Способ искрозащиты нелинейных нагрузок и устройство для его реализации

 

1. Способ искрозащиты нелинейных нагрузок, основанный на контроле тока в цепи и отключении нагрузки от источника, при достижении им определенной величины, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения искрозапдаты нелинейных нагрузок с большими пусковыми токами,- пусковому току придают колебательный характер и одновременно-ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне. 2. Устройство для искрозащиты нелинейных нагрузок,содержащее ключевой элемент, соединенный с блоком управления , отличающееся тем, что оно снабжено колебательным контуром, выполненным из последовательно соединенных индуктивного и емкостного элементов, при этом емкост (Л ный элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индуктивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец является выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) О)!

2 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3594858/22-03 (22) 23.05.83 (46) 23.07.84 Бюл. В 27 (72) В.Ф.Сенько, Б.А.Кузнецов, Я.Л.Красик, Г.А.Назаров и Н.Б.Мачуговский (71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 621.758.3(088.8) (56) 1. Патент Франции В 1289434, кл. F 21 В, опублик. 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

11 702183, кл. Е 2 1 F 9/00, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 541037, кл. Е 21 F 9/00, 1976. (54) СПОСОБ ИСКРОЗАШИТЫ НЕЛИНЕЙНЫХ

НАГРУЗОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. (57) . Способ искрозащиты нелинейных нагрузок, основанный на контроле тока в цепи и отключении нагрузки от

З.Е 21 F 9/00; Н 02 Н 7/?О;

05 В 41/29 источника, при достижении им определенной величины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения искрозащиты нелинейных нагрузок с большими пусковыми токами, пусковому току придают колебательный характер и одновременно ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне .

2. Устройство для искрозащиты не- линейных нагрузок содержащее ключевой элемент, соединенный с блоком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено колебательным контуром, выполненным иэ последовательно соединенных индуктивного и ем- I костного элементов, при этом емкостный элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индук- ю тивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец g является выходом устройства.

1104302 2

Изобретение относится к искробеэопасным источникам питания и предназначено для обеспечения искрозащиты нелинейных нагрузок, например ламп накаливания рудничных аккумуляторных светильников, работающих во взрывоопасных средах.

Известен способ искро «ашиты рудничных аккумуляторных светильнико :1,, сущность которого заключается в огра- 10 ничении тока короткого замыкания до искробезапасного значенйя за счет искусственного увеличения внутреннего .сопротивления источника (1) .

Недосe=-;ò;;îè этого способа являются большие потери энергии на внутреннем сопротивлении источника.

Известно устройство для реализации способа, в котором для ограничения тока короткого замыкания аккуму- 20

JIBT0pHhfQ .батареи соединены высокоомнычи перемычками, а нагрузка подключена к батарее через плавский предохранитель 1) .

Недостатком этого устройства яв- 25 лаются большие потери энергш . на вы". сокоомных перемычках аккумуляторных батарей в нормальном режиме работы и при заряде батарей, вследствие чего снижается свет лай поток лампы и возрастает время заряда батарей.

Известен способ питания энергоемки . нагрузок, согласно которому контролируют ток B цепи и с помощью индуктивного датчика определяют момент

35 начала коммутационного разряда в це11п и воздействуют на быстродействующие ключи, установленные со стороны источника H нагрузки, при этом цепь отключае- ñ. ÿ при достижении током оп" ределенной величины за время, меньшее времени формирования минимального ядра пламени, за счет чего исключается возможность взрыва во вэрыво- опасных средах (2)..

Недостаток известного способа эаключа .тся в том, что при протекании в цепи пусковых токов, превышающих номинальные, которые имеют место при включении ламп накапливания, эти то- 0 ки воспринимаются датчиком как начало коммутационного процесса, вследствие чего происходит отключение нагрузки.

Известно устройство для реализации известного способа, в котором нагрузка включена последовательно с индуктивным датчиком и ключевым элементом, представляющими собой блок управления, кроме того, источник питания (выпрямитель) шунтирован другим (тиристорным) ключом f3) .

При увеличении тока в цепи нагрузки индуктивный датчик через узел искрозащиты отключает последовательный тиристорный ключ и включает параллельный тиристорный ключ, шунтирующий источник на время отключения нагрузки с помощью контактов реле.

Однако такое техническое решение не может быть полностью использовано для искроэащиты нелинейных нагрузок из-эа того, что индуктивный датчик вырабатывает сигнал на отключение цепи нагрузки как при увеличении тока в цепи, вызванном коротким замыканием, так H при увеличении тока при включении нелинейной нагрузки (лампы накаливания), обусловленном вольт-амперной характеристикой нелинейной нагрузки.

Кроме того, при обеспечении искрозащиты аккумуляторных светильников нецелесообразно использовать шунтирующие ключи вследствие сокращения срока службы аккумуляторной батареи.

Цель изобретения — обеспечение искроэащиты источников питания нелинейных нагрузок с большими пусковыми токами.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу искрозащиты нелинейных нагрузок, основанному на контроле тока в цепи и отключении нагрузки от источника при достижении шч,определенной величины, пусковому току придают колебательный характер и одновременно ограничивают амплитуду колебаний тока на заданном искробезопасном уровне.

Кроме того, устройство для искроэащиты нелинейных нагрузок, содержащее ключевой элемент, соединенный с блоком управления, снабжено колебательным контуром, выполненным из последовательно соединенных индуктивного и емкостного элементов, при этом емкостный элемент подключен параллельно ключевому элементу, один конец индуктивного элемента подключен к выходу ключевого элемента, а другой конец является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — принципиальная схема этого устройства °

1104302

Устройство для реализации способа содержит источник 1 питания, ключевой элемент (ключ) 2, соединенный последовательно с источником 1 питания, блок 3 управления, вход которого 5 подсоединен параллельно ключевому элементу 2, а выход подсоединен к управляющей цепи ключа 2, колебательный контур 4, обеспечивающий колебательный характер пускового тока нагрузки, включенный последовательно с ключевым элементом 2 и нелинейной нагрузкой 5, и выключатель 6 нагруз" ки, замыкающий цепь питания нагрузки.

В качестве ключевого элемента 2 используется насыщенный транзистор.

Блок 3 управления состоит иэ усилителя 7 постоянного тока, на вход которого подается падение напряжения на ключе 2, и триггера 8 Шмитта, вход 2б которого подключен к выходу усилителя 7 постоянного тока, а выход — к управляющей цепи ключа 2. Колебательный контур 4, обеспечивающий колебательный характер пускового тока, сос- 2> тоит из индуктивного элемента (индуктивности} 9, включенного последовательно с нагрузкой 5, и емкостного элемента (конденсатора) 10, подключенного параллельно ключу 2. 36

Усилитель 7 постоянного тока выполнен на транзисторе 11 и включает в себя резистор 12. Триггер 8 Шмитта включает в себя транзистор 13 и резистор 14.

Сущность способа заключается в следующем.

В статическом режиме блок 3 управления ключом при увеличении тока в цепи нагрузки до определенной величины 3 > =(1, 2-1, 5) 3 но,. переводит ключ 2 в выключенное состояние и тем самым отключает нагрузку 5 от источника 1 питания. При первоначальном включении нагрузкИ, когда в цепи дей- gg ствует пусковой ток, значительно превышающий номинальный, колебательный контур 4 изменяет характер пускового тока: он придает ему. колебательньй характер, причем мгновенное значение тока меняется в пределах от нуля до ранее определенного значения.

Ф

Колебательиый контур 4 поддерживает такой xapawrep тока в течение переходного процесса в нагрузке 5, например разогрева нити накаливания лампы светильника. По окончании переходного процесса колебания в цепи срываются и схема переходит н статический режим работь1, тогда колсбательный контур 4 не оказывает на работу схемы ни.;якого влияния.

Пример устройства для реапиэации приведенного способа и принцип его

Функционирования.

При включении выключателя 6 нагрузка 5 (лампа накаливания P 3,751+0,5, U =3,75 В; 1 = 1 А) находится в холодном состоянии и ее сопротивление минимально (1„„„=-0,40 Ом) . Колебательный кон1ур, образованный индуктивностью 9 (L=20 мкГн. Я =40), конденсатором 10 (С=0,047 мкФ) и активным сопротивлением нагрузки 5, является нагрузкой ключа 2, выполненного на транзисторе типа КТ837К, напряжение насыщения которого составляет

О, 1-0,15 В прн . =1 А, и имеет добротность, достаточную для возникнове-, ния в замкнутой цепи (ключ 2 — усилитель. 7 постоянного тока — триггер 8

Шмитта) колебаниИ, поэтому пусковой ток носит колебательный характер.

Частота колебаний составляет примерно 130 кГц. Мгновенное значение пускового тока не превышает ранее укаэанного значения 3с =1,5 А, так как при достижении этого, значения напряжение на транзисторе 2 увеличивается до такой величины, при которой выходное напряжение усилителя 7 постоянного тока, выполненного на транзисторе типа ГТ108А, устанавливает триггер

Шмитта в такое состояние, когда транзистор 13 закрыт, и, следовательно, ключ 2 также закрыт. Но вследствие высокой добротности контура 5, 9 и

10 напряжение на транзисторе 2 носит колебательный характер, и поэтому при уменьшении напряжения на нем, а следовательно, и на выходе-усилителя

7 постоянного тока, триггер Шмитта 8 возвратится в исходное состояние, когда транзистор 13 а следовательно, и ключ 2 открыт. Такой характер пускового тока имеет место до тех пор, пока добротность контура 5, 9 и 10 за счет увеличения сопротивления нагрузки 5 по мере разогрева (R о„=3,75 Ом) не уменьшится до такой величины, при которой колебания в цени сорвутся и схема перейдет в статический режим, при котором транзистор 2 открыт и через нагрузку 5 протекает рабочий ток. Насыщенное состояние транзистора 2 обеспечивает4

1104302

MGGQD1 Заказ 5178/25 Тираж 427 Подписное

Фнлмал ШШ "Патент" ° г.ужгород, ул.дроектмая, 4 ся при токе базы ие менее 25 мА, который устанавливается резистором 14, Для защиты от токов короткого замыкания при повреждении шнура светильника индуктивность 9 располагают на выходе линии питания, например в фаре светильника. При достижении током значениями 1,5 A (величина

Зс регулируется резистором 12), нагрузка отключается ключом 2 от источ- 1б ника за 2 мкс. При этом, если короткое замыкание в шнуре светильника происходит в момент включения, то индук. тивность 9 оказывается зашунтирован- . ной, колебания в цепи срываются и схе-15 ма отключает нагрузку от источника.

Для повторного включения схемы необходимо устранить причину, вызвавшую увеличение тока в цепи, разомкнуть цепь выключателем 6 для того, 20 чтобы падение напряжения на транзисторе 2 уменьшилось до нуля, и только тогда блок 3 управления ключом переведет транзистор 13 в открытое состояние. Схема готова к включению, Наличие колебательного контура, обеспечивающего колебательный характер пускового тока, позволяет исключить срабатывание узла искрозащиты при действии s цепи пусковых токов, значительно превышающих номинальные, и, следовательно, применить искроэащиту при питании нелинейных нагрузок, например, в рудничных аккумуляторных светильниках.

В результате обеспечения рудничных светильников искрозащитой будет исключена возможность взрыва в опасных средам вследствие искрения в шнуре светильника в аварийных режимах.

Кроме того, наличие искрозащиты позволяет увеличить мощность лампы светильника, что улучшит условия труда во взрывоопасных средам.