Іскробезпечне джерело живлення

1 Іскробезпечне джерело живлення, що містить джерело напруги, підключений до нього основний канал споживача, виконаний з можливістю підключення до нього основного споживача електроенергії, електронний ключ, підключений послідовно в основний канал споживача, схему виділення сигналу при комутації, схему виділення сигналу при перевантаженнях і схему керування електронним ключем, вихід якої підключений до керуючого входу електронного ключа, причому схеми виділення сигналів при комутації і перевантаженнях містять датчики сигналів при комутації і при перевантаженнях ВІДПОВІДНО, включені послідовно в основний канал споживача, схема виділення сигналів при комутації містить випрямний міст і підключений до виходу моста формувач імпульсів, вихід якого є виходом схеми виділення сигналу при комутації, а виходи схем виділення сигналів при комутації і перевантаженнях зв'язані зі схемою керування електронним ключем, яке відрізняється тим, що датчики сигналів при комутації і перевантаженнях виконані ВІДПОВІДНО у вигляді першого і другого трансформаторів, первинні обмотки яких включені в основний канал споживача 2 Іскробезпечне джерело живлення за п 1, яке відрізняється тим, що схема керування електронним ключем містить схему вмикання електронного ключа і схему його вимикання, виходи яких підключені до керуючого входу електронного ключа, причому вхід схеми вмикання зв'язаний з точкою з'єднання електронного ключа зі споживачем електроенергії, а вхід схеми вимикання - з виходами схем виділення сигналів 3 Іскробезпечне джерело живлення за п 2, яке відрізняється тим, що схема вмикання електронного ключа містить інтегруючий ланцюг і зв'язаний з ним резистор, підключений до керуючого входу електронного ключа 4 Іскробезпечне джерело живлення за пп 2 або З, яке відрізняється тим, що схема вимикання електронного ключа містить другий резистор і транзистор, у базу якого включений зазначений другий резистор, а колектор якого підключений до керуючого входу електронного ключа 5 Іскробезпечне джерело живлення за будь-яким з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що схема виділення сигналу при перевантаженнях містить генератор імпульсів, третій резистор, підключений одним своїм виводом до виходу генератора імпульсів, а другим - до вторинної обмотки другого трансформатора, компаратор, перший вхід якого підключений до другого виводу третього резистора, підключене до виходу джерела напруги джерело порогової напруги, вихід якого підключений до другого входу компаратора, і схему "І", до першого з входів якої підключений вихід компаратора, до другого - вихід генератора імпульсів, а вихід якої є виходом схеми виділення сигналу при перевантаженнях 6 Іскробезпечне джерело живлення за п 5, яке відрізняється тим, що додатково містить схему "АБО" і тригер, які послідовно включені між виходами схем виділення сигналів і входом схеми керування електронним ключем, і формувач сигналу установки, вхід якого підключений до точки з'єднання електронного ключа зі споживачем електроенергії, а вихід - до S-входу тригера, причому до входів схеми "АБО" підключені виходи схем виділення сигналів, вихід схеми "АБО", підключений до R-входу тригера, прямий вихід якого підключений до генератора імпульсів і зв'язаний з входом схеми вмикання електронного ключа, а інверсний вихід якого підключений до входу схеми вимикання електронного ключа 7 Іскробезпечне джерело живлення за будь-яким з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що електронний ключ виконаний у вигляді МДП-транзистора 8 Іскробезпечне джерело живлення за будь-яким з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що джерело напруги виконане у вигляді батареї гальванічних елементів 9 Іскробезпечне джерело живлення за п 6, яке відрізняється тим, що електронний ключ виконаний у вигляді МДП-транзистора, джерело напруги виконане у вигляді батареї гальванічних елементів, схема вмикання додатково містить подвоювач 00 ^ со 49348 напруги, вихід якого підключений до входу інтегруючого ланцюга, а вхід - до виходу генератора імпульсів 10 Іскробезпечне джерело живлення за будь-яким з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що містить принаймні один додатковий канал споживача, підключений до джерела напруги паралельно основному каналу споживача і виконаний з мо Винахід стосується електротехніки, зокрема, іскробезпечних джерел живлення, що працюють у потенціально іскронебезпечних середовищах, наприклад, у вугільних шахтах Звичайно іскробезпечне джерело живлення містить джерело напруги постійного струму (випрямляч або батарею гальванічних елементів), включені послідовно зі споживачем електроенергії електронний ключ та датчик струму, а також підключену до датчика схему виділення сигналу, яка безпосередньо або опосередковано відключає електронний ключ при небезпеці, яка виникає, наприклад, при комутації (короткому замиканні або при розмиканні ланцюга споживача) та/або при перевантаженні (перевищенні струмом заздалегідь заданої величини) ВІДОМІ іскронебезпечні джерела живлення, які містять джерело напруги, підключений до нього канал споживача, виконаний з можливістю підключення до нього споживача електроенергії, електронний ключ, підключений послідовно в канал споживача, схему виділення сигналів при комутації та перевантаженнях і схему керування електронним ключем, вихід якої підключений до керуючого входу електронного ключа, причому схема виділення сигналів містить датчики сигналів, що виникають при комутації та перевантаженнях, включені послідовно в канал споживача, а вихід схеми виділення сигналів зв'язаний зі схемою керування електронним ключем (Див , наприклад, А С СРСР № 541037, опубл 30 12 76 р, бюл № 48 та № 1518545, опубл 30 10 89 р. бюл №40) Недоліком цих відомих джерел живлення є суттєве падіння напруги на датчиках, особливо на датчику виділення сигналу при перевантаженнях Цей недолік є найбільш серйозним для низьковольтних джерел живлення Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є іскробезпечне джерело живлення за А С СРСР № 1567796, опубл ЗО 05 90 р , бюл № 20, яке містить джерело напруги, підключений до нього канал споживача, виконаний з можливістю підключення до нього споживача електроенергії, електронний ключ, підключений послідовно в канал споживача, схему виділення сигналу при комутації, схему виділення сигналу при перевантаженнях і схему керування електронним ключем, вихід якої підключений до керуючого входу електронного ключа, причому схеми виділення сигналів при комутації і перевантаженнях містять датчики сигналів при комутації і при переванта жливістю підключення до нього додаткового споживача електроенергії, і додаткову первинну обмотку на кожному з зазначених двох трансформаторів для кожного з принаймні одного каналу споживача, причому електронний ключ підключений між джерелом напруги і точкою розгалуження каналів споживача женнях ВІДПОВІДНО, включені послідовно в канал споживача, а виходи схем виділення сигналів при комутації і перевантаженнях зв'язані зі схемою керування електронним ключем Недоліками відомого пристрою є те, що датчиками сигналів при комутації та перевантаженнях, включеними послідовно в канал споживача, є ВІДПОВІДНО дросель та резистор, які, з одного боку, за рахунок падіння напруги на них суттєво знижують напругу на споживачі електроенергії і призводять до значних втрат електроенергії на їх опорах, а, з іншого боку, ці датчики мають невелику чутливість, оскільки підвищення чутливості призводить до підвищення падіння напруг на цих датчиках В основу цього винаходу поставлена задача шляхом зміни форми виконання елементів та зв'язків МІЖ елементами знизити втрати електроенергії, а також підвищити чутливість датчиків у порівнянні з відомим джерелом живлення Поставлена задача вирішується тим, що у відомому іскробезпечному джерелі живлення, яке містить джерело напруги, підключений до нього канал споживача, виконаний з можливістю підключення до нього споживача електроенергії, електронний ключ, підключений послідовно в канал споживача, схему виділення сигналу при комутації, схему виділення сигналу при перевантаженнях і схему керування електронним ключем, вихід якої підключений до керуючого входу електронного ключа, причому схеми виділення сигналів при комутації і перевантаженнях містять датчики сигналів при комутації і при перевантаженнях ВІДПОВІДНО, включені послідовно в канал споживача, схема виділення сигналів при комутації містить випрямний міст і підключений до виходу моста формувач імпульсів, вихід якого є виходом схеми виділення сигналу при комутації, а виходи схем виділення сигналів при комутації і перевантаженнях зв'язані зі схемою керування електронним ключем, проведені такі зміни - датчики сигналів при комутації і перевантаженнях виконані ВІДПОВІДНО у вигляді першого і другого трансформаторів, - в канал споживача включені первинні обмотки зазначених трансформаторів Первинні обмотки вказаних трансформаторів можуть мати як завгодно малі значення опорів постійному струму, наслідком чогоє як завгодно малі втрати енергії на них, коли вони включені в канал споживача Крім того, коефіцієнт трансформації вказаних трансформаторів може бути ви 49348 конаний практично будь-яким великим, що означає будь-яку велику чутливість датчиків, і настільки великим, що для одержання сигналу необхідної величини достатнім буде навіть один виток у первинній обмотці цих трансформаторів, і отже, може бути зведені до нуля падіння напруги у каналі споживача Подальше вдосконалення пристрою згідно з винаходом пов'язане зі схемою керування електронним ключем, а саме схема містить схему вмикання електронного ключа і схему його вимикання, виходи яких підключені до керуючого входу електронного ключа, причому вхід схеми вмикання зв'язаний з точкою з'єднання електронного ключа зі споживачем електроенергії, а вхід схеми вимикання - з виходами схем виділення сигналів Така конфігурація схеми керування дозволяє вмикати і вимикати електронний ключ за різними режимами, наприклад, плавно вмикати, що необхідно для того, щоб при вмиканні не сформувався сигнал комутації, і стрімко вимикати, що потрібно для припинення іскроутворення Крім того, плавне вмикання дозволяє запобігти великих комутаційних струмів і таким чином захистити джерело напруги і ІНШІ елементи схеми У конкретному варіанті втілення пристрою з розділеними схемами вмикання і вимикання електронного ключа схема вмикання електронного ключа містить інтегруючий ланцюг і зв'язаний з ним резистор, підключений до керуючого входу електронного ключа При цьому інтегруючий ланцюг уповільнює вмикання електронного ключа, а резистор знижує вплив інтегруючого ланцюга на схему вимикання електронного ключа Крім того, за рахунок затримки включення струму після підключення джерела напруги до споживача за допомогою механічного вимикача, який завжди присутній у схемі, виключається іскроутворення на його контактах У іншому конкретному варіанті втілення пристрою з розділеними схемами вмикання і вимикання електронного ключа схема вимикання електронного ключа містить другий резистор і транзистор, у базу якого включений зазначений другий резистор, а колектор якого підключений до керуючого входу електронного ключа Це забезпечує швидке зниження потенціалу на керуючому вході електронного ключа і підвищує іскробезпечність пристрою Вказані конкретні варіанти можуть використовуватися як сумісно так і альтернативно Подальшим вдосконаленням пристрою згідно з винаходом є те, що схема виділення сигналу при перевантаженнях містить генератор імпульсів, третій резистор, підключений одним своїм виводом до виходу генератора імпульсів, а другим -до вторинної обмотки другого трансформатора, компаратор, перший вхід якого підключений до другого виводу третього резистора, підключене до виходу джерела напруги джерело пороговоі напруги, вихід якого підключений до другого входу компаратора, і схему "І", до першого з входів якої підключений вихід компаратора, до другого - вихід генератора імпульсів, а вихід якої є виходом схеми виділення сигналу при переван таженнях Таке втілення схеми дозволяє перетворити зміни струму первинної обмотки через зміни індуктивності вторинної обмотки трансформатора у зміни інтервалу часу, на якому сигнал перевищує задане порогове значення, і у разі небезпеки сформувати на виході схеми стандартний логічний сигнал, що також підвищує чутливість схеми до небезпечних перевантажень Характеристикою ще одного наступного вдосконалення джерела живлення є те, що воно додатково містить схему "АБО" і тригер, які послідовно включені між виходами схем виділення сигналів і входом схеми керування електронним ключем, і формувач сигналу установки, вхід якого підключений до точки з'єднання електронного ключа зі споживачем електроенергії, а вихід - до S-входу тригера, причому до входів схеми "АБО" підключені виходи схем виділення сигналів, вихід схеми "АБО", підключений до R-входу тригера, прямий вихід якого підключений до генератора імпульсів і зв'язаний з входом схеми вмикання електронного ключа, а інверсний вихід якого підключений до входу схеми вимикання електронного ключа Це дозволяє зробити рівноправними обидві схеми виділення сигналів, у тому числі у повній мірі використати переваги їх стандартних вихідних сигналів, а також сформувати стандартні сигнали на входи схем вмикання та вимикання електронного ключа Крім того, це дозволяє простим шляхом забезпечити однозначне правильне вмикання джерела живлення за рахунок встановлення тригера у вихідне положення стандартним сигналом з формувача сигналу установки, який одержує інформацію про потенціал на споживачі електроенергії, що в цілому означає поліпшення експлуатаційних характеристик пристрою У конкретному варіанті пристрою згідно з винаходом, причому у будь-якому з наведених вище варіантів втілення, електронний ключ виконаний у вигляді МДП-транзистора Це суттєво знижує втрати енергії на опорі ключа у відкритому стані і втрати на керування ключем, оскільки параметром, що керує його станом, є потенціал, а не струм Одним з конкретних варіантів втілення джерела напруги у пристрою згідно з винаходом є батарея гальванічних елементів, що дозволяє зробити джерело живлення автономним і, отже, мобільним У ще одному конкретному варіанті втілення пристрою згідно з винаходом, коли електронний ключ виконаний у вигляді МДП- транзистору, а джерело напруги -у вигляді батареї гальванічних елементів, схема вмикання додатково містить подвоювач напруги, вихід якого підключений до входу інтегруючого ланцюга, а вхід - до виходу генератора імпульсів Такий подвоювач напруги дозволяє довести сигнал керування електронним ключем, який у відсутності подвоювача напруги не перевищує напруги батареї, до необхідних для МДП-транзистора значень І, нарешті, останнім і одним з найважливішим вдосконаленням пристрою згідно з винаходом, є 49348 можливість підключення до джерела напруги додаткових каналів споживача, паралельних основному каналу споживача і виконаних з можливістю підключення до них додаткових споживачів електроенергії, причому електронний ключ підключений між джерелом напруги і точкою розгалуження каналів споживача При цьому на кожному з зазначених двох трансформаторів для кожного каналу споживача розміщують додаткову первинну обмотку Це дозволяє при будь-якій небезпеці іскроутворення у будь-якому каналі відключити одразу усі споживачі електроенергії і тим самим підвищити іскробезпечність пристрою Приклад втілення іскробезпечного джерела живлення представлений на доданих кресленнях, причому на фіг 1 представлена блок-схема одного з варіантів втілення винаходу, на фіг 2 представлені часові діаграми схеми виділення сигналів при перевантаженнях у робочому режимі, на фіг 3 представлені часові діаграми тієї ж схеми в умовах наявності перевантаження Іскробезпечне джерело живлення, містить джерело напруги 1 у вигляді батареї гальванічних елементів, електронний ключ 2 у вигляді МДПтранзистора, два паралельних канали 3 та 4 живлення споживачів, позначених на схемі як "споживачі", причому електронний ключ 2 підключений послідовно зі споживачами, схему 5 виділення сигналу при комутації, схему 6 виділення сигналу при перевантаженні, схему 7 вмикання електронного ключа, схему 8 вимикання електронного ключа, схему "АБО" 9 (схеми 5-8 обведеш пунктирними ЛІНІЯМИ), тригер 10 та формувач 11 сигналу установки, причому входи схеми "АБО" 9 підключені до виходів схем 5 та 6 ВІДПОВІДНО виділення сигналу при комутації та виділення сигналу при перевантаженні, вихід схеми "АБО" 9 підключений до R-входу тригера, до S-входу якого підключений вихід формувача 11 сигналу установки, прямий та інверсний виходи тригера 10 підключені ВІДПОВІДНО ДО схеми 8 вмикання та до схеми 7 вимикання електронного ключа, а вхід формувача сигналів установки підключений до точки з'єднання електронного ключа 2 зі споживачами Схема 5 виділення сигналу при комутації включає датчик комутації у вигляді трансформатора 12, випрямний міст 13 та формувач імпульсів 14, причому первинні обмотки трансформатора 12 включені у канали 3 та 4 послідовно з ВІДПОВІДНИМИ споживачами, а його вторинна обмотка підключена до випрямного мосту 13, вихід якого підключений до входу формувача імпульсів 14, який своїм виходом підключений до одного з входів схеми "АБО" 9 Схема 6 виділення сигналу при перевантаженнях включає датчик перевантаження у вигляді трансформатора 15, резистор 16, джерело опорної напруги 17, компаратор 18, генератор імпульсів 19 та схему "І" 20, причому вихід генератора імпульсів 19 підключений до резистора 16, другий вивід якого з'єднаний з вторинною обмоткою трансформатора 15 і з одним з входів 8 компаратора 18 До другого входу компаратора підключений вихід джерела опорної напруги 17, а виходи компаратора і генератора імпульсів підключені до схеми "І" 20 Виходи формувача імпульсів 14 та схеми "І" 20 підключені до входів схеми "АБО" 9 Схема 7 вмикання електронного ключа містить послідовно з'єднані подвоювач напруги 21, інтегруючий ланцюг 22 та резистор 23, підключений до керуючого входу електронного ключа 2 (затвору МДП-транзистора), а схема вимикання електронного ключа містить резистор 24 та транзистор 25, до бази якого підключений резистор 24 і колектор якого підключений до керуючого входу електронного ключа 2 Причому вхід подвоювача напруги підключений до виходу генератора імпульсів 19, вхід якого підключений до прямого виходу тригера 10 Між джерелом напруги 1 та каналами 3, 4 включений вимикач 26 Пристрій працює таким чином У вихідному стані, коли вимикач 26 розімкнений, тригер 10 знаходиться у нульовому стані, електронний ключ 2 закритий, а транзистор 25, який фіксує нульовий потенціал на затворі електронного ключа 2, - відкритий При замкненні контактів вимикача 26 на вхід формувача сигналу установки 11 через опори споживачів електроенергії потрапляє напруга джерела напруги 1, і формувач сигналу установки 11 створює короткий імпульс, яким тригер 10 встановлюється у робоче положення (одиничний стан) У цьому стані за рахунок нульового потенціалу на інверсному виході тригера 10 закривається транзистор 25 схеми 8 вимикання електронного ключа, знімаючи таким чином нульовий потенціал з керуючого входу (затвора) та дозволяючи вмикання електронного ключа 2 Одиничним потенціалом прямого виходу тригера 10 запускається генератор імпульсів 19, імпульси якого потрапляють на подвоювач напруги 21, який формує потенціал, що приблизно дорівнює ПОДВІЙНІЙ напрузі батареї гальванічних елементів Вказаний потенціал далі спрямовуються на інтегруючий ланцюг 22, який уповільнює наростання перепаду напруги при вмиканні вимикача 26, що необхідно для того, щоб не спрацювала схема 5 виділення сигналу при комутації Крім того, якщо одним із споживачів є лампа накалювання, опір якої у холодному стані значно менший, ніж у гарячому, то у відсутності інтегруючого ланцюга 22 може спрацювати і схема 6 виділення сигналу при перевантаженні При спрацьовуванні однієї зі схем 5 або 6 виділення сигналу при ВІДПОВІДНО комутації та перевантаженні, одиничним сигналом на виході схеми 9 "АБО" тригер 10 встановлюється у нульове положення і забороняє роботу генератора імпульсів 19, який призначений для формування потенціалу відкривання на керуючому вході електронного ключа 2 При цьому на базу транзистора 25 через резистор 24 потрапляє одиничний потенціал, і транзистор 25 схеми 8 вимикання електронного ключа відкривається, швидко знижуючи потенціал на керуючому вході електронно 49348 го ключа 2, який внаслідок цього закривається Резистор 23 схеми 7 вмикання електронного ключа призначений для того, щоб конденсатор інтегруючого ланцюга не розряджався через транзистор 25, що б уповільнило процес зниження потенціалу на керуючому вході електронного ключа 2, тобто уповільнило б процес відключення джерела живлення При комутації (швидка зміна струму в каналах споживача або вимикання вимикача 26), на вторинній обмотці трансформатора 12 створюється напруга, яка після випрямляння випрямним мостом 13 сприяє запуску формувача імпульсів 14, вихідний імпульс якого потрапляє на вхід схеми "АБО" 9 В результаті розвивається процес вимикання електронного ключа 2, описаний вище Схема 6 виділення сигналу при перевантаженні працює таким чином ВИХІДНІ імпульси генератора імпульсів 19, крім подвоювача напруги 21 потрапляють також на вхід ланцюга, що диференціює, створеного резистором 16 та вторинною обмоткою трансформатора 15 Вихідний сигнал ланцюга, що диференціює, порівнюється із заздалегідь встановленою опорною напругою джерела 17 на компараторі 18, вихідний сигнал якого потрапляє на один з входів схеми "І" 20, на інший вхід якої потрапляє вихідний сигнал генератора імпульсів 19 Параметри ланцюга, що диференціює, та опорна напруга джерела 17 підібрані таким чином, що при струмі, який не перевищує заздалегідь встановлене значення, вихідна напруга цього ланцюга впродовж тривалості імпульсу генератора імпульсів 19 не стає меншою опорної напруги, що відображене на часових діаграмах фіг 2, де на діаграмі а) представлені ВИХІДНІ імпульси генератора 19, на діаграмі б) - ВИХІДНІ імпульси з ланцюга, що диференціює, та опорна напруга U o n , а на діаграмі в) - ВИХІДНІ імпульси компаратора 18 Оскільки відсутні періоди збігу імпульсів на діаграмах а) та в), на виході схеми "І" потенціал дорівнює нулю (діаграма г), фіг 3) 10 Якщо струм у якомусь каналі перевищує заздалегідь задану величину, він через відповідну первинну обмотку насиченого трансформатора 15 у подальшому ступені насичує його сердечник, що призводить до зменшення індуктивності вторинної обмотки і збільшення швидкості спаду імпульсів на ланцюгу, що диференціює (фіг З, діаграма б)) Це в свою чергу призводить до зменшення тривалості вихідних імпульсів компаратора 18 (діаграма в), фіг 3) і появі імпульсів на виході схеми "І" 20 (діаграма г), фіг 3), які ІНІЦІЮЮТЬ спрацьовування схеми "АБО" 9 і, надалі, вимикання електронного ключа 2 Для відновлення живлення споживачів електроенергії треба вимкнути вимикач 26, усунути причини спрацьовування схем 5 або 6 виділення сигналів, а потім знову ввімкнути вимикач 26 Число витків первинних обмоток трансформаторів 12 та 15, які включені в основний канал споживача з найбільшим струмом споживання знижують до одного, а число витків для каналів з меншими величинами струму споживання розраховують незалежно для кожного каналу з умови забезпечення такої ж чутливості датчиків, що і для основного каналу При цьому опір первинних обмоток постійному струму, а, значить, і втрати електроенергії можуть бути знижені практично до нуля Необхідна чутливість трансформаторів як датчиків може бути підібрана простим вибором числа витків вторинних обмоток Треба зазначити, що для нормальної роботи пристрою необхідно, щоб усі елементи схеми (крім, природно, каналів споживачів) знаходилися увесь час під напругою, незалежно від стану електронного ключа 2 Але сучасна елементна база дозволяє знизити струм споживання усіх цих елементів до надзвичайно малих величин, так що їх струмом споживання можна зневажати Таким чином, створене іскробезпечне джерело живлення, у якому завдяки використанню трансформаторів як датчиків небезпечних ситуацій зменшені втрати електроенергії та підвищена чутливість цих датчиків 49348 11 12 в) г) Фіг. 2 а) U LJ Фа.г>. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71