Групповой источник питания с искробезопасными выходами

 

Изобретение относится к шахтным электроосветительным установкам. Цель - повышение надежности искрозащиты. Источник состоит из сетевого выпрямителя 1, блока (Б) 2 защиты по максимальному току, задающего генератора 3, Б 4 управления импульсного стабилизатора (ИС), силового каскада 5 ИС, формирователя 6 укороченных импульсов запуска, Б 7 защиты по уровню напряжения питания, усилителя мощности 8, Б 9 аварийного отключения и Б 10 защитных трансформаторов. Последний предохраняет устройство от короткого замыкания любого числа искробезопасных выходов, а Б 6 предотвращает динамические потери в силовых транзисторах, Б 2 предохраняет источник от выхода из строя силовых элементов при перегрузках. Выпрямленное сетевое напряжение с Б 1 через Б 2 поступает на ИС, состоящий из Б 4 и силового каскада 5. Стабилизированное напряжение постоянного тока с выхода каскада 5 подается на питание задающего генератора 3, Б 6 и усилителя мощности 8. При этом Б 6 вырабатывает прямоугольные импульсы, управляющие работой усилителя 8. С выхода последнего переменное напряжение прямоугольной формы с частотой, равной частоте генератора 3, поступает на Б 10. Число трансформаторов в Б 10 равно числу выходов группового источника питания. Искробезопасность выходов источника в рабочем режиме обеспечивается, с одной стороны, ИС, осуществляющим стабилизацию напряжения, поступающего на усилитель мощности 8, а с другой - ограничивающим действием индуктивности рассеяния защитных трансформаторов в Б 10. В аварийном режиме в случае выхода из строя Б 7 искробезопасность обеспечивается Б 9, отключающим источник от сети. 9 ил.

СОЮЭ СОЮТСНИХ

3 Лй

РЕСПУБЛИК арф Е 21 F 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЕМ

ГРИ fNHT СССР (2! ) 4182177/23-03 (22) 14.01 .87 (46) 30.06.89.Бюл. В 24 (7I! Харьковский институт инженеров коммунального строительства, Государственный Макеевский научно-иссле-. довательский институт по безопасности работ в горной промьппленности и

Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) В.Ф.Рой, Н.Г.Бурма, К.К.Намитоков, В.П,Коптиков, Г.И.Сивчиков и. 3.М.Иохельсон (53) 621.311.69 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

NP I086I86i кл. Е 21 F 9/00, 1981 .

Авторское свидетельство СССР

11 950926, кл. Е 21 F 9/00, 1980. (54) ГРУППОВОЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С

ИСКРОБЕЗОПАСН11МИ В11ХОДАМИ

„„SU„„1490299 А 1

2 (57) Изобретение относится к шахтньич электроосветительным установкам.

Цель — повышение надежности искрозащиты. Источник состоит иэ сетевого выпрямителя 1, блока Б 2 защиты по максимальному току, задающего генератора Э, Б 4 управления импульсного стабилизатора (ИС), силового каскада

5 ИС, формирователя 6 укороченных импульсов запуска, Б 7 защиты по уровню напряжения питания, усилителя мощности 8, Б 9 аварийного отключения и Б 10 защитных трансформаторов.

Последний предохраняет устройство от короткого замыкания любого числа искробезопасных выходов, а Б 6 предотвращает динамические потери в силовых транзисторах, Б 2 предохраняет источник от выхода иэ строя силовых элементов при перегрузках. Выпрямленное сетевое напряжение с Б 1 через

1490299 группового источника питания, Искробеэопасность выходов источника в рабочем режиме обеспечивается с одной стороны,ИС, осуществляющим стабили« зацию напряжения, поступающего на усилитель мощности 8, а с другой ограничивающим действием индуктивности рассеяния защитных трансформато1О ров в Б 10. В аварийном режиме в случае выхода из строя Б 7 искробеэопасность обеспечивается Б 9, отключающим источник от сети. 9 ил.

Изобретение относится к шахтным 20 электроосветительным установкам, в частности к групповым источникам питания с искробезопасными выходами, питаемым от сети переменного тока, и может найти применение в освети- 25 тельных установках горно-добывающих комплексов для питания люминесцентных и ламп накаливания, а также в условиях взрывоопасных производств.

Цель изобретения — повышение на 30 дежности искроэащиты.

На фиг.l приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — 9 - функциональные схемы входящих в него узлов и временные диаграммы их работы.

Источник состоит из сетевого выпрямителя 1, блока 2 защиты по максимальному току, задающего генератора 3, блока 4 управления импульсного стабилизатора, силового каскада 5 40 импульсного стабилизатора, формирователя 6 укороченных импульсов запуска, блока 7 защиты по уровню напряжения питания, усилителя 8 мощности, блока

9 аварийного отключения и блока 10 45 защитных трансформаторов, причем сетевой выпрямитель 1 соединен с входом силового каскада 5 через блок 2 защиты по максимальному току, выходы силового каскада 5 импульсного стабилизатора (ИС) соединены с входами усилителя 8 мощности, блоком 7 защиты по уровню напряжения питания и блоком 4 управления импульсного стабилизатора, задающий генератор 3 соединен с входом блока 4 управления

ИС и через формирователь Ь укороченных импульсов запуска — с входом усилителя 8 мощности, соединен с

Б 2 поступает на ИС, состоящий иэ

Б 4 и силового каскада 5. Стабилизйрованное напряжение постоянного тока с выхода каскада 5 подается на питание задающего генератора 3. Б 6 и усилителя мощности 8. При этом Б 6 вырабатывает прямоугольные импульсы, управляющие работой усилителя 8. С выхода последнего переменное напряжение прямоугольной формы с частотой, равной частоте генератора 3, поступает на Б 10. Число трансформаторов в Б 10 равно числу выходов входом блока 10 защитных трансформаторов, а через блок 9 аварийного отключения — с входом сетевого выпрямителя 1.

Блок 4 управления ИС (фиг.2) состоит из усилителя 11 напряжения разбаланса, формирователя импульсов запуска ИС 12 и логического элемента

2И 13.

Формирователь 6 укороченных импульсов запуска (блок) представляет собой компаратор напряжения, на один иэ входов которого подается сигнал с задающего генератора 3, а на другой — напряжение с выхода блока 7 защиты по напряжению питания, определяющее длительность импульсов на выходе формирователя 6.

Блок 7 представляет собой компаратор напряжения.

Блок 2 защиты по максимальному току состоит (фиг.5) из датчика 14 тока и компаратора 15. Блок 9 аварийного отключения состоит иэ датчика 16 напряжения усилителя 8 мощности, компаратора 17 и выключателя сети 16 переменного тока (фиг.6), Блок 10 защитных трансформаторов представляет собой группу трансформаторов на выходе источника, количество которых равно числу потребителей электроэнергии (количеству подключаемых индивидуальных нагрузок). Электрическая схема блока 10 приведена на фиг.7. Защитное действие этих трансформаторов основано на ограничивающем действии их индуктивности рассеяния, в результате которого ток в выходных цепях не превышает величины, допустимой по условиям искробезопас299 6 жений на входе усилителя 11 разбаланса близка к нулю. Эпюры сигналов блока 4 приведены на фиг. 9, где эпюра e — сигнал с задающего генератора; эпюры b и и — сигналы на выходе компаратора 17 при положительном U и отрицательном

Б4 напряжениях с вьиода усилителя 11 разбаланса.

Сформированные импульсы запуска с выхода узла 12 поступают на силовой каскад 5 импульсного стабилизатора через логический элемент 2И 13 только при наличии на одном иэ входов элеэлемента 2И разрешающего сигнала с выхода блока 2. При потреблении источником тока, свьппе допустимого, на вход элемента 2И с выхода блока 2 подается запрещающий сигнал, отклю. чающий питание группового источника °

Стабилизированное напряжение постоянного тока с выхода блока 5 подается на питание задающего генератора

3, формирователя 6 укороченных им пульсов запуска и усилителя 8 мощности ключевого типа. Формирователь

6 укороченных импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы, управляющие работой усилителя 8 мощности.

Их длительность устанавливается меньшей длительности полупериода напряжения, вырабатываемого задающим генератором 3, на величину времени рассасывания носителей заряда в силовых транзисторах усилителя 8 мощности. В результате резко снижаются потери мощности при переключении и нагрев этих транзисторов, что приводит к увеличению надежности их работы и повьппенив КПД источника. С выхода усилителя 8 мощности ключе— ваго типа переменное напряжение прямоугольной AopMb> с частотой, равной частоте задающего генератора, поступает на блок 10 защитных трансформаторов, число которых в блоке равно числу выходов группового источника.

Искробезопасность выходов источника в рабочем режиме обеспечивается с одной стороны импульсным стабилизатором, осуществляющим стаби10

?„ = К р где Ю вЂ” частота питания;

E u R . . — — выходное напряжение и выходное сопротивление блока усилителя мощности 8 соответственно.

Параметры защитного трансформатора 25 выбираются таким образом, чтобы величина I не превьппала значения допустимого по условиям искробезопасности.

Устройство работает следующим образом.

Выпрямленное сетевое напряжение с выпрямителя 1 через блок 2 защиты по максимальному току поступает на

ИС, состоящий иэ блока 4 управления и силового каскада 5 (блока).

Работа блока 4 происходит так.

На один из входов усилителя 11 напряжения разбаланса подается опорное напряжение, а на другой — сигнал, пропорциональный выходному напряжению импульсного стабилизатора (с выхода блока 5). При неравенстве этих напряжений на выходе усилителя 11 напряжения разбаланса появляется сигнал, поступающий на один из входов узла 12, выполнявц его функцию формирователя импульсов запуска силового каскада импульсного стабилизатора 5. При этом на второй вход узла 12 поступает сигнал с выхода задающего генератора 3. Длительность .импульсов на выходе узла 12 изменяется от 0 до Т в зависимости от величины напряжения на выходе усилителя 11 напряжения раэбаланса и авто55 матически устанавливается такой, при которой выходное напряжение импульсного стабилизатора близко к требуемому уровню. При этом разность напря35

5 1490 ности. На фиг.8 приведена упрощенная эквивалентная схема защитного транс- форматора, которая на высоких частотах может быть представлена в виде суммарного сопротивления потерь первичной и вторичной обмоток r + r

1 г

"К r и суммарной индуктивности расгде K тр коэф фициент трансформации. При коротком замыкании выходов группового источника (случай, наиболее опасный с точки зрения искробезопасности) ток в выходной цепи трансформатора не превышает величины

15 (R +r +r К ),(ь 1 „,Д K 11 лизацив величины напряжения, подаваемого на усилитель 8 моц ности, а с другой — ограничивающим действием индуктивности рассеяния защитных трансформаторов блока 10, в результате которого ток в цепях искробезопасных выходов не превышает величины, допустимой по условиям искробезопасности.

1490299

В аварийном режиме при превышении выходного напряжения импульсного стаби1 изатора искробезопасность обеспечивается блоком 7 защиты по напряжению питания, на один из входов которого подается напряжение, пропорциональное выходному напряжению импульсного стабилизатора (с выхода блока

5), а на второй — опорное напряжение. 10

Напряжение на выходе блока 7 может принимать два фиксированных положительных значения — U< или Uz (фиг,4а).

Если выходное напряжение импульсного стабилизатора не превышает допустимого уровня, выходное напряжение блока 7 равно + 11 и блок 6 вырабатына1 ет укороченные импульсы запуска (эпюра 4b). В противном случае напряжение на выходе блока 7 равно + U и выработка укороченных импульсов запуска блоком 6 прекращается. Таким образом, блок 7 прекращает выработку ныходного напряжения источником при превышении выходным напряжением импульсного стабилизатора уровня, допустимого по условиям искробезопасности. В случае выхода из строя блока 7 защиты по напряжению питания искробезопасность выходов источника обеспечивается блоком 9 аварийного отключения, отключающим источник от сети переменного тока при превышении амплитуды высокочастотного напряжения на выходе блока !О выше допустимого предела. Для нормальной работы источника порог срабатывания блока 9 устанавливается несколько выше порога срабатывания блока 7.

Блок аварийного отключения функционирует следующим образом.

На один из входов компаратора 17 подается опорное напряжение, а на другой — напряжение, пропорциональное переменному напряжению с выхода усилителя 8 мощности. При превышении переменным напряжением на выходе усилителя 8 мощности допустимого значения, задаваемого опорным напряжением, на выходе компаратора 17 по50 является сигнал, отключающий групповой источник с искробезопасными выходами от сети переменного тока при помощи выключателя 18 сети.

Функциональная надежность источника, помимо блока Аормирователя 6 укороченных импульсов, повышается также за счет применения блока 2 защиты по максимальному току, ограничивающего предельно допустимый ток, потребляемый источником, и предотвращающего катастрофический выход из строя силовых элементов импульсного стабилизатора и усилителя мощности.

Блок защиты по максимальному току (фиг.5) работает следующим образом.

На один из входов компаратора 15 подается опорное напряжение, а на другой — напряжение, пропорциональное потребляемому групповым источником среднему току, от датчика тока 14, При превышении последним опорного напряжения на ныходе компаратора 15 появляется сигнал, который при подаче на логический элемент 2И

13 (блок 4) прекращает выработку блоком 4 импульсов, управляющим работой силового каскада 5 импульсного ста— билиэатора. В результате исчезает напряжение на выходе импульсного ста- билизатора и группового источника в целом. Основное назначение блока 2 защита Аункциональных блоков группового источника от выхода из строя.

Таким образом, предлагаемая схема группового источника питания благодаря применению импульсного стабилизатора, используемого в данном случае в новом качестве — элемента искроэащиты, а также блоков 7 и 9 защиты по напряжению питания и аварийного отключения обеспечивает искробезопасность источника в рабочем и аварийном режимах; применение Аормиронателя 6 укороченных импульсов и блока 2 защиты по максимальному току, блока 10 защитных трансАорматоров повышает функциональную надежность работы источника.

Формула и з о б р е т е н и я

Групповой источник питания с искробезопасными выходами, содержащий усилитель мощности, сетевой выпрямитель и задающий генератор, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности искрозащиты, он снабжен импульсным стабилизатором, включающим силовой каскад и блок управления, формирователем укороченных импульсов запуска, блоком защиты по уровню напряжения питания, блоком аварийного отключения блоком защиты по максимальному току, блоком защитных трансформаторов, причем сетевой выпрямитель соединен!

490299!

Фиг Я и, Иу а ат йока 1 наприжюнню . Фиг.b к блОЯЯ наприженне

ФиМ с входом силового каскада импульсного стабилизатора через блок защиты по максимальному току, выход силового каскада импульсного стабилиэа5 тора соединен с входом усилителя мощности, блоком защиты по уровню напряжения питания и блоком управления импульсного стабилизатора, задающий генератор соединен с входом !О блока управления импульсного стабилизатора и первым входом формирователя укороченных импульсов запуска, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход блока защиты по уровню напряжения питания соединен с вторым входом формирователя укороченных импульсов запуска, выход усилителя мощности соединен с входом блока защитных трансформаторов и входом блока аварийного отключения, выход которого подключен к управляющему входу сетевого выпрямителя.! 490299 т1

tl

У g

ФжУ

Составитель Г.Нунупаров

Редактор М.Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 3673/36 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101