Трехпозиционное реле Советский патент 1980 года по МПК G05D23/19 

i

Изобретение относится к области автоматики и предназначено в сочетании с различными датчиками сопротивления (терморезисторами, фоторезисторами, гигристорами и др.), тока, напряжения и т. п. для трехпозиционного регулирования температуры, давления, тока, напряжения и др. неэлектрических и электрических величин.

Известно трехпозиционное реле, содержащее трехпозиционное чувствительное устройство, блокинг-генератор, разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на тиристорах. Недостатком известного устройства является отсутствие зоны нечувствительности и дифференциала между переключениями исполнительных аппаратов 1.

Известно также бесконтактное реле с пороговым устройством на однопереходном транзисторе с RC-контуром в цепи эмиттера транзистора. Недостаток известного устройства - не обеспечивается трехпозиционная характеристика срабатывания исполнительных аппаратов 2.

Целью изобретения является обеспечение возможности трехпозиционного регулирования параметров управляемого объекта с высокой достоверностью функционирования.

Для достижения поставленной цели в трехпозиционное реле, содержащее пороговый элемент на первом однопереходном транзисторе, первая база которого соединена с управляющим электродом первого тиристора, катод которого подключен к общий щине, к которой подсоединен один вывод резистора, другой вывод которого подключен к первой базе первого однопереходного транзистора, эмиттер которого подсоединен через конденсатор к общей шине и через резистор к точке соединения первых выводов датчика сопротивления и переменного резистора, причем второй вывод датчика сопротивления подключен к общей щине, а второй вывод переименного резистора к подвижному контакту потенциометра, один неподвижный вывод которого через переменный резистор подключен к общей шине, а второй неподвижный вывод к плюсовой щине источника питания постоянного тока, дополнительно введены пороговые элементы на однопереходных транзисторах, конденсаторы, резисторы, диоды, потенциометры, симистсры, причем fifoрая база первого однопереходного транзистора через когаенсатор соединена со своим эмиттером и 46; резистор с подвижным колтактом потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине источника питай.;я постоянного тока второй неподвижный в.-.вод через постоянный резистор и переменный резистор подключен к обш,ей шине и непос едственно - к аноду диода, катод которого через резистор подключен к точке соединения анода первого тиристора с первым выводов резистора, второй вывод которого подключен к управляюпдему электроду первого симистора, и первым выводом конденсатора, ворой вывод которого подключен к первой шине источника переменного тока и к первому токовому выводу первого симистора, KOTOpiie через резистор подключены к плюсовой ш.чне источника питания постоянного тока, к которой подключена одна обкладка конденсатораа вторая обкладка которого соединена с эммттером второго однопереходного транзистор., первая база которого соединена с управляющим электродом второго тиристора, катод которого подключен к общей шине, к которой подсоединен один вывод резистора, второй вывод которого подключен к первой базе второго одпопереходного транзистора, эмиттер которого через конденсатор подсоединен ко второй базе своего однопереходного транзистора, которая через резистор подключена к подвижному контакту потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой щипе источника постоянного тока, второй неподвижный вывод через резистор подключен к общей щине и посредственно - к аноду диода, катод которо го через резистор подключен к аноду второго тиристора, который через параллельное соединение резистора и конденсатора под; л очен к первой шине источника переменного тока, к которой подключен первый то| о15ый ВС11ВОД второго симисторв, управляющий электрод которого через резистор подключен к точке соединения первой обкладки конденсатора, вторая обкладка которого подключена к первому токовому выводу второго симистора и анода третьего тиристора, катод которого подключен к общей шине, уП,равляющий электрод - к первой базе третьего однопереходного транзистора непосредственно и через резистор - к общей 1иине, к которой подключен один вывод резистора, второй вывод которого подключен через резистор к плюсовой шине источника постоянного тока и непосредственно - ко второй базе третьего однопереходного транзистора, „эмиттер которого через конденсатор подключен к общей шине, через резистор - к плюсовой шине источника питания постоянного тока и непосредственно - к аноду диода, катод которого подключен к эмиттеру втюроГО однопереходного транзистора и к точке соединения анода диода и первого вывода резистора, причем катод ди,ода подключен к эмиттеру первого однопереходного транзистора, а второй вывод резистора - к точке соединения датчика соп ззтивления и переменного резистора, вторая шина источника переменного тока через соответствующие исполнительные органы подключена ко вторым токовым выводам первого и второго симисторов. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства. Б трехпозиционное реле, содержащее пороговый элемент на однопереходном транзисторе 1, первая база которого соединена с управляющим электродом тиристора 2, катод которого подключен к общей шине 3, к которой подсоединен один вывод резистора 4, другой вывод которого подключен к первой базе однопереходного транзистора 1, эмиттер которого подсоединен через конденсатор 5 к общей шине 3 и через резистор 6 к точке соединения первых выводов датчика 7 сопротивления и переменного резистора 8, причем второй вывод датчика 7 сопротивления подключен к общей шине 3, а второй вывод переменного резистора 8 - к подь:1жному контакту потенциометра 9, один неподвижный вывод которого через переменный резистор 10 подключен к общей шине 3, а втсоой неподвижный вывод - к плюсовой шине 1 источника питания постоянного тока дополнительно введены пороговые элементы на однопереходных транзисторах, конденсаторы, резисторы, диоды, потенциометры, симисторы, причем вторая база однопереходного транзистора 1 через конденсатор 12 соединена со своим эмиттером и через резистор 13 - с подвиж чым контактом потенциометра 14, первый неподвижный вывод которого подключен к п.тюсовс.й щине 11 источника питания постоянного тока, второй неподвижный вывод через постоянный резистор 15 и переменный резистор 16 подключен к общей шине 3 и непосредственно - к аноду диода 17, катод которого через резистор 18 подключен к точке соединения анода т}фистора 2 с первым выводом резистора 19, второй вывод которого подключен к управляющему электроду симистора 20, и первым выводом конденсатора 21, второй вывод которого подключен к первой шине 22 источника переленного тока и к первому токовому выводу cи иcтopa 20, которые через резистор 23 подключены к плюсовой шине 11 источника питания постоянного тока, к которой подключена одна обкладка конденсатора 24, вторая обкладка которого соединена с эмиттером однопереходного транзистора 25, первая база которого соединена с управляющим электродом тиристора 26, катод которого подключен к общей шине 3, к которой подсоединен один

вывод резистора 27, второй вывод которого подключен к первой базе однопереходного транзистора 25, эмиттер которого через конденсатор 28 подсоединен ко второй базе своего однопереходного транзистора 25, которая через резистор 29 подключена к подвижному контакту потенциометра 30, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине И источника постоянного тока, второй неподвижный вывод через резистор 31 подключен к общей шине и непосредственно - к аноду диода 32, катод которого через резистор 33 подключен к аноду тиристора 26, который через параллельное соединение резистора 34 и конденсатора 35 подключен к первой шине 22 источника переменного тока, к которой подключен первый токовый вывод симистора 36, управляюш,ий электрод которого через резистор 37 подключен к точке соединения первой обкладки конденсатора 38, вторая обкладка которого подключена к первому токовому выводу симистора 36, и анода тиристора 39, катод которого подключен к общей шине 3, управляющий электрод - к первой базе одпопереходного транзистора

40непосредственного и через резистор

41- к общей шине 3, к которой подключен один вывод резистора 42, второй вывод которого подключен через резистор 43 к плюсовой шине 11 источника постоянного тока и непосредственно - ко второй базе однопереходного транзистора 40, эмиттер которого через конденсатор 44 подключен к общей шине 3, через резистор 45 - к плюсовой шине 1 источника питания постоянного тока и непосредственно - к аноду диода 46, катод которого подключен к эмиттеру однопереходного транзистора 25 и к точке соединеуия анода диода 47 и первого вывода резистора 48, причем катод диода 47 подключен к эмиттеру однопереходного транзистора 1, а второй вывод резистора 48 к точке соединения датчика сопротивления 7 и переменного ре-, зистора 8, вторая щина 49 источника переменного тока через соответствующие исполнительные органы 50, 51 подключена ко вторым токовым выводам симисторов 20, 36 и непосредственно - к одному выводу первичной обмотки трансформатора 52 источника питания постоянного тока, второй вывод которой подкл1Очен к первой шине 22 источника переменного тока, вторичная обмотка трансформатора источника питания постоянного тока подключена к входам выпрямительного моста 53, положительный вывод которого подключен к положительной обкладке конденсатора 54 фильтра и к плюсовой шине источника питания постоянного тока, а отрицательный вывод - к отрицательной обкладке конденсатора 54 фильтра и к общей ишне 3.

На фиг, 2 представлены временные диаграммы в характерных точках трехпозиционного реле, при температуре больше нормы (фиг. 2а), равной норме (фиг. 26) и меньшей нормы (фиг. 2в),

где Ug эпюры напряжений на конденсаторе 44

и 4о-порог срабатывания порогового элемента на однопереходном транзисторе 40

Us 5.4.,-эпюры напряжений на конденсаторе 24

Е ист.- напряжение источника питания 0постоянного тока

Uc5,-эпюры напряжений на конденсаторе 5

UTI -порог срабатывания порогового элемента на однопереходном транзисторе 1

5

UTJS порог срабатывания порогового элемента на однопереходном тран зисторе 25

и/ .- напряжение па верхнем выводе датчика сопротивлений 7 относи0тельно общей шины 3

4.0 - период колебаний генератора на

транзисторе 40 Т i.s...- период колебаний генератора на

транзисторе 25

Т, - период колебаний генератора на

5 транзисторе 1

Устройство работает следуюпшм образом.

При подаче напряжения питания отпирается транзистор 25, поскольку его эмиттер подключен к плюсу источника питания через конденсатор 24, и последний пропускает через себя, транзистор 25 и промежуток управляющий электрод-катод тиристора 26 импульс тока. При этом конденсатор 24 за5ряжается до напряжения источника питания, а тиристор 26 открывается и удерживается в открытом положении за счет постоянного тока, протекающего по его анодной цепи. Когда, например, контролируемая температура

0 в зоне установки датчика 7 сопротивления выше нормы, его сопротивление невелико и падение напряжения на нем будет ниже напряжения отпирания транзисторов 1 и 25. А так как НС-контур 45, 44 подключен непосредственно к источнику питания, конденсатор 44 заряжается до напряжения, при котором переход эмиттер-база транзистора 40 смещается в прямом направлении. В эти моменты будет включаться транзистор 40, и конденсатор 44 разряжается на резистор 41,

0 вызывая отпирание тиристора 39. При этом за счет коммутирующих конденсаторов 35 и 38 и общего резистора 23 запирается тиристор 26. Через промежуток катод-управляющий электрод симистора 36, резистор 37 и анодную цепь тиристора 39 течет ток, под

действием которого симистор 36 отпирается. Исполнительный орган 51, например реле, электромагнит, двухфазный электродвигатель включается, уменьшая, например, поступление теплоносителя к объекту регулирования. При помощи резисторов 42 и 43 порог срабатывания транзистора 40 устанавливается заведомо ниже порога срабатывания транзисторов 1 и 25. Поэтому хотя конденсатор 44 через разделительные диоды 46 и 47 соединен с эмиттерами транзисторов 25 и 1, в этом случае будет отпираться периодически лишь транзистор 40.

Когда температура объекта регулирования у.меньшается до номинального значения, сопротивление датчика 7 сопротивления увеличится и возрастет падение напряжения на нем до величины, превышаюпдей напряжение отпирания транзистора 25, но ниже напряжения отпирания транзистора 1 на величину, определяюодую зону нечувствительности трехпозиционного реле. Поэтому конденсатор 24 начинает периодически заряжаться через переход эмиттер-база транзистора 25 на резистор 27, вызывая отпирание тиристора 26. Тиристор 26, отпираясь, вызывает с помощью конденсаторов 36, 38 и резистора 23 запирание тиристора 39. Симистор 36 закрывается, и исполнительный орган 51 отключается. Через разделительный диод 46 конденсатор 44 разряжается на эмиттер-базу транзистора 25, блокируя транзистор 40 от периодических срабатываний. Как только отпирается тиристор 26, за счет шунтирования резистор 31 через разделительный диод 32 резистором 33 уменьшается напряжение второй базы транзистора. Это обеспечивает создание дифференциала между переключениями исполнительного органа 51.

В случае уменьшения температуры ниже нормы падение напряжения на датчике 7 сопротивления превысит порог срабатывания транзистора 1. Следовательно, конденсатор 5 будет периодически разряжаться через эмиттер-базу транзистора 1 на резистор 4. При этом будут отпираться тиристор 2 и симистор 20, и включится исполнительный орган 50, осуществляя увеличение подачи теплоносителя. С помощью конденсаторов 21 и 35 и резистора 23 тиристор 26 запирается. Периодически отпираясь, транзистор 1 будет осуществлять через разделительные диоды 46 и 47 разряд конденсатора 44 и заряд конденсатора 24, разряжающегося на резисторы 48 и 8, блокируя отпирание транзисторов 25 и 40. За счет шунтирования резистора 15 резистором 18 через диод 17 и тиристор 2 уменьшается порог отпирания транзистора 1. Этим создается дифс})сренциал между порогом срабатывания и отключения исполнительного органа 50. В дальнейшем работа регулятора повторяется.

Постоянная времени RC-контура 48, 24 выбирается выше чем постоянная времени RC-контура 5, 6 и ниже че.м в RC-контура 46, 44. Напряжение срабатывания трехпозиииопного реле регулируется с помощью пот(Ч1циометров 14, 30. Уставка срабатывания реле задается потенциометром 9. Общая зоiia нечувствительности между срабатываниями исполнительных органов 50 и 51 изменяется при помон 1,и переменного резистора 16. Конденсаторы 12 и 28 обеспечивают помсхозащи1цен юсть схемы реле.

(мазанное выше иллюстрируется эпюрами напряже1шй в характерных точках трехпозициокного реле.

При температуре в зоне датчика больше

нормы (рис. 1а) релаксирует лишь генератор на транзисторе 40. Напряжение на конденсаторе 24 уменьшается на величину напряжения на датчике Uy. На конденсаторе 5 напряжение равно UT .

Нсли температура датчика равна температуре уставки, релаксирует генератора на транзисторе 25. iB этом случае напряжение на конденсаторе 24 (Uci4) изменяется, примерно, на величину порога отпирания транзистора 25 (Утг). На конденсаторе 44 напряжение Ue++ не достигает порога отпирания транзистора 40 (ит4о)- Напряжение на конденсаторе 5 (LIcs) меньше порога срабатывания транзистора (Ueri).

При температуре меньше заданной ре,:1: ксирует генератор на транзисторе 1. В случае конденсатор 5 заряжается до порога срабатывания транзистора 1 и заряжается до остаточного напряжения тран0 зисгора. Конденсатор 24 не успевает разрядиться на величину LTJS из-за подзаряда через диод 47 до напряжения источника питания Е нет. Конденсатор 44, разряжаясь через диодЕ 1 46 и 47 на тра 1зистор 1, не успевает зарядиться до напряжения срабатыв;1ния транзистора 40 (Uris). Как видно из диаграмм, время Тг5 Ti для чего постоянные времени выбираются т t,if f s.9,«,u- ses9- Порог срабатывания UT4o

IJTiS UTI .

0 Поскольку однопереходные транзисторы, используемые в схеме реле в качестве пороroFUjix элементов, характеризуются высокой стабильностью порога срабатывания при колебаниях в П1ироких пределах напряжения

j питания и температуры окружающей среды, предложенное реле обладает высокой точностью работы. Схема трехпозиционного реле характеризуется простотой и бесконтактностью, что делает ее высоконадежной в работе. Устройство характеризуется высокой

0 чувствительностью, его входное сопротивление может достигать сотен кОм, а к его выходу могут быть подключены исполнитель, ные механизмы значительной мощности. Предлагамое реле может найти применение

J не только в сочетании с датчиками те.мпературы, но может быть использовано и с другими датчиками, например, фоторезисторами, гигристорами,датчиками давления, тока. напряжения и т. п. В этом случае предложенное устройство обеспечивает трехпозиционное регулирование освещенности, влажности, давления, тока и других величин. Формула изобретения Трехпозиционное реле, содержащее пороговый элемент на первом однопереходном транзисторе, первая база которого соединена с управляющим электродом первого тиристора, катод которого подключен к общей щине, к которой подсоединен один вывод резистора, другой вывод которого подключен к первой базе первого однопереходного транзистора, эмиттер которого подсоединен через конденсатор к общей щине и через резистор к точке соединения первых выводов датчика сопротивления и переменного резистора, второй вывод датчика сопротивления подключен к общей шине, а второй вывод переменного резистора к подвижному контакту потенциометра, один неподвижный вывод которого через переменный резистор подключен к общей щине, а второй неподвижный вывод к плюсовой щине источника питания постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности трехпозиционного регулирования параметров управляемого объекта с высокой достоверностью функционирования, в него дополнительно введены пороговые элементы на однопереходнь1х транзисторах, конденсаторы, резисторы, диоды, потенциометры, симисторы, причем вторая база первого однопереходного транзистора через конденсатор соединена со своим эмиттером и через резистор с подвижным контактом потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой щине источника питания постоянного тока, второй неподвижный вывод через постоянный резистор и переменный резистор подключен к общей шине и непосредственно - к аноду диода, катод которого через резистор подключен к точке соединения анода первого тиристора с первым выводом резистора, второй вывод которого подключен к управляющему электроду первого симистора, и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к первой щине источника переменного тока и к первому токовому выводу первого симистора, которые через резистор подключены к плюсовой щине источника питания постоянного тока, к которой подключена одна обкладка конденсатора, вторая обкладка которого соединена с эмиттером второго однопереходно67ГО транзистора, первая база которого соединена с управляющим электродом второго тиристора, катод которого подключен к общей шине, к которой подсоединен один вывод резистора, второй вывод Kotoporo подключен к первой базе второго ОлЧнопереходного транзистора, эмиттер которого через конденсатор подсоединен ко второй базе своего однопереходного транзистора, которая через резистор подключена к подвижному контакту потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой игпне источника постоянного тока, второй неподвижный вывод через резистор подключен к общей щине и непосредственно - к аноду диода, катод которого через резистор подключен к аноду второго тиристора, который через параллельное соединение резистс ра и конденсатора подключен к первой шимс источника переменного тока, к которой подключен первый токовый вывод второго симистора, управляющий электрод которого через резистор подключен к точке соединения первой обкладки конденсатора, вторая обкладка которого подключен к первому токовому выводу второго симистора, и анода третьего тиристора, катод которого подключен к общей щине, управляющий электрод - к первой базе третьего однопереходного транзистора, непосредственно и через резистор - к общей щине, к которой подключен один вывод резистора, второй вывод которого подключен через резистор к плюсовой шине источника постоянного тока и непосредственно - ко второй базе третьего однопереходного транзистора, эмиттер которого через конденсатор подключен к общей шине, через резистор - к плюсовой щине источника питания постоянного тока и непосредственно - к аноду диода, катод которого подключен к эмиттеру второго однопереходного транзистора и к точке соединения анода диода и первого вывода резистора, причем катод диода подключен к эмиттеру первого однопереходного транзистора, а второй вывод резистора - к точке соединения датчика сопротивления и переменного резистора, вторая шина источника переменного тока через соответствующие исполнительные органы подключена ко вторым токовым выводам первого и второго симисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 455330, кл. G 05 D 23/19, 07.09.78. 2. Тиристоры. Технический справочник. Пер.с англ, под ред. Лабунцова В. А. и др., 1971, с. 336, рис. 13-12.

-;« г,о

,,.,--уЧ--лх

ЧГЧ Г