Спосіб іскрозахисту акумуляторного джерела живлення і блок іскрозахисту для його реалізації

1. Спосіб іскрозахисту акумуляторного джерела живлення, який полягає у тому, що живлення навантаження здійснюють від акумуляторної батареї через блок іскрозахисту, контролюють вихідний струм блоку іскрозахисту, а при виникненні перевантаження по струму вихідного ланцюга блоку іскрозахисту обмежують означений вихідний струм на попередньо заданому рівні, що є іскробезпечним, формують опорний сигнал, прямо пропорційний мінімально допустимій напрузі на акумуляторній батареї, формують витримки часу на відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї і на підключення означеного вихідного ланцюга блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї, відключають вихідний ланцюг блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї після закінчення означеної витримки часу на відключення, підключають вихідний ланцюг блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї після закінченні означеної витримки часу на підключення, відрізняється тим, що формують вхідний сигнал, прямо пропорційний напрузі на вихідних зажимах блоку іскрозахисту і порівнюють цей сигнал з опорним сигналом, при зменшенні вхідного сигналу нижче значення опорного сигналу виконують означене відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї, при підвищенні вхідно A (54) СПОСІБ ІСКРОЗАХИСТУ АКУМУЛЯТОРНОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ І БЛОК ІСКРОЗАХИСТУ ДЛЯ ЙОГО РЕАЛІЗАЦІЇ 37053 Найбільш близьким за технічною суттю до способу за винаходом є спосіб, реалізований у пристрої іскрозахисту шахтарської лампи, в якому живлення навантаження здійснюють від акумуляторної батареї з допомогою блоку іскрозахисту, в якому контролюють вихідний струм блоку іскрозахисту, а при виникненні перевантаження по струму вихідного ланцюга блоку іскрозахисту обмежують цей струм на попередньо заданому іскробезпечному рівні з допомогою електронного приладу змінного опору. Якщо режим обмеження струму з течією часу не припиняється, то після закінчення заданої витримки часу вихідний ланцюг блоку іскрозахисту відключають від акумуляторної батареї. Для цього контролюють падіння напруги на електронному приладі змінного опору, цією напругою через резистор заряджають конденсатор, а при досягненні напругою на останньому заданого порогового значення виконують означене відключення закриванням електронного приладу змінного опору. В подальшому навантаження відключають з допомогою ручного вимикача, а по закінченні заданого часу після цього вихідний ланцюг блоку іскрозахисту підключають до акумуляторної батареї. Для цього контролюють падіння напруги на електронному приладі змінного опору, цією напругою через резистор розряджають конденсатор, а при зниженні напруги на останньому нижче заданого порогового значення виконують означене включення відкриванням електронного приладу змінного опору. Контролюють напругу на зажимах акумуляторної батареї і порівнюють її з заданим значенням. При зниженні напруги на батареї нижче заданого значення виконують відключення акумуляторної батареї від навантаження [2]. Недоліком прототипу є велика кількість виконуваних операцій, що забезпечують нормальне функціонування пристрою іскрозахисту акумуляторного джерела живлення. В описі прототипу наведено принципову схему спрощеного варіанту пристрою. Так, струмовий захист суміщений з захистом від глибокого розряду акумуляторної батареї. Стабільні опорні напруги замінені напругами, прямо пропорційними напрузі на зажимах акумуляторної батареї. Результатом спрощення є втрата якості виконуваних операцій: струм уставки прямо пропорційний напрузі на акумуляторній батареї, яка в наведеному прикладі змінюється в два рази (з 6 до 3 вольт), мінімальна напруга на акумуляторній батареї, при якій виконують її відключення, залежить від струму навантаження. Таким чином, не реалізуються описані в формулі винаходу точні і чіткі умови роботи по підтриманню стабільних максимального струму в ланцюзі і мінімально допустимої напруги на акумуляторній батареї. Винахід вирішує задачу спрощення за рахунок скорочення кількості критеріїв, згідно з якими виконується відключення і включення блоку іскрозахисту. Для рішення поставленої задачі у відомому способі, який полягає в тому, що живлення навантаження здійснюють від акумуляторної батареї з допомогою блоку іскрозахисту, в якому контролюють вихідний струм блоку іскрозахисту, а при виникненні перевантаження по струму вихідного ланцюга блоку іскрозахисту обмежують вихідний струм блоку іскрозахисту на попередньо заданому рівні, що є іскробезпечним, формують опорний сигнал, прямо пропорційний мінімально допустимій напрузі на акумуляторній батареї, формують витримки часу на відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї і на підключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї, відключають вихідний ланцюг блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї після закінчення означеної витримки часу на відключення, підключають вихідний ланцюг блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї по закінченні означеної витримки часу на підключення, у відзнаку від відомого способу, формують вхідний сигнал, прямо пропорційний напрузі на вихідних зажимах блоку іскрозахисту і порівнюють цей сигнал з опорним сигналом, при зменшенні вхідного сигналу нижче значення опорного сигналу виконують означене відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї, при підвищенні вхідного сигналу вище значення опорного сигналу виконують означене підключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї. При нормальній роботі, коли у вихідному ланцюзі блоку іскрозахисту немає перевантаження по струму, навантаження підключають з допомогою блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї. Падіння напруги на елементах блоку (струмовимірювальному резисторі і відкритому ключі) мале і напругу на вихідних зажимах блоку іскрозахисту можна прирівняти до напруги на акумуляторній батареї. Якщо ж таке допущення в конкретній технічній реалізації небажане, то може бути враховано, що вихідна напруга блоку іскрозахисту менша від напруги на акумуляторній батареї на величину падіння напруги на послідовно включених в ланцюг живлення навантаження елементах блоку іскрозахисту. В процесі живлення навантаження напруга на зажимах акумуляторної батареї поступово знижується. Формують вхідний сигнал, прямо пропорційний напрузі на вихідних зажимах блоку іскрозахисту таким чином, щоб вхідний сигнал ставав меншим від опорного сигналу при пониженні напруги на зажимах акумуляторної батареї до мінімально допустимого значення. Починаючи з цього моменту, роблять витримку часу на відключення, після чого вихідний ланцюг блоку іскрозахисту відключають від акумуляторної батареї. Означена витримка часу на відключення необхідна для того, щоб вивести в нормальний режим роботи навантаження, якщо воно містить конденсатори, лампи з ниткою розжарювання або інші елементи, які приводять до тимчасових перевантажень по струму в момент включення і необхідності обмежувати вихідний струм під час перевантаження. Витримку часу на відключення вибирають більшою часу виходу навантаження в нормальний режим роботи. Витримка часу на відключення не має істотного впливу на точність відключення при зниженні напруги на акумуляторній батареї, а при необхідності може бути врахована при формуванні опорної і вхідної напруг. Виникнення перевантаження по струму вихідного ланцюга блоку іскрозахисту викликає обмеження цього струму, що призводить до зменшення напруги на вихідних зажимах блоку іскрозахисту і, відповідно, вхідного сигналу. По закінченні витри 2 37053 мки часу на відключення з моменту, коли вхідний сигнал стає меншим від опорного сигналу, виконують відключення. Якщо ж при перевантаженні вхідний сигнал не стає меншим від опорного, то відключення не виконують і в ньому немає необхідності, оскільки падіння напруги на послідовно включених елементах блоку іскрозахисту при цьому мале. Після відключення блок іскрозахисту блокується у вимкнутому стані. Для зняття блокування необхідно відключити навантаження. При цьому напруга на вихідних зажимах блоку іскрозахисту підвищується, і вхідний сигнал стає вищим опорного. По закінченні витримки часу на включення блок іскрозахисту включається і свій вихідний ланцюг підключає до акумуляторної батареї. Витримка часу на включення необхідна для того, щоб забезпечити розсіювання енергії, що виділяється на послідовно включених елементах блоку іскрозахисту при частих перевантаженнях в вихідному ланцюзі блоку іскрозахисту. Таким чином, відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї і підключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї здійснюють згідно з одним критерієм: за величиною напруги на вихідних зажимах блоку іскрозахисту замість використовуваних у прототипі трьох критеріїв - величини струму навантаження, величини падіння напруги на електронному приладі змінного опору і величини напруги на зажимах акумуляторної батареї, що дозволяє вирішити задачу спрощення за рахунок скорочення кількості критеріїв, згідно з якими виконується відключення і включення блоку іскрозахисту. Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою за винаходом є пристрій іскрозахисту шахтарської лампи [2], який містить упаковку акумуляторної батареї для електричного живлення електричного приладу через електричний кабель, указана упаковка має засоби для визначення за допомогою електроніки стану перевантаження за струмом в указаному кабелі або приладі та обмеження протікаючого струму або виключення напруги указаної упаковки акумуляторної батареї, указані електронні засоби, що включають електронний прилад змінного опору для управління струмом через указаний кабель, засоби для відчуття за допомогою електроніки струму через указаний кабель та указаний електронний прилад змінного опору, що обмежує струм через указаний кабель до наперед заданої максимальної величини у надійну миттєву відповідь на указані засоби відчуття, що відчувають струм, більший або рівний указаної наперед заданої максимальної величини, засоби для блокування указаного електронного приладу змінного опору у виключеному стані після того, як заданий час указаний електронний прилад змінного опору підтримав струм рівним або нижчим наперед заданої максимальної величини, засоби для повернення указаних блокуючих засобів на дозвіл для включення указаного електронного приладу змінного опору та відновленню струму через указаний кабель. Пристрій для того, щоб функціонувати належним чином, має засоби відчуття, що контролюють напругу на указаній акумуляторній батареї, а коли указана напруга падає нижче від заданого мінімального рівня напруги, указаний електронний прилад змінного опору автоматично переключається у відключений стан, в якому указані блокуючі засоби блокують указаний електронний прилад змінного опору виключеним. Пристрій також має серед засобів розблокування ручний вимикач, що відключає електричного споживача від акумуляторної батареї та дає можливість указаним засобам, що заблокували електричний прилад змінного опору у вимкненому стані, його розблокувати через заданий інтервал часу. Указані засоби блокування контролюють падіння напруги на електронному приладі змінного опору через RС ланцюг, та порівнюють це падіння напруги з опорним сигналом. У разі, коли напруга на указаному конденсаторі більша від опорного сигналу, електронний прилад змінного опору переводять у вимкнений стан. Недоліком прототипу є те, що для забезпечення нормального функціонування цього пристрою необхідна велика кількість функціональних вузлів та складний зв'язок між ними. Винахід вирішує задачу спрощення за рахунок зменшення кількості функціональних вузлів, що застосовуються у пристрої. Для вирішення поставленої задачі у відомому пристрої, що містить вузол контролю і обмеження вихідного струму блоку іскрозахисту, електронний прилад змінного опору, що з'єднує акумуляторну батарею з вихідними зажимами блоку іскрозахисту, до яких підключають навантаження, вузол формування опорного сигналу, прямо пропорційного мінімально допустимій напрузі на акумуляторній батареї, вузол затримки сигналів, що формує витримки часу на відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї і на підключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї, вузол управління електронним приладом змінного опору, елемент порівняння, перший вхід якого підключений до виходу вузла формування опорного сигналу, а вихід - через вузол формування витримок часу до одного входу вузла управління електронним приладом змінного опору, вихід означеного вузла управління підключений до входу управління електронного приладу змінного опору, а інший вхід означеного вузла управління підключений до виходу вузла контролю і обмеження вихідного струму блоку іскрозахисту (в альтернативному варіанті вузол затримки сигналів підключений своїм виходом до другого входу елементу порівняння), на відміну від прототипу, блок іскрозахисту містить вузол формування вхідного сигналу, прямо пропорційного напрузі на вихідних зажимах блоку іскрозахисту, вхід якого підключений до вихідних зажимів блоку іскрозахисту, а вихід - до другого входу елементу порівняння (в альтернативному варіанті вихід вузла формування вхідного сигналу підключений до входу вузла затримки сигналів). Таким чином, присутні у прототипі засоби для відключення пристрою в режимі перевантаження за струмом, засоби, що відключають пристрій при падінні напруги на електронному приладі змінного опору вище від заданого значення, та засоби, що відключають пристрій при зменшенні напруги акумуляторної батареї нижче від заданого значення, замінено єдиними засобами, що відключають при 3 37053 стрій при зменшенні напруги на вихідних зажимах блоку іскрозахисту нижче від наперед заданої величини, котрі можуть бути отримані із засобів, що відключають пристрій при зменшенні напруги акумуляторної батареї в прототипі, заміною вузла формування напруги, прямо пропорційної напрузі на акумуляторній батареї, вузлом формування вхідного сигналу, прямо пропорційного напрузі на вихідних зажимах блоку іскрозахисту, вхід якого підключений до вихідних зажимів блоку іскрозахисту, а вихід - до другого входу елементу порівняння. При цьому засоби, що виконують дві інші з перерахованих вище трьох функцій - вивільняються. За рахунок внесених змін вирішується задача спрощення пристрою. Спрощення, в свою чергу, призводить до зменшення витрат на виробництво пристрою, його маси та габаритних розмірів, а також підвищує надійність пристрою. Блок іскрозахисту акумуляторного джерела живлення (фіг.) містить вузол контролю і обмеження вихідного струму блоку іскрозахисту 1, електронний прилад змінного опору 2, котрий з'єднує акумуляторну батарею 3 з вихідними зажимами блоку іскрозахисту, до яких підключають навантаження 4, вузол формування опорного сигналу 5, прямо пропорційного мінімально допустимій напрузі на акумуляторній батареї, вузол затримки сигналів 6 на відключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту від акумуляторної батареї і на підключення вихідного ланцюга блоку іскрозахисту до акумуляторної батареї, вузол управління 7 електронним приладом змінного опору, елемент порівняння 8, перший вхід якого підключений до виходу вузла формування опорного сигналу 5, а вихід через вузол затримки сигналів 6 до одного входу вузла управління 7 електронним приладом змінного опору, вихід означеного вузла управління 7 підключений до входу управління електронного приладу змінного опору 2, а інший вхід означеного вузла управління 7 підключений до виходу вузла контролю і обмеження вихідного струму блоку іскрозахисту 1. У відзнаку від відомого пристрою, блок іскрозахисту містить вузол формування вхідного сигналу 9, прямо пропорційного напрузі на вихідних зажимах блоку іскрозахисту, вхід якого підключений до вихідних зажимів блоку іскрозахисту, а вихід - до другого входу елементу порівняння 8. Існує альтернативний варіант виконання пристрою, котрий досягає того ж технічного результату. В. п. 2 формули винаходу відзначено, що в альтернативному варіанті вузол затримки сигналів підключений своїм виходом до другого входу елементу порівняння, а вихід вузла формування вхідного сигналу підключений до входу вузла затримки сигналів. Навантаження може підключатись з допомогою контактів 10, а заряд акумуляторної батареї може здійснюватися через діод 11. При цьому зарядний пристрій можна підключати до вихідних зажимів блоку іскрозахисту. Працює блок іскрозахисту таким чином. При підключеному до виходу блоку іскрозахисту номінального навантаження немає перевантаження в вихідному ланцюзі цього блоку, і вузол контролю і обмеження вихідного струму блоку іс крозахисту 1 не видає сигналу на обмеження струму, а електронний прилад змінного опору 2 повністю відкритий. Якщо в вихідному ланцюзі блоку іскрозахисту є перевантаження по струму, то вузол контролю і обмеження вихідного струму 1 видає сигнал про перевантаження і через блок управління 7 змінює сигнал на керуючому вході електронного приладу змінного опору 2, викликаючи прикривання останнього в такій мірі, щоб означений вихідний струм не перевищив попередньо заданий іскробезпечний рівень. В результаті збільшення падіння напруги на електронному приладі змінного опору вихідна напруга блоку іскрозахисту знижується, а прямо пропорційно їй зменшується вхідний сигнал, що формується вузлом формування вхідного сигналу 9. Коли вхідний сигнал стає меншим від опорного, змінюється вихідний сигнал елементу порівняння 8, а по закінченні витримки часу на відключення змінюється вихідний сигнал вузла затримки сигналів 6, якщо за цей час перевантаження по струму не ліквідоване. Вузол управління 7 видає сигнал на вхід управління електронного приладу змінного опору 2 на його закривання. Останній закривається і блок іскрозахисту блокується в вимкнутому стані. Для його розблокування необхідно відключити навантаження, наприклад, контактами 10. При цьому збільшується напруга на виході блоку іскрозахисту, прямо пропорційно їй зростає вхідний сигнал і, коли він стає більшим від опорного сигналу, змінюється вихідний сигнал елементу порівняння 8. Після закінчення витримки часу на включення змінюється вихідний сигнал вузла затримки сигналів 6, і вузол управління 7 відкриває електронний прилад змінного опору 2. Навантаження 4 підключається до акумуляторної батареї 3. Розряд акумуляторної батареї призводить до зниження вихідної напруги блоку іскрозахисту, що призводить до прямо пропорційної зміни вхідного сигналу. Коли останній стає меншим від опорного сигналу, то виникає ситуація, що обробляється блоком іскрозахисту точно так само, як і зниження вихідної напруги цього блоку при перевантаженні, і, в кінцевому підсумку, призводить до відключення вихідного ланцюга блоку від акумуляторної батареї. Джерела інформації 1. Авторське свідоцтво СРСР № 1295008, кл. Е21F9/00. Пристрій для іскрозахисту нелінійних навантажень / В.Ф. Сенько, М.Б. Мачуговський, Б.А. Кузнецов; Донецький політехнічний інститут. Заявл. 30.05.84, № 3746715/24-12; опубл. в Б. В., 1987, № 9. 2. Патент США № 4634936, кл. G05F1/00, Н05В37/02, Н05В39/04, Н05В41/14. Внутрішній захист шахтарської лампи / Кеннет Р. Гентрі, Мічел Ніколіч; Левітт-Сафеті Лімітед. Заявл. 25.01.84; опубл. 06.01.1987 (прототип). (United States Patent № 4634936, Іnt. СІ. G05F1/00, Н05В37/02, Н05В39/04, Н05В41/14, Intrinsically safe miner's lamp. / Kenneth R. Gentry, Michael Nikolich, both of Canada; Levitt-Safety Limited – Filed 25.01.84; date of Patent 06.01.1987). 4 37053 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5