Устройство для питания нагрузки Советский патент 1979 года по МПК H02J7/34 H02J9/00 

1

Изобретение относится к искробезопасной аппаратуре, а именно к устройствам, предназначенным для электропитания искробезопасных цепе шахтной автоматики.

Известен аккумуляторный источник питания,который содержит устройство заряда, батарею аккумуляторов и ключ 1. При подаче управляющего сигнала на ключ батарея аккумуляторов начинает питать нагрузку. К недостаткам этого устройства мсисно отнести отсутствие узла слежения за глубоким разрядом батареи аккумуляторов и узла защиты от короткого за лкания.

Известен также автономный источник питания с искробезопасным выходом, который содержит батарею аккумуляторов, преобразователь напряжения и искрозащитное устройство по току. К недостатку этого устройства мсжно отнести отсутствие узла слежения за глубоким разрядом батареи аккумулятора 21.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство, представляющее из себя искробезопасный источник питания, который содержит выходные клеммы, сетевой источник питания, батарею аккумуляторрв, реле отключения батареи и тиристорный узел ограничения энергии, при этом шина минус сетевого источника питания соединена с отрицательной клеммой батареи, а положительная выходная клемма соединена с обмотками реле отключения

0 батареи и тиристорным узлом ограничения энергии 3.

Одним из недостатков этого устройства является дополнительный расход энергии батареи аккумулято5ров на питание реле отключения батареи в режиме работы батареи на нагрузку при отключенном истбчнике подзаряда, т.е. при аварийном отключении входного напряжения. Это вы0зывает снижение КПД использования батареи аккумуляторов.

Другим недостатком является то, что при срабатывании тиристорного узла ограничения энергии, в случае

5 возникновения перегрузки или короткого замыкания, тиристоры узла ограничения энергии, шунтируя нагрузку, вызывают неизбежный ускоренный разряд батареи аккумуляторов и сравни0тельно большой собственный разогрев

В целом это вызывает снижение энергоресурса батареи и сокращение полезного времени работы устройства а также вынуждает применять аккумуляторы довольно значительной емкости и тиристоры повьаиенной мощности, что влечет за собой увеличение габаритов устройства.

Цель изобретения - увеличение времени работы батареи аккумуляторов на нагрузку при аварийном отключении напряжения входной сети, увеличение КПД использования батарей аккумуляторов и уменьшение габаритов устройства.

Это достигается тем, что устройство для питания нагрузки, например, для питания цепей шахтной автоматики, содержащее сетевой источник питания, выходные клеммы для подключения нагрузки, батарею аккумуляторов, тиристорный узел ограничения энергии и реле отключения батареи, при этом шина минус сетевого источника питания соединена с отрицательной клеммой батареи аккумуляторов, а положительная выходная клемма соеда1нена с обмотками реле отключения батареи и тиристорным узлом ограничения энергии, введены .два ключа с одним входом, дополнительное реле и третий ключ с двумя входами, узел слежения, счетчик времени и три диода, при этом вход счетчика времени соединен с шиной плюс сетевого источника питания, которая через первый диод соединена с дополнительными реле,узлом слежения и положительной выходной клеммой, а отрицательная выходная клемма через тиристорный узел ограничения энергии и размыкгиощий контакт дополнительного реле соединена с. тремя упомянутыми ключами,отрицательной клеммой батареи аккуму.ляторов и через за шкающий контакт дополнительного реле - с входом узла слежения, выход которого соединен с одним из входов третьего ключа,второй вход которого соединен с отрицательной выходной клеммой, а выход его соединен с обмоткой дополнительного реле,выход счетчика времени сое.динен с входом одного ключа, вход другого ключа через один контакт реле отключения батареи соединен с шиной

плюс

сетевого источника питания, а выходы этих ключей соединены с обмотками реле отключения батареи, причем положительная клемма батареи аккумуляторов через второй диод и другой контакт реле отключения батареи соединена с полсзжительной, вьлходной клеммой, третий диод .соединен катодом с полсясительной ютеммой батареи аккумуляторов а-анодом связан с шиной для подзарядки батареи от сетевого источника питания.

На чертеже дана принципиальная схема устройства.

Оно солепжит сетевой источник питания 1,лиолы 2,3 и 4,батарею аккумуляторов 5,контакты 6 и 7,реле 8 отклю5 чения батареи, дополнительное реле 9, однозходовые ключи (например, транзисторные) 10, 11, двухвходовой ключ 12, контакты 13, 14 дополнительного Рзле 9, тиристорный узел

0 ограничения энергии 15, узел слежения 16, (например, транзисторный усилитель постоянного тока) и счетчик времени 17 (например, триггерный двоичный счетчик с дешифрато5 ром) .

Узлы и элементы соединены между собой следующим образом.

Шина

плюс

сетевого источника

1 питания соединена с анодом диода

3, входом счетчика 17 времени и контактом 7 реле отключения батареи 8, а катод диода 3 соединен с контактом ,6 реле 8, входами питзния реле 8 и дополнительного реле 9, тирисTopHbJM узлом 15 ограничения энергии, узлом 16 слежения и с. выходной положительной клеммой-. Шина минус сетевого источника 1 питания соединена с отрицательной клеммой батареи 5 аккумуляторов, одновходовыми ключами 10, 11 двухвходовым ключом 12 и через контакт 13 дополнительного реле 9 - с тиристорным узлом 15 ограничения энергии. Отрицательная

выходная клемма соединена с первым входом двухвходового ключа 12, контактом 14 реле 9 и тиристорным узлом 15 ограничения энергии. Выход счетчика 17 времени соединен с входом

ключа 11,выход которого соединен с первой обмоткой реле 8.Контакт 7 реле 8 соединен с входом ключа 10,выход крторого соединен со второй обмоткой реле 8. Контакт 14 реле 9 соединен

с входом уэла 16 слежения, выход

которого соединен с вторым входом двухвходового ключа l. Выход ключа 12 соединен с обмоткой реле 9. Положительная клемма батареи аккумуляторов 5 соединена с катодом диода 2

0 и анодом диода 4. Катод диода 4 соединен с контактом 6 реле 8. Шина подразряда сетевого источника 1 питания соединена с анодом диода 2.

Устройство работает следующим об5 разом.

При наличии сетевого напряжения (нормешьный режим работы) питание наIf I I

минус

плюс

грузки по шинам

источника и непрерывный подзаряд аккумуляторной батареи 5 выпрямленным током через диод 2 по шине подзаряда осуществляются от сетевого источника 1 питания. В режиме ключи 10, 11, 12 закрыты, обмотки реле 8 и реле 9 соответственно обесточены.

и их контакты б и 13 замкнуты, а контакты 7 и 14 разомкнуты. При этом выходное напряжение сетевого источника питания по шине плюс выбрано несколько болыиим величины напряжения батареи аккумуляторов 5, в результате чего диод 4 закрыт и предотвращает разряд батареи аккумуляторов 5 через нагрузку.

При аварийном отключении напряжение шахтной сети выходное напряжение сетевого источника 1 питания становится равным нулю, и сигнал (инверсный), снимаемый с шины плюс источника 1 питания,поступает на счетчик времени 17, а нагрузка при этом остается -под напряжением от батареи аккумуляторов 5 через диод 4 и замкнутый контакт 6 реле 8. После истечения заданного времени, величина которого может меняться по необходимости, счетчик 17 времени выдает сигнал, который открывает ключ 11 и первая обмотка реле 8 начинает обтекаться током. Реле срабатывает, и его ко гакт 6 размыка т цепь питания нагрузки от батареи 5 аккумулятора, предотвращая от глубокого разряда батарею аккумулятора. Одновременно происходит замыкание контакта 7 реле 8, подготавливающего цепь срабатывания ключа 10.

При появлении вход11ого напряжения в сети напряжение с шины плюс источника 1 через контакт 7 открывает ключ 10, что приводит к срабатыванию реле 8 по второй обмотке. При этом контакт 6 замыкается, а конТакт 7 размыкается. В результате устройство автоматически переходит в нормальный режим работы.

Искробезопасность устройства обеспечивается тиристорным узлом 15 ограничения энергии, собранным, напримёр, на тиристоре, резисторах, диоде. В рабочем диапазоне тока нагрузки тиристор закрыт, а при перегрузке или коротком замыкании он открывается и шунтирует нагрузку. При перегрузке или коротком замыкании выходная клемма минус имеет более положительный потенциал по отношению к отрицательной клемме батареи аккумулятора. Kcu только величина этого потенциала становится достаточной для открывания ключа 12, он открывается, и срабатывает реле 9, контакт 13 которого.раз№лкается,При этом происходит запирание тиристора и прекращение дальнейшего хопостого разряда батареи аккумуляторов 5. Одновременно с этим замыкается : (сонтакт 14 реле 9, который подключает выходную отрицательную клемму к узлу 16 слежения. Узел слежения служит для автоматического возвращения устройства в исходное состояние и представляет собой транзисторный услитбль постоянного тока, базотшя цепь которого подключена к отрицательной выходной клемме и следит :за сопротивлением нагрузки, F.c.r:;; в дальнейшем сопротивление нагрузки уве.пичивается до номинальной величины, т.е. снимется режим перегрузки или короткого замыкания, то узел 16 сложения выдаст сигнал, закрывающий ключ 12. При этом реле 9 перестанет

обтекаться током, контакт 13 его замглкается, и нагрузка начинает обтекаться током. Одновременно размыкается контакт 14, возвращая узел 16 слежения в исходное положение, при

котором он закрыт и практически не потребляет энергии. В случае,если сопротивление нагрузки остается меньше номинального значения, ключ 12 остается открытым, контакт 13 - разомкнутым, тиристор узла 15 ограничения - Закрытым. Таким образом предотвращается холостой разряд аккумуляторной батареи 5.

Изобретение предназначено для

электропитания искробезопасных цепей систег. управления технппогичсскими процессами угольной,нефтяной, химической и других отраслей промышленности с взрывоопасной атмосферой.

Предложенное устройство позволяет повысить КПД использования аккумуляторных батарей-на 10%, управлять временем их работы, а также уменьшить габариты устройства.

Изобретение может заменить алалогичные автономные искробезопасные блоки питания, например БП-19,

Формула изобретения

40

Устройство для питания нагрузки, например, для питания цепей шахтнойавтоматики, содержащее сетевой источник питания, выходные клеммы для

подключения нагрузки, батарею аккумуляторов, тиристорный узел ограничения энергии и реле отключения батареи, при этом шина минус сетевого источника питания соединена с

отрицательной клеммой батареи аккумуляторов,, а положительная выходная клемма соединена с обмотками реле отключения батареи и тиристорным узлом ограничения энергии, о т л и чающееся тем, что, с целью увеличения времени работы батареи аккумуляторов на нагрузку при аварийном отключении напряжения входной сети, увеличения КПД использования батареи аккумуляторов и уменьшения габаритов, в устройство введены два ключа с одним входом, дополнительное реле, третий ключ с двумя входами, узел слежения, счетчик времени и три. диода, при этом вход счетчика

времени соединен с шиной плюс

сетевого источника питания, которая через первый диод соединена с дополнительным реле, узлом слежения и папожительной выходной клеммой, а отрицательная выходная клемма через тристорный уаел ограничения энергии и разкыкающий контакт дополнительного реле соединена с тремя упомянутыми ключами, отрицательной клеммой батареи аккумуляторов и через замыкающий контакт дополнительного реле - с входом узла слежения/ выход которого соединен с одним из входов третьего ключа, второй вход которого соединен с отрицательной выходной клеммой, а выход его связан с обмоткой дополнительного реле, выход счетчика времени соединен с входом одного ключа, вход другого ключа через один контакт реле отключения батареи соединен и шиной плюс | сетевого источника питания, а выходы этих ключей соединены с обмотками реле отключения батареи, причем прложительная клемма батареи аккумулятора через второй днод и другой контакт реле отключения батареи соединена (J положительной выходной клеммой, третий диод соединен катодом с положительной клеммой батареи аккуг ляторов, а анодом связан с шиной для подзаряда батаери от сетевого источника питания.

Источники инффмации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бизин П.С.и др.Шахтная связь и сигнализация. 1Гедра, Москва, 1970, с. 99-101.

2.Лозобко Г.А. и др. Автономный источник питания с искробезопасным в аходом. Сборник трудов ВНИИ Горной геомеханики и маркшейдерского дела 98 Шахтная геофизика и гесхпоги я .

3.Густилин В.Г. и др. Аппаратура громкоговорящей связи типа Сигма для лав крутого падения. Сборник статей Шс1хтная автоматика , Техника, Киев, 1975, с. 29-32.