PL241700B1 - Układ zabezpieczenia zwarciowego - Google Patents

Abstract

Układ zabezpieczenia zwarciowego zawierający rezystor pomiarowy (RP) charakteryzuje się tym, że rezystor pomiarowy (RP) połączony jest z mostkiem zbudowanym z diod (D1-D4), który przez rezystor (R2) połączony jest z obwodem pierwotnym transoptora (TO1), zaś obwód wtórny transoptora (TO1) połączony jest z wejściem odwracającym komparatora (K), którego wejście nieodwracające połączone jest z potencjometrem (PR), a wyjście komparatora (K) połączone jest z wejściem bramki (B1), której wyjście połączone jest przez rezystor (R3) z obwodem pierwotnym transoptora (TO2), a wyjście transoptora (TO2) połączone jest z bramką triaka (TR).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ zabezpieczenia zwarciowego, przeznaczony do obwodów elektrycznych, zabezpieczający te obwody przed skutkami dużych prądów przeciążeniowych i zwarciowych.

W obwodach elektrycznych jako element zabezpieczający przed skutkami przepływu dużych prądów przeciążeniowych i zwarciowych powszechnie stosuje się bezpieczniki topikowe i elektromagnetyczne. Szybkość działania tych zabezpieczeń zależy od ilorazu wyłączanego prądu w stosunku do wartości znamionowej urządzenia zabezpieczającego. W przypadkach gdy iloraz ten wynosi niewiele ponad jeden czas działania urządzenia zabezpieczającego może wynosić wiele sekund. Gdy iloraz ten wynosi około dziesięciu czas działania urządzenia zabezpieczającego, bezpiecznika topikowego lub bezpiecznika elektromagnetycznego, waha się w granicach ułamków sekundy. Powszechnie dąży się do skrócenia czasu działania urządzenia zabezpieczającego, gdyż przepływ prądów o dużych natężeniach wywołuje silne nagrzewanie się elementów obwodu elektrycznego przewodzących prąd.

Znany jest ze zgłoszenia patentowego P.434297 układ zabezpieczenia zbudowany z układu resetowania, przerzutnika monostabilnego, układu pomiaru prądu i kluczy tranzystorowych. Układ ten działa szybko, ale jego głównymi wadami są brak izolacji galwanicznej między obwodem zabezpieczanym i sterującym oraz niska przeciążalność chwilowa kluczy tranzystorowych przerywających przepływ prądu w zabezpieczanym obwodzie. Wad tych pozbawiony jest układ zabezpieczenia zwarciowego będący przedmiotem wynalazku.

Układ zabezpieczenia zwarciowego zawierający rezystor pomiarowy charakteryzuje się tym, że rezystor pomiarowy połączony jest z mostkiem zbudowanym z diod, który przez rezystor połączony jest z obwodem pierwotnym transoptora. Obwód wtórny transoptora połączony jest z wejściem odwracającym komparatora, którego wejście nieodwracające połączone jest z potencjometrem, a wyjście komparatora połączone jest z wejściem bramki, której wyjście połączone jest przez rezystor z obwodem pierwotnym transoptora, a wyjście transoptora połączone jest z bramką triaka.

Prezentowany układ zabezpieczenia zwarciowego wyłącza prąd przeciążeniowy lub zwarciowy w czasie nie większym niż 10 ms, a więc jest kilkukrotnie szybszy od dotychczasowych zabezpieczeń, a czas jego działania nie jest zależny od ilorazu wartości wyłączanego prądu do wartości prądu znamionowego. Co więcej, zmieniając próg działania komparatora użytego w układzie zabezpieczenia zwarciowego można zmieniać wartość wyłączanego prądu. W układzie prezentowanym istnieją dwie bariery galwanicznie oddzielające zabezpieczany obwód od obwodu sterowania w postaci transoptorów, a użyty do wyłączania prądu w obwodzie zabezpieczanym triak ma wysoką odporność na przeciążenia prądowe. Odporność ta zależy od całki cieplnej przyrządu półprzewodnikowego jakim jest triak, w przypadku tranzystorów nie określa się tego parametru, przez tranzystor nie należy przepuszczać prądu większego od znamionowego.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat ideowy układu zabezpieczenia zwarciowego.

Układ zabezpieczenia zwarciowego działa następująco. Do zacisków WE1 i WE2 podłącza się źródło zasilania (230 V), zaś do zacisków WY1 i WY2 dowolny odbiornik energii. Włączenie układu następuje po naciśnięciu przycisku P. Wciśnięcie tego przycisku powoduje pojawienie się stanu wysokiego na wyjściu bramki B2 i stanu niskiego na wyjściu bramki B1. Stan niski na wyjściu bramki B1 wywołuje brak przepływu prądu w obwodzie pierwotnym transoptora TO2, włączenie triaka TR i wyłączenia zasilania odbiornika (brak zasilania na zaciskach WY1 i WY2). W przypadku zwarcia zacisku WY1 z zaciskiem WY2 w obwodzie zwarciowym zawierającym źródło zasilania, triak TR i rezystor pomiarowy RP płynie prąd zwarcia znacznie większy od prądu występującego przy normalnej pracy układu. Duży prąd zwarcia wywołuje powstanie dużego spadku napięcia na rezystorze pomiarowym RP. Większy od znamionowego spadek napięcia na oporniku pomiarowym RP prostowany w mostku zbudowanym z diod D1-D4 powoduje przepływ prądu w obwodzie pierwotnym transoptora TO1, który wywołuje zwarcie wejścia odwracającego, komparatora K, do masy układu. Zwarcie tego wejścia do masy wywołuje zmianę stanu wyjścia komparatora K i zmianę stanu wyjścia bramki B1 z niskiego na wysoki. Stan wysoki bramki B1 wywołuje przepływ prądu w obwodzie pierwotnym transoptora TO2, zwarcie bramki triaka TR z anodą i wyłączenie triaka TR, przy najbliższym przejściu prądu zwarciowego przez zero (prąd zwarciowy jest sinusoidalnie zmienny). Tak więc prąd zwarciowy płynie w obwodzie nie dłużej niż przez połowę okresu czyli w warunkach europejskich nie dłużej niż 10 ms. Ponow

PL 241 700 B1 ne włączenie układu zabezpieczenia zwarciowego jest możliwe po ponownym wciśnięciu przycisku P. Szybkie działanie przedstawionego układu eliminuje cieplne skutki zwarcia występujące w przypadkach zabezpieczenia obwodów przez bezpieczniki topikowe lub elektromagnetyczne. Działanie tego układu jest znacznie szybsze od dotychczasowych zabezpieczeń zarówno w przypadkach zwarć jak i przeciążeń w obwodach elektrycznych prądu zmiennego. Użyty do przerywania przepływu prądu w obwodzie zabezpieczanym triak wytrzymuje duży prąd zwarciowy w okresie 10 ms. Wartość wytrzymywanego przez triak prądu wynika z jego całki cieplnej (jeden z parametrów podawanych dla tyrystorów i triaków) i regułą jest, że wytrzymuje on w czasie 10 ms prąd dziesięciokrotnie większy od prądu znamionowego.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ zabezpieczenia zwarciowego zawierający rezystor pomiarowy (RP), znamienny tym, że rezystor pomiarowy (RP) połączony jest z mostkiem zbudowanym z diod (D1-D4), który przez rezystor (R2) połączony jest z obwodem pierwotnym transoptora (TO1), zaś obwód wtórny transoptora (TO1) połączony jest z wejściem odwracającym komparatora (K), którego wejście nieodwracające połączone jest z potencjometrem (PR), a wyjście komparatora (K) połączone jest z wejściem bramki (B1), której wyjście połączone jest przez rezystor (R3) z obwodem pierwotnym transoptora (TO2), a wyjście transoptora (TO2) połączone jest z bramką triaka (TR).