Релейний пристрій

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для управления с помощью маломощных управляющих си гналов, например, формируемых с помощью датчиков сопротивления, напряжения и др.. различной активной нагрузкой, например, нагревательных элементов, осветительных приборов и т.п. Известно релейное устройство, содержащее выводы для подключения питания, три диода, компаратор, измерительный мост, первый транзистор, четыре резистора, выводы для подключения нагрузки, стабилитрон. три конденсатора, первый и второй тиристоры, первый вход измерительного моста подключен к первой обкладке первого конденсатора и к первому выводу для подключения питания компаратора, второй вход измерительного моста подключен к второй обкладке первого конденсатора, к второму выводу для подключения питания компаратора, к первому выводу первого резистора, к эмиттеру первого транзистора, аноду первого диода и катоду первого и аноду второго тиристора, первый и второй выходы измерительного моста подключены к первому и второму входам компаратора, выход компаратора подключен к первому выводу второго резистора, второй вывод второго резистора подключен к второму выводу первого резистора и к базе первого транзистора, первый вывод для подключения питания соединен с первой обкладкой второго конденсатора и с первым выводом для исключения нагрузки, а через включение последовательно второй диод, третий резистор и третий конденсатор со вторым выводом для подключения нагрузки, анодом первого и катодом второго тиристоров, а вторая обкладка подключена к аноду третьего диода, катод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора, и управляющий электрод второго тиристора соединен с первым выводом четвертого резистора [1]. Известная схема сложна и потребляет значительную мощность в цепях управления тиристоров. Наиболее близким предложенному является релейное устройство, содержащее последовательно соединенные управляющий, пороговый, согласующий и транзисторный ключевой элементы, последовательно соединенные нагрузку и симистор, а также выпрямительный мост, диод, балластный элемент, встречно включенные два стабилитрона, первый и второй конденсаторы, причем первый конденсатор включен параллельно входам управляющего элемента, один из которых соединен с первым выходом выпрямительного моста и одним из выходных электродов ключевого транзисторного элемента, одна из клемм для подключения сети переменного тока соединена с выходным электродом симистора и первым входом выпрямительного моста, а другая клемма для подключения к сети переменного тока подключена к нагрузке и одному из выводов второго конденсатора, причем второй вход выпрямительного моста соединен с управляющим электродом симистора через встречно включенные стабилитроны, другой вывод второго конденсатора соединен через диод с другим входом управляющего элемента, выполненного в виде термочувстви тельного моста, через балластный элемент в виде стабилитрона с вторым входом выпрямительного моста, второй вход которого подключен к другому выходному электроду ключевого транзисторного элемента (2). Известное устройство сложно и недостаточно надежно в работе, потребляет большую мощность на последовательно включенных стабилитронах и не обеспечивает световую индикацию состояния устройства. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование релейного устройства таким образом, чтобы путем повышения мощности, выделяемой на нагрузке, повысить КПД устройства. Кроме того, благодаря обеспечению индикации состояния устройства повышается его надежность. Поставленная задача решается тем, что в релейное устройство, содержащее управляющий, пороговый и согласующий элементы, первый транзистор, первый и второй конденсаторы, балластный элемент, первый диод. клеммы для подключения к сети переменного тока и клеммы для подключения нагрузки, причем вход порогового элемента подключен к входу управляющего элемента, а выход - к входу согласующего элемента, к выходу которого подключена база первого транзистора, при этом первый силовой выход симистора соединен с первой клеммой для подключения к сети переменного тока, а его второй силовой выход - с первой клеммой для подключения нагрузки, вторая клемма для подключения которой соединена с второй клеммой для подключения к сети переменного тока и первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с Первым выводом балластного элемента и через первый диод - с первым выводом второго конденсатора, к первому и второму выводам которого подключены соответственно первый и второй выводы питания порогового элемента, введены второй транзистор, второй и третий диоды, второй вы вод балластного элемента через две параллельные цепи, первая из которых включает в себя второй, а вторая - третий диоды, соединен с управляющим выводом симистора, причем второй и третий диоды обращены к управляющему выводу симистора своими разноименными выводами, эмиттер первого транзистора, соединен с коллектором второго транзистора и первым силовым выводом симистора, эмиттер второго транзистора соединен с коллектором первого транзистора, вторым выводом балластного элемента и вторым выводом второго конденсатора, база второго транзистора соединена с базой первого транзистора. Согласующий элемент выполнен на стабилитроне и резисторе, которые включены последовательно между входом и выходом согласующего элемента. Согласующий элемент выполнен на третьем транзисторе и двух резисторах, причем между входом и выходом согласующе го элемента включены последовательно соединенные эмиттерно-коллекторный переход третьего транзистора и первый резистор, а база третьего транзистора через второй резистор соединена с вторым выводом второго конденсатора. Балластный элемент выполнен в виде резистора, параллельно которому подключен дополнительный диод. В одну из двух упомянутых параллельных цепей, соединяющих второй вывод балластного элемента с управляющим выводом симистора, согласно-последовательно второму или третьему диоду включен светодиод. Управляющий элемент выполнен в виде термочувствительного моста, вход которого подключен ко второму конденсатору, а выход является выходом управляющего элемента, при этом пороговый элемент выполнен в виде компаратора. Согласующий элемент выполнен на третьем транзисторе и двух резисторах, причем вход согласующего элемента через первый резистор соединен с базой третьего транзистора, а выход согласующего элемента через последовательно соединенные второй резистор и коллекторно-эмиттерный переход третьего транзистора соединен с первым выводом второго конденсатора. В устройство введены четвертый и пятый диоды два дополнительных резистора и светодиод индикации, вышеупомянутое соединение эмиттера первого транзистора с коллектором второго транзистора выполнено через четвертый диод, коллектор второго транзистора через последовательно соединенные пятый диод и первый дополнительный резистор соединен с первым выводом светодиода индикации, второй вывод которого подключен к первому выводу балластного элемента, первый вывод светодиода индикации через второй дополнительный резистор подключен к второму выводу балластного элемента, четвертый и пятый диоды включены согласно коллекторно-эмиттерному переходу второго транзистора, а первый диод и светодиод индикации обращены к первому выводу балластного элемента своими одноименными выводами. Схема устройства с согласующим элементом в виде стабилитрона и резистора при ведена на фиг. 1. В релейном устройстве, приведенном на фиг. 2. согласующий элемент выполнен в виде транзистора, а балластный элемент составлен резистором с параллельно включенным диодом и обеспечивается световая индикации состояния симистора. В релейном устройстве (фиг. 3) обеспечивается световая индикация напряжения питания - устройства и состояния симистора и нагрузки, а балластный элемент представлен в виде стабилитрона. Релейное устройство содержит управляющий 1, пороговый 2 и согласующий 3 элементы, первый транзистор 4, симистор 5, первый 6 и второй 7 конденсаторы, балластный элемент 8. первый диод 9. клеммы 10, 11 для подключения к сети переменного тока и клеммы 12, 13 для подключения нагрузки 14, причем вход порогового элемента 2 подключен к выходу управляющего элемента 1, а вы ход - к входу согласующего элемента 3, к выходу которого подключена база первого транзистора 4, при этом первый силовой вывод симистора 5 соединен с первой клеммой для подключения к сети переменного тока 10, а его второй силовой вывод - с первой клеммой 12 для подключения нагрузки 14, вторая клемма 13 для подключения которой соединена с второй клеммой 11 для подключения к сети переменного тока и первым выводом первого конденсатора 6, второй вывод которого соединен с первым выводом балластного элемента 8 и через первый диод 9 - с первым выводом второго конденсатора 7, к первому и второму выводам которого подключены соответственно первый и второй выводы питания порогового элемента2, второй транзистор 15, второй 16 и третий 17 диоды, второй вывод балластного элемента 8 через две параллельные цепи, первая из которых подключает в себя второй 16, а вторая - третий 17 диоды, соединен с управляющим выводом симистора 6, причем второй 16 и третий 17 диоды обращены к управляющему выводу симистора 5 своими разноименными выводами, эмиттер первого транзистора 4 соединен с коллектором второго транзистора 15 и первым силовым выводом симистора 5, эмиттер второго транзистора 15 соединен ь коллектором первого транзистора 4. вторым выводом балластного элемента в и вторым выводом второго конденсатора 7, база второго транзистора соединена с базой первого транзистора 4. Согласующий элемент 3 выполнен на стабилитроне 18 и резисторе 19, которые включены последовательно между входом и выходом согласующего элемента 3. Согласующий элемент 3 (фиг. 2) выполнен на третьем транзисторе 20 и двух резисторах 19, 21, причем между входом и выходом согласующего элемента 3 включены последовательно соединенные эмиттерноколлекторный переход третьего транзистора 20 и первый резистор 19, а база третьего транзистора 20 через второй резистор 21 соединена с вторым выводом второго конденсатора 7. Балластный элемент 8 выполнен в виде резистора 22, параллельно которому подключен дополнительный диод 23 (фиг. 2). В одну из двух упомянутых параллельных цепей, соединяющих второй вывод балластного элемента 8 с управляющим выводом симистора 5, согласно-последовательно второму 16 или третьему 17 диоду включен светодиод 24 с параллельно включенным резистором 25, снижающим силу тока через светодиод. Управляющий элемент 1 выполнен в виде составленного резисторами 26-28 и терморезистором 29 (фиг. 3) термочувстви тельного моста, вход которого подключен ко второму конденсатору 7. а выход которого является выходом управляющего элемента 1, при этом пороговый элемент 2 выполнен в виде компаратора 30 на операционном усилителе и с резистором положительной обратной связи 31. Согласующий элемент 3 (фиг. 3) выполнен на третьем транзисторе 20 к двух резисторах 32, 19, причем вход согласующего элемента через первый резистор 32 соединен с базой третьего транзистора 20, а выход согласующего элемента через последовательно соединенные второй резистор 19 и коллекторно-эмиттерный переход третьего транзистора 20 соединен с первым выводом второго конденсатора 7. Устройство (фиг. 3) также содержит четвертый 33 и пятый 34 диоды, два дополнительных резистора 35 и 36 и светодиод индикации 24, вышеупомянутое соединение эмиттера первого транзистора 4 с коллектором второго транзистора 15 выполнено через четвертый диод 33, коллектор второго транзистора через последовательно соединенные пятый диод 34 и первый дополнительный резистор 35 соединен с первым выводом светодиода индикации 24, второй вывод которого подключен к первому выводу балластного элемента 8. первый вывод светодиода 24 индикации через второй дополнительный резистор 36 к второму выводу балластного элемента 8, четвертый 33 и пятый 34 диоды включены согласно коллекторно-эмиттерному переходу второго транзистора, а первый диод 9 и светодиод индикации 24 обращены к первому выводу балластного элемента 8 своими одноименными выводами. Работает устройство следующим образом. Когда на выходе управляющего элемента 1 потенциал ниже порога срабатывания порогового элемента 2, при подаче напряжения питания на клеммы 10, 11 через последовательную цепь, образованную первым конденсатором 6, балластным элементом в, диодами 16, 17 и переходом управляющий электрод-катод симистора 5 протекает переменный ток, вызывающий отпирание симистора 5 по силовой цепи и включение нагрузки 14. Через диоды 9, 17 и переход управляющий электродкатод симистора 5 под действием напряжения сети заряжается второй конденсатор 7 до падения напряжения на балластном элементе 8, выполненном, например, в виде резистора (фиг. 1). От конденсатора 7 питается пороговый элемент 2, а также элемент управления 1(фиг. 2). Когда на выходе управляющего элемента Т появится, превышающий порог отпирания порогового элемента 2, пороговый элемент переключается, и на его выходе напряжение приближается к потенциалу верхнего вывода конденсатора 7. Под действием этого потенциала протекает через связывающий пороговый элемент 2 с транзисторами 4 и 15 согласующий элемент 3. образован-ный стабилитроном 18 и резистором 19, ток. вызывающий отпирание транзисторов 4 и 15, которые шунтир уют цепь управления симистора 5. Последний закрывается, отключая нагрузку 14. Диоды 16, 17 обеспечивают надежное шунтирование цепи управления симистора 5 транзисторами 4.15, даже если симисторы имеют высокую чувствительность и отпираются при незначительном напряжении сигнала управления, поскольку падение напряжения на транзисторах 4 и 15 заведомо раньше, чем на диодах 16, 17. Стабилитрон 18 выбирается с опорным напряжением, превышающим сумму падения напряжения на диоде 17. переходе управляющей электрод-катод симистора 5 и остаточного напряжения на выходе порогового элемента 2. За счет этого стабилитрона исключается отпирание транзистора 4 под действием падения напряжения на диоде 17 и управляющих переходах симистора 5 и остаточного напряжения на выходе порогового элемента 2, когда отсутствует включающий сигнал на управляющем элементе 1. В релейном устройстве (фиг. 2) для снижения потребляемой мощности балластный элемент 8 выполнен в виде резистора 22, параллельно которому подсоединен диод 23. В этом случае ток будет разогревать резистор 22 лишь в один полупериод напряжения сети. В качестве балластного элемента может быть применен и стабилитрон 8 (фиг. 3). В релейном устройстве (фиг. 2) в качестве согласующего элемента 3 использован транзистор 20, коллекторный вывод которого через резистор 19 подключен к базам транзисторов 4 и 15. При появлении потенциала на выходе порогового элемента 2 по цепи эмиттер-база транзистора 20 и резистор 21 протекает ток, вызывающий отпирание транзистора 20 по эмиттер-коллекторной цепи и отпирание транзисторов 4 и 15. Для индикации отпертого состояния симистора 5 и включенного состояния нагрузки 14 служит светодиод 24. Когда транзистор 15 заперт, через светодиод 24 протекает ток, и он излучая свет, сигнализирует о включении нагрузки. При отпирании транзистора 15 цепь светодиода шунтируется, и он гаснет. Для снижения тока через светодиод служит резистор 25. Элемент управления 1 может быть выполнен в виде термочувствительного моста, составленного из резисторов 26-28 и терморезистора 29 (фиг. 3), установленного на входе порогового элемента 2, образованного операционным усилителем 30 и резистором 31. Согласующий элемент 3 выполнен в виде транзистора 20, база которого соединена с выходом порогового элемента 2 резистора 32. Когда температура в зоне установки терморезистора 29 ниже заданной, компаратор на операционном усилителе 30 переключается таким образом, что потенциал на его выходе приближается к потенциалу на верхнем выводе конденсатора 7. Транзистор 20 заперт и заперты транзисторы 4 и 15. Следовательно, симистор 5 открыт и нагрузка 14 включена. При прогреве терморезистора 29 отпираются транзисторы 20, 4 и 15, и следовательно, симистор 5 и нагрузка 14 отключаются. При подключении светодиода 24 по схеме фиг. 3, когда на устройство подается напряжение сети, светодиод оказывается подключенными к Балластному элементу 8 через резистор 36. Через него протекает минимальный ток, который вызывает минимальную яркость свечения светодиода. При отпирании транзистора 15 параллельно резистора 36 через диод 34 подключается резистор 35. и ток через светодиод 24 увеличивается, что приводит к увеличению яркости свечения светодиода. Таким образом, яркостью светодиода индицируется три состояния устройства: подано или отсутствует напряжение сети на клеммах 10, 11 устройства, а также включена или выключена его нагрузка 14. В устройстве в качестве управляющего элемента 1 помимо термочувствительного моста могут использоваться различные формирователи импульсов тока, в том числе и кнопочные. В качестве переключающего элемента помимо компараторов могут быть применены различные триггеры, таймеры и др. Так как ток управления симистором 5 ограничивается в основном конденсатором 6, он опережает анодный ток тиристора на 90 электрических градусов, что позволяет надежно отпирать симистор 5 по цепи управления меньшим по значению действующим током, чем постоянный или активный ток, уменьшить мощность, потребляемую предложенной схемой. Кроме того, симистор 5 отпирается в начале каждого полупериода сети, и все напряжение сети выделяется в нагрузке. При этом исключаются радиопомехи в сети. Одновременно питание управляющего 1 и порогового 2 элементов осуществляется от источника тока, от которого питается и цепь управления симистора 5. Причем, весь ток питания этих элементов проходит через цепь управления симистора, что также позволяет уменьшить мощность устройства и повысить стабильность его работы. Устройство обеспечивает высокий коэффициент полезного действия за счет снижения мощности, выделяемой на балластном элементе 8. Простота и надежность устройства, возможность коммутировать большую мощность с высоким КПД позволит применять его в различных устройствах автоматики и в быту.