Устройство для проверки состояния нагрузки и подключения ее к источнику постоянного тока

 

Взамен ранее изданного

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 11 Н 02 Н 3/087, 7/10, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4005242/24-07 (22) 13.01.86 (46) 30.07.89. Вюл.М 28 (72) В.Н.Скачко (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 705593, кл. Н 02 Н 7/10, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 983866, кл. Н 02 Н 3/08?, 1982. .(54)(57) 1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ

СОСТОЯНИЯ НАГРУЗКИ И 11ОДКЛЮЧЕНИЯ ЕЕ

К. ИСТОЧНИКУ 11ОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее диод, блок защиты, включающий в себя пороговый элемент, вход которого является входом блока защиты, первый конденсатор, первая обкладка которого соединена с первым выводом .первого резистора, первый и второй коммутационный элементы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью,повышения надежности путем обеспечения контроля состояния нагрузки до и после ее подключения, а также путем устранения ограничения нагрузки независимо от ее характера, первый коммутационный элемент выполнен в виде контактора с двумя замыкающими и двумя размыкающими группами контактов, второй коммутационный элемент выполнен в виде первого транзисторного ключа, а также дополнительно введены второй контактор с двумя замыкающими и двумя размыкающими группами контактов, реле, дроссель, транзистор, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой резисторы, второй транзисторный ключ, анализатор понижения выход ного напряжения, при этом первый входной вывод устройства через последовательно соединенные третьи размы .кающие контакты соответственно первоÄÄSUÄÄ 1376168 A 1

2 . ro и второго контакторов и первый замыкающий контакт первого контактора подключен к первому выходному выводу устройства, общая точка третьего размыкающего и первого замыкающего контактов первого контактора соединена через дроссель с первой обкладкой первого конденсатора, вторая обкладка которого соединена с вторым входным и вторым выходным выводами устройства, второй вывод первого резистора через параллельно включенные первые замыкающие контакты соответственно второго контактора и реле и через последовательно включенные с этими контактами обмотки первого и второго контакторов соединен с второй обкладкой первого конденсатора, параллельно обмотке первого контактора включен. второй размыкающий контакт реле, общая точка обмоток первого и второго контакторов соединена с коллектором транзистора, эмиттер которого подключен к второй обкладке первого конденсатора, с которой через второй и третий резисторы соединена база тран- зистора, параллельно переходу эмиттер-база транзистора включен второй замыкающий контакт первого контактора, между общей точкой второго и третьего резисторов и первой обкладкой первого конденсатора включен четвертый размыкающий контакт второго контактора, параллельно выходу устройства через четвертый размыкающий контакт первого контактора подключен четвертый резистор, первый и второй входные

1 выводы анализатора понижения выходно- го напряжения подключены к первому и второму выводам управляющего входа, третий и четвертый входные выводы

3 13761 анализатора подключены к выходу устройства„ выход анализатора соединен с входом питания порогового элемента блока защиты и через обмотку реле—

5 с вторым выводом управляющего входа, подключенного также через последовательно соединенные переход эмиттер- база транзистора второго транзисторного ключа, коллектор-эмиттерный пере-10 ход транзистора первого транзисторного ключа и пятый резистор — к первому выводу управляющего входа, кол- лектор транзистора вновь введенного третьего транзисторного ключа подклю- 15 чен к первому входному выводу устройства, эмиттер — к общей точке первого вывода седьмого резистора и первого входного вывода порогового элемента блока защиты, а база через шестой 20 резистор подключена к первому выводу управляющего входа, второй вывод седьмого резистора соединен с коллектором транзистора второго транзисторного ключа, с общей точкой первого и второго замыкающих контактов соответственно первого и второго контакторов и с вторым входным выводом порогового элемента блока защиты, вновь введены также первый и второй релей- 30 ные элементы, первый выполнен на базе

68 °

4 транзисторного(оптрона, вход первого релейного элемента подключен к выходу порогового элемента блока защиты, первый входной вывод второго релейного элемента подключен к общей точке второго и третьего резисторов, второй входной вывод второго релейного элемента подключен к общей точке дросселя и первого замыкающего контакта первого контактора, а выходные выводы первого и второго релейных элементов, являющиеся соответственно выводами коллектора и эмиттера фототранзистора оптрона и замыкающих контактов. второго реле, соединены между собой параллельно и подключены между выходом анализатора понижения выходного напря-" жения и базой транзистора первого транзисторного ключа.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что во втором релей- ном элементе обмотка второго реле, второй конденсатор и восьмой резистор включены в последовательную цепь, противоположные выводы которой являются входными выводами второго релейного элемента, при этом между последовательно соединенными обмоткой второго реле и вторым конденсатором, включен диод.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации нагрузок большой мощности, в том числе с емкостной составляющей в сетях постоянного тока.

Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения контроля состояния нагрузки до и после ее подключения, а также путем устранения ограничения нагрузки независимо от ее характера.

На фиг.l представлена схема устройства для проверки состояния нагрузки и подключения ее к источнику питания постоянного тока; на фиг.-2 и 3— эпюры напряжений и токов в характерных точках схемы соответственно при включении и выключении устройства..

Устройство состоит (см. фиг.l) из контакторов 1 и 2 с замыкающими ,контактами 1.1, 1.2, 2.1, 2.2 и размыкающими контактами 1.3, 1.4, 2.3, 2.4, из реле 3 с замыкающими 3,1 и размыкающими 3.2 контактами, из дросселя 4, транзистора 5, первого 6, второго 7 и третьего 8 транзисторных ключей, из диода 9, из блока защиты

40 10. с пороговым элементом 11, с первым (быстродействующим) релейным элементом 12 на базе транзисторного оптрона

13 и вторым релейным элементом 14 на базе реле, имеющего замыкающие кон45 такты 14.1, из конденсатора 15Ä из конденсатора 16, анализатора понижения входного напряжения 17 и первого 18, второго 19, третьего 20, четвертого

2l, пятого 22, шестого 23, седьмого

24 и восьмого 25 резисторов. Через последовательно соединенные размыкающие контакты 2,3, 1.3 и дроссель 4 конденсатор 16 подключен к входу устройства. Общая точка этих контак55 тов и дросселя 4 через контакты 1,1 соединена с выходом. К конденсатору

16 через резистор 18 и параллельно соединенные контакты 2.1 и 3.1 подключены последовательно соединенные

5 13761 обмотки конденсаторов 1 и 2, параллельно которым включены соответственно контакты 3.2 и переход коллекторэмиттер транзистора 5. Параллельно переходу база-эмиттер этого транзистора подключены контакты 1.2 и последовательно соединенные между собой резисторы 19 и 20; их общая точка через контакты 2.4 соединена с общей точкой дросселя 4 и конденсатора 16, соединенная, кроме того, через контакты 2 ° 2 с выходом устройства. 11араллельно выходным выводам через контакты 1.4 подключен резистор 21. 15

Управляющий вход устройства подключен через анализатор понижения выходного напряжения к обмотке реле 3; через первый транзисторный ключ 6 и резистор 22 — к база-эмиттерному пе- 20. реходу транзистора второго ключа 7; через второй транзисторный ключ 7 и резисторы 23, 24 — к база-эмиттерному переходу транзистора третьего ключа

8; через анализатор выходного напряже-25 ния 17 и второй транзисторный ключ

7 — к входу питания блока защиты 10.

Вход транзисторного ключа 6 подключен к выходу блока защиты 10 являющемуся одновременно выходом обоих 30 релейных элементов 12 и 14 (коллекторэмиттерный переход транзистора оптрона

13 и замыкающие контакты 14.1 реле

14). Вход первого из этих элементов связан с выходом порогового элемента

11, а вход второго (обмотка реле 14) .через конденсатор 15 подключен к диоду 9. Этот диод вместе с последовательно соединенными обмоткой реле 14, конденсатором 15 и резистором 25 об- 4р разуют второй релейный элемент. Диод

9 шунтирует последовательно соединенные обмотку реле 14 и конденсатор 15.

Общая точка обмотки реле 14 с диодом

9 и свободный вывод резистора 25 45 являются входными выводами второго релейного элемента, подключены соответственно к общей точке резисторов

19, 20 и к общей точке дросселя 4 и контактов 1.1 и 1.3. Переход коллектор — эмиттер транзистора третьего ключа 8 последовательно с резистором

24 включен между входом и выходом устройства, причем резистор 24 одновременно подключен к входу блока защиты.

Анализатор 17 понижения выходного напряжения представляет собой пороговое устройство, чувствительное к по68 6 .нижению выходного напряжения устройства. Рабочему состоянию анализатора соответствует состояние проводимости через выходные выводы, например через насыщаемый транзистор. В это состояние анализатор входит при вы-, ходном напряжении, превышающем пороговый уровень спустя время задержки после поступления сигнала включения на управляющий вход, достаточное для нарастания выходного напряжения до установившегося значения.

Эпюры на фиг.2 и фиг.3 показывают:

26 — сигнал на управляющем входе;

27 — напряжение на обмотке первого контактора (1); 28 — вид тока нагрузки при нормальном ее состоянии (с емкостной составляющей); 29.1 — напряжение на конденсаторе 16 при нормальном состоянии нагрузки; 29.2— напряжение на конденсаторе 16 при нагрузке, большей допустимой; 30 напряжение на обмотке второго контактора (2); 3! — напряжение на общей точке резисторов 19 и 20; 32 — импульс второго релейного элемента 14;

33 — включение (на фиг.2) и выключение (на фиг.3) первого релейного элемента 12 и транзисторных ключей

6, 7 и 8; 34.1 — выходное напряжение при нормальном состоянии нагрузки;

34.2 — выходное напряжение при нагрузке большей допустимой °

Устройство работает следующим образом.

До подачи управляющего сигнала конденсатор 16 через размыкающие контакты 2.3 и 1.3 и дроссель 4 заряжается до входного напряжения. С поступлением на управляющий вход команды включения (эпюра 26 на фиг.2) срабатывает реле 3, замыкая цепь тока через резистор 18 на обмотки контгкторов 1,2. Но сработает на данном этапе только контактор 1 (эпюра 27), так как обмотка второго ока-. зывается зашунтированной транзистором 5, получающим базовый ток через контакты 2.4 и резистор 19. В результате переключения контактов 1.3 и

l,1 конденсатор 16 через дроссель

4 будет подключен к выходу устройства. Заряды этого конденсатора и емкости нагрузки (если она есть), первоначально разряженной, перераспределяются, а зарядный ток емкости нагрузки ограничится дросселем 4 — первый всплеск на эпюре 28 (фиг.2).

7 1376168 8

1Io условиям работы емкость конденсатора 16 должна выбираться, по крайней мере, на порядок больше емкости нагрузки. Поэтому при отсутствии нагрузки установившееся напряжение на выходе блока будет близким к входному.

При наличии полезной нагрузки будет иметь место дополнительный разряд (эпюра 29.1). Замкнувшиеся контакты

1.2 контактора 1 прекратят базовый ток транзистора 5, после чего сработает контактор 2 (эпюра 30).

Если ко времени размыкания контактов 2.4 (см. эпюру 31) напряжение на выходе устройства будет не меньшим значения, гарантирующего отсутствие перегрузки, конденсатор 15, заряжаясь -через обмотку реле 14 и резистор 25, обусловит кратковремен- 20 ное срабатывание реле 14 (см. эпюру

32). Начнет функционировать транзисторный ключ 6, а затем (благодаря току через резистор 22) — транзисторный ключ 7 (эпюра 33). Последний с обеспечит пороговое устройство 11 питанием и так как исходному его состоянию (в отсутствие перегрузки) соответствует наличие напряжения на выходе, то срабатывает релейный элемент 12 (эпюра 33) и сработавший его фототранзистор после размыкания контактов 14.1 будет поддерживать транзисторный ключ 6, а значит и 7 в открытом состоянии (произойдет самоблокировка). Через транзисторный ключ 7 и резистор 23 возникает ток базы транзистора ключа 8 и он, открывшись (эпюра 33), образует соединение входа устройства с выходом

40 (эпюра 28, второй всплеск тока), за счет чего напряжение на выходе будет доведено до уровня входного (за вычетом напряжения насыщения транзистора ключа 8 и падения напряжения на 45 резисторе 24, эпюра 34.1).

Контактор 2 своими контактами 2.2 через. ранее включившиеся контакты 1.1 .закоротит накоротко дроссель 4, который используется только на этапе включения контактов 1.1, чтобы уменьшить их ток (начальный зарядный емкостной нагрузки) и ток первого электронного ключа 6 в момент его включения (см. эпюры 28, 29.1, 34.1), сопровождающийся броском тока дозаря-, да емкости нагрузки, к которому нежелательна (или недопустима) добавка дозарядного тока-на конденсатор 16, значительно большей емкости, чем емкость нагрузки. Если в ходе испытания нагрузки конденсатор 16 разряжается через нее быстрее расчетного времени (эпюра 29.2) и к моменту размыкания контактов 2.4 напряжение на входе цепочки: диод 9 — резистор 25, будет меньшим, чем нужно для работы релейного элемента (реле 14), то нагрузка будет забракована, транзисторные ключи не включаются, чем будет предотвращена их авария, выходное напряжение (см. эпюру 34.2),не достигнув номинала, спадет к нулю за счет окончательного разряда конденсатора ,: 16 через черезмерную нагрузку.

Ири запланированном выключении по . следовательность выключения контакто.— ров такая же, как и при включении. сначала первый, потом второй. Она . подготавливается заблаговременно, еще при включении. Размыкающиеся контакты 2.4 предупреждают раннее выключение контактора 2 в начале выключения контактора 1, когда только разомкнутся контакты 1.2. Второй подготовительной операцией является заблокирование контактора 2 контактами 2.1 (в момент их замыкания цепь тока на обмотку контактора уже образоваиа контактами 3.1), а третьей — размыка-. ние цепи от входа до конденсатора 16 (уже разомкнутой контактами 1.3) дополнительно контактами 2.3; чтобы нри выключении избежать появления сквозной цепи тока от входа на выход (помимо третьего транзисторного ключа, выключаемого первоначально) по цепи: контакты 1.3 выключившегося: контактора 1, дроссель 4, контакты

2.2 еще не выключившегося контактора

2. Контакты 2,2, выключившиеся бы при .действии такой цепи последними, предохранены от возникновения дуги, неизбежной из-за присутствия в цепи

;дросселя 4.

Последовательность прОцессов запланированного выключения следующая, Отключение сигнала с управляющего входа (эпюра 26) и одновременно с ним всех трек электронных ключей, первого 6, второго 7 и третьего 8, силового (см. эпюру 33 тока базы его транзистора) и обесточивание обмотки реле 3. Нагрузка и обмотка контакторов 1,2 находятся под током за счет энергии конденсатора 16.

1376168

Замыкание контактов 3.2 реле 3, закорачивающих накоротко обмотку контактора 1 (эпюра 27). Контактор 1 выключается, а контакты контактора 2 продолжают удерживаться в прежнем состоянии током обмотки через контакты ?.1, причем сопротивление в цепи этой обмотки уменьшилось (вследствие закорачивания обмотки контактора 1), что нужно для того, чтобы продлить его работу до полного выключения контактора 1 от разряжающегося (с момента выключения транзисторного ключа 8) конденсатора 16 - эпюра 29.1

Отключаются контакты 1.1 но без разрыва тока, так как сохраняется связь конденсатора 16 с выходом через кон" такты 2.2. Включаются контакты 1.3, но связь конденсатора 16 с входом ! еще не устанавливается, потому что продолжают быть разомкнутыми контакты .„, 2.3. С момента замыкания контактов

1.4 начинается форсированный разряд конденсатора 16 (эпюра 29.1) через резистор 21. Напряжение на выходе повторяет спадающее напряжение конденсатора 16 (эпюра 34>1), но только до окончания этапа спада.

Подготовка к новому циклу работы: заряд конденсатора 16 через контакты, 2.3,1.3 идроссель 4 (эпюра 29,1) и за мыкание контактов 2.4, что приведет к образованию базового тока транзистора 5 и впоследствии, при появлении напряжения в коллекторной цепи транзистора, " к закорачиванию обмотки конденсатора 2..

Самовыключение вследствие перегрузки проходит следующие стадии.

Немедленное отключение электронной связи между входом и выходом (сраба5 тывание порогового устройства 11, выключение первого релейного элемента 12 и транзисторных ключей 6, 7 и 8, выходящих все вместе из самоблокиров" ки) и разряд конденсатора 16 на нагрузку.

Срабатывание анализатора 17 иэ-за понижения напряжения на выходе и выключение реле 3, отключение контакторов 1 и 2 в оговоренной последова.тельности, либо в другой, если перегрузка будет столь сильная, что кон-, денсатор 16 разрядится до напряжения

20 отпускания контакторов раньше, чем выключится реле 3.

Следующий цикл работы может быть начат после снятия напряжения с управляющего входа, а затем его после25 дующей подачей.

Таким образом, нагрузка каждый раз автоматически контролируется как перед включением, так и на протяжении всего цикла работы. 3а счет этого исключается .выход из строя устройства при аварийном состоянии потребителя независимо от того, было это состояние таковым до включения, или возникало во время работы.

Устройство может работать на нагрузку от нуля до максимальной и любого вида — емкостную, индуктивную, активную, либо комплексную.

1376168

13761 68