Устройство автоматического переключения нагрузок переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации осветительных сетей и других нагрузок. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и улучшении показателей надежности. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее двунаправленный ключ, устройство управления, введен посредовательно с нагрузкой мостовой ключ, активный делитель напряжения, подключенный к вспомогательному источнику, микрофонный усилитель, полосовой фильтр, активный выпрямитель, два компаратора, фильтр и одновибратор, выход которого подключен к устройству управления мостового ключа, двунаправленный ключ управляется фазорегулирующим устройством, связанным с устройством выбора режима. В дежурном режиме включен двунаправленный ключ, в рабочем режиме двунаправленный ключ управляется углом отсечки и освещенностью, в рабочем режиме включены оба ключа и нагрузка на время действия сигнала одновибратора подключена к напряжению сети. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации осветительных сетей и других нагрузок.

Известны устройства автоматического переключения нагрузок переменного тока с использованием двунаправленных ключей.

В устройстве [1] в качестве такого ключа использованы два встречно-параллельно включенных тиристора со схемой управления, содержащей два контакта. Недостатком такого устройства являются значительные коммутирующие перегрузки и достаточная сложность схемы управления при реализацией ею нескольких функций.

Известны схемы управления двунаправленными ключами переменного тока [2] - схемы формирования импульсов управления тиристорами. Они достаточно сложны и требуют синхронного управления тиристорами.

Наиболее близким к предлагаемому устройству принятой нами за прототип является устройство [3], содержащее двунаправленный ключ, устройство управления, содержащее дополнительный ключ, два тиристорных оптрона, фототиристоры которых включены параллельно в коллекторную цепь, в датчики возмущающих воздействий - в базовые цепи, вспомогательный источник питания.

Недостатком такого устройства является отсутствие регулирования величины напряжения на нагрузке как по заданной величине угла управления, так и в зависимости от других факторов, например освещенности ламп накаливания.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, повышение показателей его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство автоматического переключения нагрузок переменного тока, содержащего двунаправленный ключ, устройство управления, введены мостовой ключ, включенный последовательно с двунаправленным ключом и нагрузкой, активный делитель напряжения, входом подключенный к вспомогательному источнику, микрофонный усилитель, подключенный входом к выходу активного делителя напряжения, пологовой фильтр, подключенный входом к выходу микрофонного усилителя, активный выпрямитель, подключенный входом к выходу полосового фильтра, первый компаратор, подключенный входом к выходу активного выпрямителя, второй компаратор, подключенный входом к выходу первого, одновибратор, подключенный входом к выходу второго компаратора, выход которого подключен к входу устройства управления, выполненного на ключевом транзисторе, в цепи коллектора которого включен светодиод тиристорного оптрона, фототиристор которого подключен к мостовому ключу со стороны постоянной нагрузки, последовательно со светодиодом тиристорного оптрона включен коллекторный резистор, соединенный с потенциальным входом вспомогательного источника питания, управляющий вывод двунаправленного ключа подключен к выходу фазорегулирующего устройства, соединяющего со схемой режима на ключевом усилителе, в цепи коллектора которого включено реле, второй вывод которого подключен к потенциальному выводу вспомогательного источника питания, к которому подключен резистивный делитель, средняя точка которого подключена к базе упомянутого ключевого транзистора и к базовому резистору, подключенному к ключевому устройству выбора режима.

Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фазорегулирующее устройство выполнено на двухзвенной регулируемой RC-цепи, подключенной к двунаправленному динистору, выход которого подключен к управляющему выводу двунаправленного ключа.

Устройство по п. 1, 2, отличающееся тем, что между одной из силовых шин переменного тока и другим выходом фазорегулирующего устройства установлен фоторезистор, второй вывод которого подключен к точке соединения конденсатора второго звена RC-цепи и его ограничительного резистора.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых блоков (микрофонный усилитель, полосовой фильтр, компараторы, одновибратор и др.) с их связями с остальными узлами и элементами схемы. Таким образом, заявленное устройство является новым, т.к. оно неизвестно из уровня техники.

Сравнение заявленного устройства с другими техническими решениями показывает, что при введении новых узлов с указанными связями с остальными элементами появляются новые, такие как регулируемое напряжение, управление при изменении давления, освещенности. Это позволяет сделать вывод о том, что техническое решение имеет изобретательский уровень, так как для авторов он явным образом не следует из уровня техники.

Структурно-принципиальная схема устройства изображена на чертеже. Устройство содержит двунаправленный ключ 1, последовательно соединенный мостовой ключ 2 и нагрузку 3, мостовой ключ управляется устройством управления 4, двунаправленный ключ управляется фазорегулирующим устройством 5, управляемого схемой режима 6. Последовательно соединенные узлы 1, 2, 3 подключены к сети переменного напряжения. К источнику переменного напряжения U_c~ подключен вспомогательный источник питания 7. Он может быть выполнен, например, в виде параметрического стабилизатора напряжения с резистивно-емкостным балластом, либо стабилизатором на интегральной микросхеме. От узла 7 питается активный делитель напряжения 8, задачей которого является создание искусственной нулевой точки, т.е. двухполярного напряжения. Он может быть выполнен в виде, например, операционного усилителя, на выходе которого подключены два последовательно включенных транзистора разного типа проводимости. От вспомогательного источника питания 7 и узла 8 питается микрофонный усилитель 9, входным сигналом которого является сигнал изменения давления и который может быть, например, выполнен в виде операционного усилителя, к одному из входов которого подключен электретный микрофон, к другому - эталонное напряжение, выход микрофонного усилителя подключен к полосовому фильтру 10 второго порядка, выполненного, например, на двух операционных усилителях с инфранизкой полосой пропускания. Для поднятия уровня напряжения выход полосового фильтра 10 подключен к входу активного выпрямителя 11, выполненного также на операционном усилителе и мостовом выпрямителе. Выход узла 11 подключен к первому компаратору 12, выполненному по классической схеме на операционном усилителе, выход упомянутого компаратора подключен к входу RC-фильтра, входящего во входную цепь второго компаратора 13, выполненного также по схеме на операционном усилителе, выход компаратора 13 подключен к входу одновибратора 14, выполненного, например, на ИМС КР1561АГ1. Операционные усилители могут быть выполнены, например, на ИМС К1401УД2Б. Выход одновибратора 14 подключен к входу узла 4.

Устройство управления 4 содержит тиристорный оптрон 15, фототиристор которого является выходом узла 4, включенный в цепь мостового ключа 2, зажимам постоянного тока, светодиод упомянутого оптрона включен в цепь коллектора ключевого транзистора 16 последовательно с коллекторным резистором 17 к вспомогательному источнику питания 7, эмиттер упомянутого ключевого транзистора подключен к общей точке, базовый резистор 18, являющийся входом узла 4, - к выходу узла 14.

Фазорегулирующее устройство 5 содержит двухзвенную RC-цепь на элементах конденсаторе 19 и резисторе 20, резисторе 21 и конденсаторе 22, причем первое звено, содержащее конденсатор 19 и резистор 20, является регулируемым за счет резистора 20, второе звено содержит элементы 21 и 22, выход двухзвенной RC-цепи, т.е. точка соединения элементов 21 и 22 через ограничительный резистор 23 подключена к выводу двунаправленного динистора 24, другой вывод которого - к входу "b", к фазному проводу подключены резистор 25 полного открытия двунаправленного ключа 1 (к выводу "a") и фоторезистор 26 - к выводу "c", второй вывод контакта "с" подключен к точке соединения резисторов 21 и 23.

Схема режима 6 содержит переключатель режима, соcоящий из контактных систем "a", "b", "c", ключевой транзистор 27, в цепи коллектора которого включено реле 28 (например, реле с магнитоуправляемыми контактами РЭС-64), подключенное к вспомогательному источнику 7, резисторы 20 и 30 образуют рабочую точку ключевого транзистора 27, резистор 31 является базовым резистором, второй вывод которого подключен к ключевому устройству выбора режима 32. Фазорегулирующее устройство 5 соединено со схемой режима посредством ключевого устройства выбора режима 32.

Устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом. В дежурном режиме, когда нет изменения давления, микрофонный усилитель 9, полосовой фильтр 10, активный выпрямитель 11, компараторы 12 и 13 находятся в таком состоянии, что на выходе одновибратора 14 сигнал лог. "0", ключевой транзистор 16 закрыт, тиристорный оптрон 15 отключен, отключен и мостовой ключ 2, т.е. нагрузка отключена от питающей сети.

В рабочем режиме при изменении давления упомянутые выше узлы устанавливаются в такое состояние, что на выходе одновибратора устанавливается сигнал лог. "1", включается, в конечном итоге, мостовой ключ 2.

Двунаправленный ключ 1 работает следующим образом. При положении переключателя в положении "a" к управляющему электроду подключается резистор 25, осуществляющий управление без регулирования по фазе, т.е. в этом режиме напряжение на нагрузке максимально. В положении "b" управление узлом 1 осуществляется с помощью фазосдвигающей цепи (первого звена RC) 19, 20. Напряжение на конденсаторе 19 через резистор 21, 23 и динистор 24 подается на управляющий электрод (вывод) двунаправленного ключа 1, время заряда конденсаторов 19 и 22 зависит от величины резистора 20. Когда напряжение на конденсаторе 22 достигает напряжения переключения динистора 24, он включается и подает импульс напряжения на управляющий электрод двунаправленного ключа 1.

При положении в "b" и "c" дополнительно параллельно элементу 22 подключается фоторезистор 26. В этом случае в зависимости от освещенности плавно регулируется угол отсечки α и осуществляется автоматическое регулирование напряжения на нагрузке, т.е. например, осуществляется различная освещенность ламп накаливания в зависимости от освещенности окружающей среды. При подаче сигнала на вход узла 6 и замыкании ключа 32 (например, автоматически или под действием оператора) ключевой транзистор 27 открывается, реле 28 включается и происходит установка контактных групп в положении "b", "c".

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает переключение нагрузки от условий изменения давления (открывания, например, дверей), изменения угла отсечки и условий окружающей среды.

Источники информации 1. Китаев В. Е. , Левинзон С.В. Электрическая защита полупроводниковых источников питания. - М.: Радио и связь, 1977, стр. 75, рис. 3.4. a.

2. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. - М.: Советское радио, стр. 314, рис. VI 12, 3. Левинзон С.В. Защита в источниках электропитания РЭА. М, Радио и связь, стр. 72, рис. 3.16a.

Формула изобретения

1. Устройство автоматического переключения нагрузок переменного тока, содержащее двунаправленный ключ, устройство управления, вспомогательный источник питания, отличающееся тем, что в него введены мостовой ключ, включенный последовательно с двунаправленным ключом и нагрузкой, активный делитель напряжения, входом подключенный к вспомогательному источнику, микрофонный усилитель, входным сигналом которого является сигнал изменения давления, поступающий на микрофон, упомянутый усилитель подключен входом к выводу активного делителя напряжения, полосовой фильтр, подключенный входом к выходу микрофонного усилителя, активный выпрямитель, подключенный входом к выходу полосового фильтра, первый компаратор, подключенный входом к выходу активного выпрямителя, второй компаратор, подключенный входом к выходу первого, одновибратор, подключенный входом к выходу второго компаратора, выход которого подключен к входу устройства управления, выполненного на ключевом транзисторе, в цепь коллектора которого включен светодиод тиристорного оптрона, фототиристор которого подключен к зажимам постоянного тока мостового ключа, последовательно со светодиодом тиристорного оптрона включен коллекторный резистор, соединенный с потенциальным выводом вспомогательного источника питания, управляющий вывод двунаправленного ключа подключен к выходу фазорегулирующего устройства, соединенного со схемой режима на ключевом транзисторе, в цепь коллектора которого включено реле, второй вывод которого подключен к потенциальному выводу вспомогательного источника питания, к которому подключен резистивный делитель, средняя точка которого подключена к базе ключевого транзистора и базовому резистору, подключенному к ключевому устройству выбора режима.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фазорегулирующее устройство выполнено на двузвенной регулируемой RC-цепи, подключенной к выводу двунаправленного динистора, другой вывод которого подключен к управляющему входу двунаправленного ключа.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между одной из силовых шин переменного тока и другим выходом фазорегулирующего устройства установлен фоторезистор, второй вывод которого подключен к точке соединения конденсатора второго звена RC-цепи и его ограничительного резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1