Устройство для защиты и контроля источника электропитания переменного тока

 

Сущность изобретения заключается в контроле уровня тока в диагонали выпрямительной мостовой схемы с последующей обработкой сигнала индикации с помощью оптопары или узла индикации, выполненного в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, дешифратора и цифрового индикатора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания электротехнических, радиотехнических устройств, аппаратуры автоматики и связи.

Известно устройство защиты источников электропитания с использованием предохранителей, [1] в котором источник электропитания защищен с помощью предохранителя, включенного последовательно с нагрузкой в сеть.

Недостаток данного устройства заключается в том, что предохранитель установлен только в одном силовом проводе и отсутствует контроль и индикация о его сохранности.

Наиболее близким к предлагаемому устройству, является устройство, в котором последовательно с нагрузкой и сетью в каждую фазу включен предохранитель [2].

Недостатком известного устройства является то, что отсутствует контроль и индикация о вышедшем из строя предохранителе, а также о его номере.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и улучшение ремонтопригодности устройства.

Это достигается тем, что в устройство для защиты и контроля источники электропитания переменного тока, содержащее m плавких предохранителей, каждый из которых снабжен первым и вторым выводами и предназначен для последовательного включения в соответствующий силовой провод, соединяющий источник и нагрузку, введены 2m диодов, ограничительный резистор и узел индикации, причем половина диодов, образующая катодную группу, соединена катодами, другая половина диодов, образующая анодную группу, соединена анодами, аноды диодов катодной группы подключены к первым выводам соответствующих плавких предохранителей, катоды диодов анодной группы - к вторым выводам соответствующих плавких предохранителей, узел индикации последовательно с ограничительным резистором включены между объединенными анодами анодной группы диодов и объединенными катодами катодной группы диодов.

Кроме того, узел индикации выполнен в виде светоизлучателя, связанного с фотоприемником, двухкаскадного инвертирующего усилителя на транзисторах, выполненного по схеме с общим эмиттером, индикатора и вспомогательного источника питания, причем светоизлучатель подключен к входу узла индикации, фотоприемник - к входу инвертирующего усилителя, индикатор соединен с его выходом, а вспомогательный источник питания выполнен в виде однополупериодного выпрямителя с RC-сглаживающим фильтром, причем вход вспомогательного источника питания предназначен для подключения к защищаемому источнику, выход подключен к цепям питания инвертирующего усилителя, а также введены (m-1)-резисторов с сопротивлениями, кратными друг другу, причем каждый из резисторов включен в анодную цепь соответствующего диода катодной группы, при этом узел индикации выполнен в виде соединенных последовательно аналого-цифрового преобразователя, дешифратора и цифрового индикатора.

На фиг. 1-4 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.5 - временная диаграмма.

Оно содержит предохранители 1,2. включенные последовательно в каждую из силовых шин между сетью и нагрузкой 3. Схема контроля содержит диоды 4-7, причем диоды 4,5 соединены в катодную группу, а диоды 6,7 - в анодную. Аноды диодов катодной группы подключены к первым выводам предохранителей 1,2, катоды диодов анодной группы - к вторым выводам соответствующих предохранителей. Между точками соединения катодов и анодов через ограничительный резистор 8 включен узел индикации, выполненный в виде светоизлучателя СИ 9, который может быть зашунтирован конденсатором 10. Фотоприемник 11 включен в узел индикации, содержащий однополупериодный выпрямитель на диоде 12, RC-сглаживающем фильтре на элементах 13,14, ограничительных базовых резисторах 15,16, двухкаскадном усилителе на транзисторах 17,18, резисторе 19 межкаскадной связи, ограничительном коллекторном резисторе 20 второго каскада с последовательно включенным индикатором 21. Элементы 13-21 входят в узел индикации 22 (фиг.1).

Если в источнике электропитания имеется развязывающий (понижающий, повышающий) трансформатор 23 со средней точкой, то источник электропитания узла 22 может быть выполнен по двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, где в качестве элементов выпрямления служат диоды 4,5 (фиг.2). При m-фазной сети в качестве выпрямительных диодов используются диоды катодной группы m-фазной схеме выпрямления.

Для определения количества уровней при выходе из строя любого из предохранителей (или обоих вместе) узел индикации выполняется в виде аналого-цифрового преобразователя (аналог-код) АЦП, включенного последовательно с ограничительным резистором 8 (фиг.3), где 24 - сигнал аварии. Для определения конкретного количества уровней последовательно с одним из диодов катодной группы (например, 4) включен резистор 25; при наличии двух силовых шин (для однофазной сети) количество резисторов n-1, т.е. один резистор. Узел 22 индикации содержит дешифратор 26 (например, К514ИД2) и цифровой индикатор (например, семисегментный ЗЛС324Б1 с дополнительным Н-сегментом) 27.

В третьей силовой шине установлен предохранитель 28 и два резистора 29 и 30, кратных определенным значениям и включенных последовательно в цепь анодов и диодов катодной группы 5 и 31 (т.е. два резистора для трехфазной сети, n-1), третий элемент схемы контроля - диод 32, подключенный к третьей силовой шине.

Устройство, изображенное на фиг.1,2, работает следующим образом. При нормальном режиме работы, т. е. исправных элементах, через элементы 8,9 протекает выпрямленный ток. Величина этого тока достаточна для создания такого светового потока, при котором фотоприемник 11 (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор) находится в режиме малого сопротивления, транзистор 17 двухкаскадного усилителя - в режиме насыщения, индикатор 21, включенный в цепь коллектора транзистора 18 второго каскада, не горит, так как элемент 18 находится в режиме отсечки.

При выходе из строя, т.е. перегорания предохранителя 1, ток через элемент 9 (сглаженный при необходимости параллельно включенным элементом - конденсатором 10) уменьшается, так как протекает только полпериода через элементы 4,8,9,7,10; изменяется сопротивление элемента 11, транзистор 17 выходит из режима насыщения (ток базы его через элементы 11,15 уменьшается), выходит в режим усиления транзистор 18, появляется ток коллектора его, проходящий через индикатор 21, который начинает светиться.

При перегорании предохранителя 2 ток, протекающий через элемент 9 по цепи из элементов 5,8,9,6,1 каждые полпериода, не отличаются от тока, протекающего через светоизлучатель 9 при перегорании предохранителя 1, т.е. яркость свечения индикатора 21 не изменится.

При перегорании двух предохранителей 1,2 ток через элемент 9 прекращается, сопротивление фотоприемника становится максимальным, транзистор 17 в состояние отсечки, а 18 - в состояние насыщения, т.е. ток индикатора 21 становится максимальным, что свидетельствует о факте перегорания всех предохранителей, включенных в силовые шины.

Для контроля конкретного сгоревшего предохранителя с индикацией его номера или номера, свидетельствующего о сгорании всех предохранителей, включенных в каждую силовую шину, последовательно с одним из выпрямительных диодов, например 4, устанавливается резистор 25 (фиг.3). В этом случае при перегорании элемента 1 ток протекает по цепи: элемент 4, элемент 25,8,9 (24) 7 (среднее значение I_оп' на фиг.5), при перегорании предохранителя 2 ток протекает через элементы 5,8,9 (24), 6 (I_оп'' на фиг.5) и отличается от I_оп', в нормальном режиме работы протекает ток I, и в аварийном он равен нулю (I_оп'' ), т.е. в этом случае в зависимости от перегорания одного или нескольких предохранителей одновременно уровень тока через элемент 9(24) будет отличаться, всего же при двух предохранителях, включенных в две силовые шины, возможны четыре устойчивых состояния (фиг.5).

Данные состояния фиксируются АЦП - аналог-код и воздействуют на узел 22 индикации, содержащий дешифратор 26 и цифровой индикатор 28. На табло индикатора в зависимости от режима работы высвечивается цифра, обозначающая характер неисправности.

Для m-фазных систем (например, трехфазных), установленных в цепи анодов диодов катодной группы, содержащей диоды 4,5,32, резисторы 30,31 дают возможность в зависимости от характера аварийной ситуации получить различные уровни тока, воспринимаемые узлом 9(24), воздействующим на узел 22.

Таким образом, предложенное устройство позволяет осуществлять защиту и контроль источника переменного тока, так как кроме индикации номера сгоревшего предохранителя для оперативной замены осуществляются также дистанционное управление с последующим отключением сети.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее m плавких предохранителей, каждый из которых снабжен первым и вторым выводами и предназначен для последовательного включения в соответствующий силовой провод, соединяющий источник и нагрузку, отличающееся тем, что введены 2m диодов, ограничительный резистор и узел индикации, причем половина диодов, образующая катодную группу, соединена катодами, другая половина диодов, образующая анодную группу, соединена анодами, аноды диодов катодной группы подключены к первым выводам соответствующих плавких предохранителей, катоды диодов анодной группы подключены к вторым выводам соответствующих плавких предохранителей, узел индикации последовательно с ограничительным резистором включены между объединенными анодами анодной группы диодов и объединенными катодами катодной группы диодов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел индикации выполнен в виде светоизлучателя, связанного с фотоприемником, двухкаскадного инвертирующего усилителя на транзисторах, выполненного по схеме с общим эмиттером, индикатора и вспомогательного источника питания, причем светоизлучатель подключен к входу узла индикации, фотоприемника подключен к входу инвертирующего усилителя, индикатор соединен с его выходом, а вспомогательный источник питания выполнен в виде однополупериодного выпрямителя с RC-сглаживающим фильтром, причем вход вспомогательного источника питания предназначен для подключения к защищаемому источнику, а выход подключен к цепям питания инвертирующего усилителя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введены m - 1 резисторов с сопротивлениями, кратными друг другу, причем каждый из резисторов включен в анодную цепь соответствующего диода катодной группы, при этом узел индикации выполнен в виде соединенных последовательно аналого-цифрового преобразователя, дешифратора и цифрового индикатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5