. Первый тиристорный выключатель состоит из последовательного тиристора I1 и запирающего тиристора 12 с конденсатором 13, включенным между их анодами, изолирующего диода 14, сопротивления 15 и дифференцирующей цепочки 16. Выходной тиристорный выключатель состоит из включающего 17 и щунтирующего 18 тиристоров, конденсатора 19, включенного между анодами этих тиристоров и изолирующего Диода 20 с эталонным сопротивлением 21. Входная обмотка импульсного трансформатора 22 включена в анодную цепь управляющего тиристора 23. Вход последнего соединен через диод 24 с катодом включающего тиристора 17, через диод 25 - с выходом датчика. Вход включающего тиристора 17

соединен через дифференцирующую цепочку 26, диод 9 с катодом динистора 8. На выходе источника включены ключ 27 и нагрузка 28.

Вход щунтирующего тиристора через диод 29 и дифференцирующую цепочку 30 соединены с анодом включающего тиристора 17 и через диод 31 с сопротивлением 32 - с одной вторичной обмоткой импульсного трансформатора 22, со второй выходной обмоткой через сопротивление 33 соединен

вход запирающего тиристора 12 защунтированный встречно включенным диодом 34. Первичная обмотка импульсного трансформатора включена параллельно накопительной емкости, включенной последовательно на шины питания через диод 35

и резистор 36. Балластный резистор 37 включен последовательно с диодом 10 и динистором 8.

Блок работает следующим образом. При замыкании ключа 27 на управляющие электроды тиристоров 11 и 18 по дифференцирующим цепочкам, соответственно, 16 и 30 подаются управляющие сигналы и они открываются, по эталонному сопротивлению начинает протекать-ток, на на нагрузку 28 подается напряжение через ограничительный резистор 7. При номинальном сопротивлении нагрузки падение напряжения на нем будет достаточным для срабатывания динистора 8, и он открывается, а падения напряжения на измерительном сопротивлении 3 недостаточно для обрабатывания управляющего тиристора 23. При этом открывается тиристор 17, конденсатор 19 разряжается, тиристор 18 запирается и нагрузка обтекается номинальным рабочим током. При размыкании ключа 27 или при

аварийно.м разрыве цепи сигнал с датчика 4 поступает на вход тиристора 23, последний открывается и через импульсный трансформатор открывает тиристоры 12 и 18.При срабатывании тиристоров 12 и 18 внещняя цепь,

содержащая сосредоточенную и распределенную индуктивности щунтируется сопротивлением 21, и тиристор 11 под действием встречно приложенного напряжения конденсатора 13 запирается ускоренно, что приводит к уменьшению тока через тиристор 18.

После запирания тиристора 11 к тиристору 18 прикладывается встречная ЭДС самоиндукции нагрузки и линии связи, что вызывает ускоренное запирание тиристора 18.

При возникновении к. з. нагрузки на управляющий электрод тиристора 23 подается сигнал с измерительного сопротивления 3. он открывается и процесс отключения схемы повторяется. Когда на линии существует к. з.

до момента включения ключа 27, напряжения на нагрузке недостаточно для открывания динистора 8, и тиристор 17 не включается, а тиристор 11 запирается по сигналу с измерительного сопротивления 3. В этом случае суммарный ток, протекающий па эталонному сопротивлению 21 и ограничительному сопротивлению 7, будет больше, чем допустимый ток, падения напряжения на измерительном сопротивлении 3 будет достаточно для срабатывания тиристора 23. Следовательно, при этом открывается тиристор 12, разряжает конденсатор 13 на тиристор II, и последний запирается.

Таким образом, предлагаемый блок в начать- коммутационного разряда отключает источник питания и изолирует разрядный промежуток от энергии, запасенной в участках цепи, содержащих распределенные индуктивности. Это позволяет обеспечить искробезопасность энергоемких систем при -питании их по длинной линии связи.

Формула изобретения

Искробезопасный блок питания, содержащий источник постоянного тока, узел защиты с измерительным резистором и датчик начала коммутационного разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения искробезопасной мощности, узел защиты дополнительно снабжен управляющим тиристором, первым тиристорным выключателем, состоящим из основного и запирающего

- тиристоров, вторым тиристорным выключателем, состоящим из включающего и шунтирующего тиристоров, ограничительного и измерительного резисторов, пороговым элементом, состоящим из динистора, разделительных диодов, резистора и дифференцирующей цепи, причем основной тиристор первого выключателя, измерительный резистор, включающий тиристор второго выключателя и датчик начала коммутационного разряда включены последовательно и соединены с

0 вьгводом для подключения нагрузки, ограничительный резистор подключен параллельно включающему тиристору, катод шунтирующего тиристора соединен с катодом включающего тиристора, а анод через диод и эталонное сопротивление - с общей плюсовой шиной блока питания, являющейся вторым выводом для подключения нагрузки, к которому анодом подключен динистор порогового элемента, связанный через один разделительный диод и резистор с анодом, а

0 через другой разделительный диод и дифференцируюшую цепь - с управляющим электродо.м включающего тиристора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 412601, кл. G 05 F 1/58, 1971.

2.Султанович А. И. Расчеты и конструирование искробезопасной аппаратуры М., Энергия, 1971.

3.Авторское свидетельство СССР № 278858, кл. Е 21 F 9/00, 1968.