Устройство для токовой защиты нагрузки от перегрузки в цепи постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты цепей постоянного тока от токовых перегрузок. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматического включения после снятия токовой перегрузки, а также повьшение надежности фиксации силового вьжлючателя в выключенном состоянии в режиме перегрузки. Цель достигается введением в устройство датчика тока контроля 9, линейного стабилизатора 10 и токоограничивающего элемента 11. Для обеспечения скачкообразного возрастания входного напряжения элемента сравнения 7 при переходе из рабочего режима в режим контроля необходимо, чтобы соотношение сопротивлений датчика тока контроля 9 и датчика токовой перегрузки 6 бьшо больше конкретной величины, определяемой заданными соотношениями внутренних и внешних параметров схемы. Для обеспечения автоматического включения устройства при устранении перегрузки с заданным током в рабочем режиме необходимо, чтобы указанное соотношение в то же время было меньше конкретной величины , оцределяемой параметрами элемента сравнения 7 и соотношением внутренних и внешних параметров схемы. 4 ил. S (Л со со 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„80 131 1 (51)4 Н 02 Н 3/087 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

carat

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 3852960/24-07 (22) 06.02.85 (46) 23.06.87. Бюл. № 23 (72) А.И.Кацнельсон, В.Г.Кокоулин, В.И.Киселев и Г.М.Ярцева (53) 621.316.925(088.8) (56) Патент Японии № 58-29696, кл. Н 02 Н 3/087, 1981.

Патент США № 4360851, кл. Н 02 Н 3/087, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

НАГРУЗКИ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты цепей постоянного тока от токовых перегрузок. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматического включения после снятия токовой перегрузки, а также повышение надежности фиксации силового выключателя в выключенном состоянии в режиме перегрузки, Цель достигается введением в устройство датчика тока контроля 9, линейного стабилизатора 10 и токоограничивающего элемента 11. Для обеспечения скачкообразного возрастания входного напряжения элемента сравнения 7 при переходе из рабочего режима в режим контроля необходимо, чтобы соотношение сопротивлений датчика тока контроля 9 и датчика токовой перегрузки 6 было больше конкретной величины, определяемой заданными соотношениями внутренних и внешних параметров схемы. Для обеспечения ав- томатического включения устройства при устранении перегрузки с заданным током в рабочем режиме необходимо, чтобы указанное соотношение в то же время было меньше конкретной величины, определяемой параметрами элемента сравнения 7 и соотношением внутренних и внешних параметров схемы.

4 ил.

1319133

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для запдты цепи постоянного тока от токовых перегрузок.

Целью изобретения является расши- 5 рние функциональных возможностей путем обеспечения автоматического включения после снятия токовой перегрузки, а также повьппение надежности пу— тем фиксации силового выключателя в 10 выключенном состоянии в режиме перегрузки..

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — то же, пример конкретной реализации; на фиг,3 — зависимость тока нагрузки в рабочем режиме и режиме контроля от величины сопротивления нагрузки; »а фиг.4 — зависимость входного напряжения схемы отключения от величины сопротивления нагруэки.

Устройство содержит источник питания с клеммамй 1 и 2, клемму 3 для подключения нагрузки 4, причем клемма 1 является общей для подлкючения источника питания и нагрузки и соединяется с одним концом нагрузки 4, вторая клемма 3 для подключения нагрузки соединена с другим концом нагрузки 4 и силовым выключателем 5 (например, транзисторный ключ, электромагнитное реле со схемой управления), второй конец которого соединен с датчиком 6 токовой перегрузки„ другой конец которого соединен с клеммой 35

2 и с первым входом элемента 7 сравнения (например, компаратора напряжений, транзистора), выход которого соединен с управляющим входом силового выключателя 5, схему 8 контроля со- 40 стояния нагрузки при выключенном силовом выключателе 5, состоящую из последовательно включенных датчика 9 тока контроля, линейного стабилизатора 10, токоограничивающего элемента 45

11 (ограничительная цепь, например последовательно включенные резистор и диод), при этом вход линейного стабилизатора 10 соединен с одним концом датчика 9 тока контроля и вторым 50 входом элемента 7 сравнения, а выход стабилизатора 10 соединен с одним концом токоограничивающего элемента (ограничительной цепи) 11, второй конец которого соединен с клеммой

3, второй конец датчика 9 тока контроля соединен с точкой соединения силового выключателя 5 и датчика 6 токовой перегрузки.

Для любого конкретного элемента сравнения известно напряжение срабатывания U и при заданном пороговом токе перегрузки пор при котором происходит отключение силового выключателя 5, сопротивление датчика токовой перегрузки 6 определяется выражением

Цср

1 та пор т.е. напряжение на входе элемента 7 сравнения в рабочем режиме при сопротивлении нагрузки, равном сопротивлению перегрузки К„ (фиг.3 и

4) равно

0cp > пор Rp1 п

I а напряжение на входе элемента 7 сравнения в режиме контроля при том же значении сопротивления нагрузки

R„, равно

> к.ср (дтпл + дтк )э, ср. к где ? „ср — ток контроля при сопротивлении нагрузки пор

Величина тока контроля задается. выходным напряжением стабилизатора

10 и равна

Цст (4) к. ср sop Ro где R> — сопротивление ограничи.тельной цепи 11, которая определяет максимальное значение тока контроля при коротком замыкании в нагрузке Iêмакс T ° e ° R<=

Ост

К макс и(Так как R = †-- то подставttop пор

Uст

I кср 0„0, + пор к макс (5) Из выражений (2) и (3) следует, что

Inep R gxn I к. ср (RA n +. 1 4тк ) ляя эти величины в выражение (4), получают

1319133

Uï — (10) отп

Ькл или нот

R о

k мо кс

P дтк (1 + — —— дтп

Т пор

I k.cp (7) то

5 к отп

Un

I

8кл к макс

Un (— ——

Тпор

Бст

+ — — — — ) (1 +

Подставляя выражение (10),в выра н жение (9), находят пор ст

Ucr (Кдтп + Кдтк ) или и отп (8) Un

Т Bka йст

15 Тк мокс или

Физический смысл выражения (8) заключается в том, что для обеспечения скачкообразного возрастания входного 20 напряжения элемента 7 сравнения при переходе из рабочего режима в режим контроля необходимо, чтобы соотношение сопротивлений датчиков 9 и 6 соответственно тока контроля и токо- 25 вой перегрузки было больше конкретной величины, определяемой заданными соотношениями внешних и внутренних параметров.

Другими словами, выражение (8) 30 определяет нижнюю границу соотношений величин сопротивлений датчиков

9 и 6.

Однако соотношение величины сопротивлений датчиков не может быть бес-. 35 конечно большим, так как их соотношение влияет на обратное включение устройства при устранении перегрузки, т.е. выражение (8) не является достаточным условием. 40

Чтобы устройство надежно включалось при заданном токе нагрузки I „„, т.е. при соответствующем ему сопротивлении нагрузки R ти и известном напряжении отпускания элемента срав- 45 нения U»„ необходимо чтобы напряжение на входе элемента 7 сравнения в режиме контроля при сопротивлении нагрузки, равном R и, было меньше

Пцти л т ° е ° 50

+ — — -- — -) Uct I «л дтк U отп

1 + — — — (RATn Пср

I pop (— — — — — +

Т к мсхкс (12) Un

+ ст

Т пое

Вкл где Ig „— ток контроля при сопротивлении нагрузки, равном Rom . 55

Так как нст

I к отп R + р о отп

Подставляя выражение (5) в выражение (7), получают

Un I nop К дтк мокс дтп

R дтп

+ R дтк (отп

-(— — — — +

k мокс

Для определения соотношения сопротивлений датчиков 6 и 9 делят выражение (11) на выражение (2):

Физический смысл выражения (12) заключается в том, что для обеспечения автоматического включения устройства при устранении перегрузки с заданным током в рабочем режиме

Т „д необходимо, чтобы соотношение величин сопротивлений датчиков 9 и

6 было меньше конкретной величины, определяемой параметрами элемента 7 сравнения и соотношением внешних и внутренних параметров.

Другими словами, выражение (12) оп-, ределяет верхнюю границу соотношений величин сопротивлений -датчиков 9 и 6.

Таким образом, соотношения (8) и .(12) являются необходимыми и достаточными условиями для надежной работы устройства, и их физический смысл заключается в том, что они определяют интервал соотношения величин сопротивлений датчиков 9 и 6 в зависимости от соотношения заданных внешних параметров (напряжения источника питания U, порогового тока отключеи ния Т о, максимального тока включения I«„ ) H e eM H TpeHH a1319133 раметров (максимального тока при ко-ротком замыкании в нагрузке Т„ выхоДного напряжения линейного стабилизатора 10 Б„ и параметров схемы отключения U,ð и U „ ). 5

Устройство работает следующим образом.

При подключении источника питания к клеммам 1 и 2 при номинальной величине сопротивления нагрузки 4 10

R„ (фиг.3) силовой выключатель 5 включен. Номинальный ток нагрузки

I протекает через нагрузку 4, сило-вой выключатель 5 и датчик 6 токовой перегрузки. Падение напряжения на дат-15 чике 6 токовой перегрузки U при ноP минальном токе нагрузки (фиг.4) поступает на первый вход элемента 7 сравнения через датчик 9 тока контроля, который в рабочем режиме вы- 20 полняет роль ограничителя входного тока элемента 7 сравнения. Это напряжение меньше напряжения срабатывания элемента 7 сравнения U поэтому управляющий сигнал отключения, по- 25 даваемый с выхода элемента 7 сравнения на управляющий вход силового выключателя 5, отсутствует, что и является сигналом включения силового выключателя 5. Ток через схе- 30 му 8 контроля состояния нагрузки в рабочем режиме не протекает, так как напряжение на выходе линейного стабилизатора 10 меньше, чем напряжение на нагрузке 4. 35

При уменьшении сопротивления нагрузки (фиг.3 и 4) до пороговой величины R т.е. при перегрузке, ток нагрузки возрастает и достигает пороговой величины I „, падение напряжения на датчике 6 токовой перегрузки достигает величины напряжения сра» батывания U элемента 7 сравнения.

На выходе элемента 7 сравнения появ- 4> ляется сигнал отключения, который подается на управляющий вход с силового выключателя 5. Последний,отключает нагрузку 4 от источника питания.

Напряжение на нагрузке уменьшается и к нагрузке автоматически подключается стабилизатор 10 напряжения.Устройство переходит из рабочего режи-. ма в режим контроля состояния нагрузки, при этом через нагрузку 4 протекает ток контроля I „ по цени: дат в . чик 6. токовой перегрузки, датчик 9 тока контроля, линейный стабилизатор

10, ограничительная цепь 11.

При переходе устройства из рабочего режима в режим контроля напряжение на входе элемента 7 сравнения скачком увеличивается с величины

Б до U „, что надежно фиксирует силовой выключатель 5 в выключенном состоянии и исключает режим генерации.

Скачок входного напряжения элемента 7 сравнения достигается автоматическим изменением величины сопротиВления датчика. тока элемента 7 сравнения, которая в рабочем режиме определяется величиной оспротивления датчика 6 токовой перегрузки, а в режиме контроля — суммарным сопротивлением датчика 6 токовой перегрузки и датчика 9 тока контроля, так как в рабочем режиме через датчик 6 протекает рабочий ток нагрузки, через датчик 9 тока контроля только входной ток элемента 7 сравнения, а в режиме контроля через датчики 6 и 9 протекает один и тот же ток контроля.Скачкообразное возрастание входного напряжения элемента 7 сравнения достигается выбором соотношения величин сопротивлений датчиков 6 и 9, т.е, из выражений (12) и (8) следует

Uz I no R дтпл U отп

+ — — — — — — 1 ((— «1

Uqz I g макс R Атк U Ð ,,Т пор и I llop

/ + ) 1. (13)

К мак ст 9кл

В режиме контроля через нагрузку

4 протекает ток контроля, величина которого стабильна и определяется только величиной сопротивления нагрукзи 4, выходным напряжением линейного стабилизатора 10 и величиной сопротивления ограничительной цепи 11 и не зависит от напряжения источника питания и его изменения.

Максимальное значение .тока контроля I „, при коротком замыкании в нагрузке определяется только внутренними параметрами устройства и может выбираться любой минимальной величины путем уменьшения выходного напряжения стабилизатора 10.

При устранении причин .перегрузки в цепи нагрузки 4, т.е. увеличении величины сопротивления нагрузки до величины R „, ток контроля уменьшается до величины Iх „„, при этом уменьшается суммарное падение напряжения на датчиках 6 и 9, а следова1319133 роля, линейный стабилизатор напряжения и токоограничивающий элемент, при этом вход датчика тока контроля соединен с выходом датчика токовой перегрузки, выход датчика тока контроля соединен с вторым входом элемента сравнения и через линейный стабилизатор напряжения подключен к входу токоограничивающего элеменО та, выход которого соединен с одним силовым выводом силового выключателя, датчики токовой перегрузки и тока контроля выполнены в виде резисторов, а соотношение величин их сопротивле15 ний выбирается из условия тельно, и на первом входе элемента

7 сравнения до величины напряжения отпускания ц „ элемента 7 сравнения. На выходе элемента 7 сигнал от ключения исчезает и силовой выключатель 5 автоматически подключает нагрузку 4 к источнику питания. Ток через схему 8 контроля состояния на грузки прекращается, так как напряжение на выходе линейного стабилиза- 1 тора 10 меньше, чем на нагрузке,-т.е. устройство переходит в рабочий режим. Напряжение на входе элемента 7 при перехода из режима контроля в рабочий режим скачкообразно уменьшаетсЯ От величины 11от„ Ло Ното.р что обеспечивается выполнением выражения (13), и надежно фиксирует силовой выключатель 5 во включенном

К,Лт к U ото

1 с (-----Х

R дтпл Ucq

Т пор

+ к.макс

Un

Нст х (I nop

Un

IK макс Ucr

СОСТОЯНИИ, Устройство для токовой защиты нагрузки от перегрузки в цепи постоянного тока, содержащее источник питания, одна клемма которого подключается к первому выводу нагрузки, другая клемма соединена с входом датчика токовой перегрузки и с первым вхо- ЗО дом элемента сравнения, выход которого подключен к управляющему входу силового выключателя, один силовой вывод которого .подключается к второму выводу нагрузки, а другой силовой 35 вывод соединен с выходом датчика токовой перегрузки, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения автоматического 40 включения после снятия токовой пе1.1 ст пор

If. макс дтк дтп

8кл

Нср

U own

Формула изобретения регрузки, а также повьппения надежности путем фиксации силового вы ключателя в выключенном состоянии в режиме перегрузки, в него дополнительно введены датчик тока контгде U - напряжение источника питания; выходное напряжение линейного стабилизатора напряжения; пороговый ток, при котором происходит отключение силового выключателя; максимальный ток контроля при коротком замыкании нагрузки, сопротивление датчика тока контроля; сопротивление датчика токовой перегрузки; максимальный ток нагрузки, при котором включается силовой выключатель при устранении перегрузки; напряжение срабатывания элемента сравнения; напряжение отпускания элемента сравнения.

1319133

Фиг.2

/ ок на греки к кокс

>кср к оп

О

Rnop

Сопроми8л ение иаарузки

Фиг.У

131 133

Напряжение на Exode

Схемы СтклЮчения к иакс

"и

Редактор О.Головач

Заказ 2520/48 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5!

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4 СР.К

Цср Olnn

Ьпщ.р

dp 4щ

Соирояи8ление нагрузки

Фиа 4

Составитель К.Шилан

Техред Н.Глущенко Корректор С.Черни