RU2071570C1 - Method and device for ensuring spark-safety - Google Patents
Method and device for ensuring spark-safety Download PDFInfo
- Publication number
- RU2071570C1 RU2071570C1 RU93007717A RU93007717A RU2071570C1 RU 2071570 C1 RU2071570 C1 RU 2071570C1 RU 93007717 A RU93007717 A RU 93007717A RU 93007717 A RU93007717 A RU 93007717A RU 2071570 C1 RU2071570 C1 RU 2071570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- circuits
- intrinsically safe
- value
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и средствам обеспечения искробезопасности электрических цепей дискретных датчиков в многоканальных информационно-измерительных системах при контроле и сборе информации, поступающей с датчиков, находящихся во взрывоопасных средах предприятий горной, нефтехимической и газовой промышленности. The invention relates to methods and means of ensuring intrinsic safety of electrical circuits of discrete sensors in multichannel information-measuring systems for monitoring and collecting information from sensors located in explosive atmospheres of enterprises of the mining, petrochemical and gas industries.
Известен способ обеспечения искробезопасности электрических цепей, основанный на ограничении параметров в каждой искробезопасной цепи до безопасного уровня, в том числе напряжения до заданного уровня напряжения стабилизации и максимального значения тока, снимаемого с выхода источника питания, путем установки ограничительного сопротивления, задающего ток как через стабилитрон, так и пороговое значение тока в искробезопасной цепи в момент ее коммутации [1]
При этом при отсутствии коммутации или тока нагрузки в искробезопасной цепи вся выходная мощность источника питания будет прикладываться к стабилитрону, а увеличение количества искробезопасных цепей или тока нагрузки в n-раз в данном способе приводит к увеличению количества ограничивающих элементов для каждой цепи в n-раз как по току, так и по напряжению, так как уменьшение величины общего ограничивающего сопротивления в n-раз ведет к чрезмерному потреблению мощности источника питания при отсутствии коммутации в искробезопасных цепях за счет увеличения тока через стабилитрон и может привести к аварийным режимам при превышении величины тока в одной из искробезопасных цепей более максимального значения в момент ее коммутации.There is a method of ensuring intrinsic safety of electrical circuits, based on the limitation of the parameters in each intrinsically safe circuit to a safe level, including voltage to a given level of stabilization voltage and the maximum current taken from the output of the power source, by setting a limiting resistance that sets the current through the zener diode, and the threshold value of the current in the intrinsically safe circuit at the time of its switching [1]
In this case, if there is no switching or load current in the intrinsically safe circuit, the entire output power of the power source will be applied to the zener diode, and an increase in the number of intrinsically safe circuits or the load current by n times in this method leads to an increase in the number of limiting elements for each circuit by n times current and voltage, since a decrease in the total limiting resistance by an factor of n leads to excessive power consumption of the power source in the absence of switching in intrinsically safe circuits and due to the increase in current through the zener diode, it can lead to emergency conditions when the current in one of the intrinsically safe circuits exceeds the maximum value at the time of its switching.
Известен способ обеспечения искробезопасности, основанный на определении параметров искробезопасных цепей, сравнении этих параметров с эталонными значениями и в случае превышения параметрами цепи эталонных значений формировании сигнала на отключение источника питания, где в качестве эталонного значения используют сдвиг фаз между током и напряжением при номинальном режиме и сравнивают его с контролируемым значением сдвига фаз при изменении параметров в данной искробезопасной цепи при наличии в ней индуктивной нагрузки [2]
В данном способе пропорционально росту тока при наличии индуктивной нагрузки увеличивается величина сдвига фаз между током и напряжением, а в искробезопасных цепях с чисто активным сопротивлением сдвиг фаз между током и напряжением практически равен нулю.There is a method of ensuring intrinsic safety, based on determining the parameters of intrinsically safe circuits, comparing these parameters with reference values and if the circuit parameters exceed the reference values for generating a signal to turn off the power source, where the phase shift between current and voltage is used as a reference value in nominal mode and compare it with a controlled value of the phase shift when changing the parameters in this intrinsically safe circuit in the presence of inductive load in it [2]
In this method, in proportion to the increase in current in the presence of an inductive load, the magnitude of the phase shift between the current and voltage increases, and in intrinsically safe circuits with a purely active resistance, the phase shift between the current and voltage is practically zero.
Известно устройство обеспечения искробезопасности, содержащее трансформатор, соединенный выводами вторичной обмотки с входами выпрямительного моста, отрицательный выход которого подключен к датчику начала коммутации, к катоду светодиода тиристорного оптрона, к аноду первого стабилитрона и к отрицательному выводу первого конденсатора, положительный вывод которого соединен с катодом первого диода и с одним из выводов ограничительного резистора, второй вывод которого подключен к катоду второго стабилитрона и к первому выводу нагрузки, соединенной вторым выводом через первый транзисторный ключ со вторым выводом датчика начала коммутации, с анодом светодиода тиристорного оптрона и с катодом первого стабилитрона. Кроме этого, известное устройство содержит: два диода, второй конденсатор, второй транзисторный ключ, два резистора, тиристор, импульсный трансформатор и линию связи, подключенную выводами к выводам нагрузки [3]
Во время приема сигнала с линии связи в известном устройстве первый транзисторный ключ открыт, оба конденсатора заряжены до напряжения питания источника через первый и второй разделительные диоды, при этом через ограничительный резистор, линию связи и датчик начала коммутации течет ток нагрузки, значение которого сравнивается с заданным напряжением первого стабилитрона, подключенного параллельно датчику.A device for ensuring intrinsic safety is known, comprising a transformer connected to the terminals of the secondary winding with the inputs of the rectifier bridge, the negative output of which is connected to the sensor of the beginning of switching, to the cathode of the LED of the thyristor optocoupler, to the anode of the first zener diode and to the negative terminal of the first capacitor, the positive terminal of which is connected to the cathode of the first diode and with one of the terminals of the limiting resistor, the second terminal of which is connected to the cathode of the second zener diode and to the first terminal of the load Connected to the second terminal via the first transistor switch to the second terminal of the sensor starts switching thyristor to the anode of the LED of the optocoupler and to the cathode of the first zener diode. In addition, the known device contains: two diodes, a second capacitor, a second transistor switch, two resistors, a thyristor, a pulse transformer and a communication line connected by terminals to the terminals of the load [3]
When a signal is received from a communication line in a known device, the first transistor switch is open, both capacitors are charged to the source voltage through the first and second isolation diodes, while a load current flows through a limiting resistor, a communication line, and a switching start sensor, the value of which is compared with the set value voltage of the first zener diode connected in parallel with the sensor.
При возникновении короткого замыкания в линии связи искробезопасной цепи сигналом, сформированным датчиком начала коммутации, открывается второй транзисторный ключ, который шунтирует напряжение первого конденсатора, в то же время закрывается первый транзисторный ключ и напряжение с выхода второго конденсатора обратной полярности через второй ключ и тиристор прикладывается к линии связи. В результате происходит гашение разряда в линии связи. When a short circuit occurs in the communication line of the intrinsically safe circuit, the signal generated by the switch start sensor opens the second transistor switch, which shunts the voltage of the first capacitor, at the same time closes the first transistor switch and the voltage from the output of the second capacitor of the opposite polarity through the second switch and the thyristor is applied to communication lines. As a result, the discharge is quenched in the communication line.
Недостатки известных способа-прототипа и устройства-прототипа заключаются в том, что контроль параметров производится для одной отдельно взятой искробезопасной цепи в номинальном режиме потребления тока в этой цепи, что связано с потреблением мощности источника питания в данный момент, а при коммутации этой искробезопасной цепи, то есть в режиме короткого замыкания в линии связи, когда контролируемые параметры этой цепи по значению превышают эталонное или заданное значение, происходит отключение источника питания от искробезопасной цепи с задержкой на снижение контролируемых параметров до безопасного уровня в способе-прототипе или разряда накопленной источником питания энергии до нулевого уровня на входе искробезопасной цепи в устройстве-прототипе. The disadvantages of the known prototype method and prototype device are that the parameters are monitored for one individual intrinsically safe circuit in the nominal current consumption mode in this circuit, which is associated with the power consumption of the power source at the moment, and when switching this intrinsically safe circuit, that is, in the short circuit mode in the communication line, when the controlled parameters of this circuit exceed the reference or set value by value, the power source is disconnected from the intrinsically safe enu delayed by lowering the monitored parameters to a safe level in the prototype method or discharging accumulated energy source supply to zero at the input of the intrinsically safe circuit in the prior art device.
Отключение источника питания от искробезопасных цепей в момент их коммутации приводит к потере информации, поступающей с дискретных датчиков, на время отсутствия напряжения питания. Disconnecting the power source from intrinsically safe circuits at the time of their switching leads to the loss of information coming from discrete sensors for the period of lack of supply voltage.
Следует заметить, что данные способ и устройство предусматривают контроль параметров только одной искробезопасной цепи, а увеличение количества цепей в n-раз к увеличению аппаратурных затрат также в n-раз. Кроме этого, для дискретного датчика информационным сигналом является короткое замыкание его контактами искробезопасной цепи. It should be noted that these method and device provide for the control of parameters of only one intrinsically safe circuit, and an increase in the number of circuits n-times to an increase in hardware costs also n-times. In addition, for a discrete sensor, the information signal is a short circuit by its contacts of an intrinsically safe circuit.
Следовательно, контролируемыми параметрами на входах каждой искробезопасной цепи являются напряжение холостого хода при отсутствии коммутации или сигнала в этой цепи и ток короткого замыкания в линии связи с дискретным датчиком в момент коммутации данной искробезопасной цепи при наличии сигнала. Therefore, the controlled parameters at the inputs of each intrinsically safe circuit are the open circuit voltage in the absence of switching or a signal in this circuit and the short circuit current in the communication line with a discrete sensor at the time of switching this intrinsically safe circuit in the presence of a signal.
При многоканальном методе сбора информации, поступающей с выходов n датчиков, выходная мощность источника питания должна обеспечивать номинальный режим коммутации всех n искробезопасных цепей с учетом длины линии связи с датчиками. With the multichannel method of collecting information from the outputs of n sensors, the output power of the power source must provide a nominal switching mode for all n intrinsically safe circuits, taking into account the length of the communication line with the sensors.
В то же время в процессе коммутации искробезопасных цепей ток в каждой из них не должен превышать предельных значений, а уровень напряжения на входе каждой из них в момент отсутствия коммутации не должен превышать допустимых величин. At the same time, during the switching of intrinsically safe circuits, the current in each of them should not exceed the limit values, and the voltage level at the input of each of them at the time of no switching should not exceed the permissible values.
Предлагаемые способ и устройство направлены на обеспечение искробезопасности электрических цепей связи с дискретными датчиками, а осуществление изобретения позволит снизить потребляемую мощность в момент отсутствия коммутации искробезопасных цепей и исключить потери информации при коммутации n искробезопасных цепей контактами датчиков за счет регулирования выходной мощности источника в зависимости от изменения тока нагрузки в этих цепях. The proposed method and device is aimed at ensuring intrinsic safety of electrical communication circuits with discrete sensors, and the implementation of the invention will reduce power consumption when there is no switching of intrinsically safe circuits and eliminate information loss when switching n intrinsically safe circuits by sensor contacts by adjusting the output power of the source depending on current changes load in these circuits.
Снижение потребляемой мощности в момент отсутствия коммутации и исключение потерь информации при коммутации n искробезопасных цепей достигается тем, что в способе обеспечения искробезопасности, основанном на определении параметров искробезопасных цепей, сравнении их с эталонным значением и в момент сравнения параметров этих цепей эталонного значения формировании сигнала управления выходной мощностью источника питания, при отсутствии коммутации в искробезопасных цепях накопление напряжения источника питания производят с выхода основной обмотки трансформатора путем однополупериодного выпрямления фазного напряжения в течении первого полупериода, момент поступления сигнала с одного или одновременно с n датчиков на входы этих цепей контролируют датчиком начала коммутации, через который напряжение источника питания подают на коммутируемые в данный момент искробезопасные цепи, а также на генератор пилообразного напряжения и схему сравнения с управляемым выпрямителем на выходе, ограничивая его величину до заданного уровня напряжения стабилизации, при этом суммарное значение тока нагрузки, пропорциональное количеству коммутируемых в данный момент искробезопасных цепей, определяют по величине падения напряжения на измерительном резисторе, подключенном через стабилитрон на один из входов схемы сравнения, на второй вход которой подают линейное пилообразное напряжение, формируемое сигналом с выхода дополнительной обмотки трансформатора в течение второго полупериода фазного напряжения с амплитудным значением, равным уровню напряжения питания, при этом если величина падения напряжения на этом резисторе менее установленного значения напряжения стабилитрона на входе схемы сравнения напряжение питания источника формируют однополупериодным выпрямлением фазного напряжения в течение первого полупериода, а в момент превышения контролируемым параметром установленного значения производят сравнение этого параметра с эталонным значением, в качестве которого используют линейное пилообразное напряжение, подаваемое на второй вход схемы сравнения и при сравнении контролируемого параметра с эталонным значением формируют сигнал включения управляемого выпрямителя, при этом накопленное в течение первого полупериода выходное напряжение источника дополняют импульсами фазного напряжения с выхода дополнительной обмотки трансформатора, соединенной последовательно с основной обмоткой, в течение второго полупериода, а длительность этих импульсов формируют в зависимости от величины мгновенного значения суммарного тока нагрузки в коммутируемых искробезопасных цепях с момента сравнения контролируемого параметра с эталонным значением до момента перехода входного напряжения во втором полупериоде через нулевое значение. Reducing power consumption at the time of no switching and eliminating information loss when switching n intrinsically safe circuits is achieved by the fact that in a method of ensuring intrinsic safety based on determining the parameters of intrinsically safe circuits, comparing them with a reference value and generating a control signal power supply, in the absence of switching in intrinsically safe circuits, the voltage of the power source is accumulated from the output of the a new transformer winding by half-wave rectification of the phase voltage during the first half-cycle, the moment the signal arrives from one or simultaneously from n sensors at the inputs of these circuits is controlled by a switching start sensor, through which the voltage of the power source is supplied to the currently switched spark-safe circuits, as well as to the generator sawtooth voltage and a comparison circuit with a controlled rectifier at the output, limiting its value to a given level of stabilization voltage, while the total The th value of the load current, which is proportional to the number of spark-safe circuits currently switched, is determined by the voltage drop across the measuring resistor connected through a zener diode to one of the inputs of the comparison circuit, to the second input of which a linear sawtooth voltage is generated, which is generated by the signal from the output of the additional transformer winding to the flow of the second half-cycle of the phase voltage with an amplitude value equal to the level of the supply voltage, while if the magnitude of the voltage drop at this p a resistor of less than the set value of the zener diode voltage at the input of the comparison circuit, the supply voltage of the source is formed by half-wave rectification of the phase voltage during the first half-cycle, and when the controlled parameter exceeds the set value, this parameter is compared with the reference value, which uses a linear sawtooth voltage supplied to the second the input of the comparison circuit and when comparing the controlled parameter with the reference value, a signal is generated on of the controlled rectifier, while the source voltage accumulated during the first half-cycle is supplemented by phase voltage pulses from the output of the transformer additional winding connected in series with the main winding during the second half-cycle, and the duration of these pulses is formed depending on the value of the instantaneous value of the total load current in switched intrinsically safe circuits from the moment the controlled parameter is compared with the reference value until the input voltage zheniya in the second half-cycle through zero.
Снизить потребляемую мощность в момент отсутствия коммутации и исключить потери информации при коммутации n искробезопасных цепей можно также тем, что в устройство обеспечения искробезопасности, содержащее трансформатор с основной обмоткой питания искробезопасных цепей, выпрямительный диод, датчик начала коммутации, два диода, тиристорный оптрон, стабилитрон и ограничительный резистор, соединенный одним из выводов с положительным выводом конденсатора, отрицательный вывод которого подключен к аноду второго стабилитрона, введены второй ограничительный резистор, измерительный резистор, схема сравнения, управляемый выпрямитель на втором тиристором оптроне и генератор пилообразного напряжения, включающий интегрирующий конденсатор на входе и инвертор на транзистором ключе на выходе, а также n искробезопасных цепей связи с контактными датчиками, составляющих ячейку, в каждую из которых включены диод со стороны искробезопасного входа и транзистора оптопара со стороны искроопасного выхода, а также ограничительный резистор, при этом датчик начала коммутации выполнен на первом тиристорном оптроне, выпрямитель выполнен по однотактной схеме выпрямления, в плечи которого включены выпрямительный диод и фототиристор управляемого выпрямителя на втором тиристорном оптроне, а в трансформатор источника включена дополнительная обмотка питания, последовательно соединенная с его основной обмоткой питания, общий вывод которых соединен с анодами первого дополнительного диода и второго стабилитрона, с первыми выводами измерительного резистора и интегрирующего конденсатора, с общими вводами напряжения питания инвертора генератора пилообразного напряжения и схемы сравнения, а также с отрицательным выводом первого конденсатора, положительный вывод которого подключен к катодам выпрямительного диода и фототиристора управляемого выпрямителя на первом тиристорном оптроне, аноды которых соединены с другими выводами соответственно основной и дополнительной обмоток трансформатора, кроме этого, вывод дополнительной обмотки трансформатора через второй ограничительный резистор подключен к катодам первого и второго дополнительных диодов, анод последнего из которых соединен со вторым выводом интегрирующего конденсатора и одним из выводов делителя на входе инвертора генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход схемы сравнения соединен с анодом первого стабилитрона, катод которого подключен к второму выводу измерительного резистора и к объединенным между собой выводам ограничительных резисторов всех ячеек искробезопасных цепей, другой вывод каждого из которых подключен к катоду светодиода транзисторной оптопары соответствующей ячейки искробезопасной цепи, второй вывод первого ограничительного резистора подключен к анодам светодиода и фоторезистора датчика начала коммутации на первом тиристорном оптроне, катод фототиристора которого соединен с катодом второго стабилитрона, с анодом светодиода управляемого выпрямителя на втором тиристорном оптроне, с другим выводом делителя на входе инвертора генератора пилообразного напряжения, с положительными вводами напряжения питания инвертора и схемы сравнения, выход которой подключен к катоду светодиода управляемого выпрямителя на втором тиристорном оптроне, при этом катод светодиода датчика начала коммутации на первом тиристорном оптроне подключен к входам контактных датчиков всех искробезопасных цепей, а выход датчика каждой искробезопасной цепи через диод соединен с анодом светодиода транзисторной оптроны данной цепи. It is also possible to reduce the power consumption at the moment of no switching and to prevent information loss when switching n intrinsically safe circuits by the fact that an intrinsically safe device contains a transformer with a main winding supplying intrinsically safe circuits, a rectifier diode, a switch-on sensor, two diodes, a thyristor optocoupler, a zener diode and a limiting resistor connected to one of the terminals with a positive terminal of the capacitor, the negative terminal of which is connected to the anode of the second zener diode, oh limiting resistor, measuring resistor, comparison circuit, controlled rectifier on the second thyristor optocoupler and sawtooth voltage generator, including an integrating capacitor at the input and an inverter at the transistor key at the output, as well as n intrinsically safe communication circuits with contact sensors that make up the cell to each which include a diode on the side of the intrinsically safe input and a transistor of the optocoupler on the side of the spark-hazardous output, as well as a limiting resistor, while the switch start sensor is made on the first thyristor optocoupler, the rectifier is made according to a single-cycle rectification circuit, the rectifier diode and the photo-thyristor of the controlled rectifier on the second thyristor optocoupler are included in the shoulders, and an additional power winding connected in series with its main power winding is connected to the source transformer, the common terminal of which is connected to the anodes of the first an additional diode and a second zener diode, with the first findings of a measuring resistor and an integrating capacitor, with common inputs of the supply voltage the inverter of the sawtooth generator and the comparison circuit, as well as with the negative terminal of the first capacitor, the positive terminal of which is connected to the cathodes of the rectifier diode and the thyristor of the controlled rectifier on the first thyristor optocoupler, the anodes of which are connected to other terminals of the main and additional transformer windings, respectively, in addition additional transformer winding through the second limiting resistor is connected to the cathodes of the first and second additional diodes, the anode pos ice of which is connected to the second terminal of the integrating capacitor and one of the terminals of the divider at the inverter input of a sawtooth voltage generator, the output of which is connected to the first input of the comparison circuit, the second input of the comparison circuit is connected to the anode of the first zener diode, the cathode of which is connected to the second terminal of the measuring resistor and to interconnected conclusions of the limiting resistors of all cells of intrinsically safe circuits, the other output of each of which is connected to the cathode of the LED of the transistor optocoupler with of the corresponding cell of the intrinsically safe circuit, the second terminal of the first limiting resistor is connected to the anodes of the LED and the photoresistor of the switching start sensor at the first thyristor optocoupler, the cathode of the thyristor of which is connected to the cathode of the second zener diode, with the anode of the LED rectifier at the second thyristor optocoupler, with another output of the divider at the inverter input a sawtooth voltage generator, with positive inputs of the inverter supply voltage and a comparison circuit, the output of which is connected to the LED cathode ode control rectifier in the second optocoupler thyristor, wherein the cathode of the LED sensor to start switching thyristor first optocoupler connected to the inputs of all the contact sensors of intrinsically safe circuits and the output of each sensor intrinsically safe circuit through a diode connected to the anode of the LED of the opto transistor circuit.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 диаграммы, поясняющие работу предлагаемого изобретения. Figure 1 shows a functional diagram of a device that implements the proposed method; figure 2 diagrams explaining the operation of the invention.
Устройство содержит трансформатор 1, выпрямительный диод 2, конденсатор 3, ограничительные резисторы 4, 5, датчик начала коммутации на первом тиристорном оптроне 6, второй стабилитрон 7, диодный коммутатор на диодах 8 и 9, генератор пилообразного напряжения (ГПН) 10, включающий интегрирующий конденсатор 11 на входе и транзисторный ключ инвертора 12 на выходе, схему сравнения 13, управляемый выпрямитель на втором тиристорном оптроне 14, первый стабилитрон 15, измерительный резистор 16 и n искробезопасных цепей, ячейки 17, каждая из которых содержит диод 18, транзисторную оптопару 19 и ограничительный резистор 20, которые имеют входные клеммы 24, 25 для подключения контактных датчиков и выходные клеммы 26, 27 для передачи информационных сигналов на внешние устройства, находящиеся во взрывоопасных зонах. The device comprises a
При этом выводы вторичных обмоток трансформатора 1 через выпрямительный диод 2 и фототиристор второго тиристорного оптрона 14 управляемого выпрямителя соединены с первым выводом ограничительного резистора 4 и с положительным выводом конденсатора 3, отрицательный вывод которого подключен к общему выводу этих обмоток, к анодам второго стабилитрона 7 и диода 8, к первым выводам измерительного резистора 16 и интегрирующего конденсатора 11 генератора пилообразного напряжения 10, а также к общим входам питания этого генератора 10 и схемы сравнения 13, положительные выводы питания которых соединены с катодами второго стабилитрона 7 и фототиристора датчика начала коммутации на первом тиристорном оптроне 6 и с анодом светодиода управляемого выпрямителя на втором тиристорном оптроне 14, катод которого подключен к выходу схемы сравнения 13, а второй вывод ограничительного резистора 4 соединен с анодами фототиристора и светодиода первого тиристорного оптрона 6 датчика начала коммутации, катод светодиода которого подключен к общему входу датчиков, клеммы 24 всех ячеек 17, при этом выход каждого из датчиков, клемма 25 ячейки 17, через диод 18, соединен с анодом светодиода транзисторной оптопары 19 соответствующей ячейки 17 искробезопасных цепей, катод которой подключен к первому выводу ограничительного резистора 20 данной ячейки 17, а вторые выводы ограничительных резисторов 20 всех ячеек 17 соединены между собой и подключены к второму выводу измерительного резистора 16 и к катоду первого стабилитрона 15, анод которого соединен со вторым входом схемы сравнения 13, первый вход которой подключен к выходу инвертора 12 генератора пилообразного напряжения 10, вход которого через делитель, резистор 22 соединен со вторым выводом интегрирующего конденсатора 11 этого генератора и с анодом диода 9, а катоды диодов 8 и 9 через ограничительный резистор 5 подключены к выводу дополнительной обмотки трансформатора 1. The conclusions of the secondary windings of the
Устройство обеспечения искробезопасности в соответствии с предлагаемым способом работает следующим образом. При отсутствии сигналов на входах искробезопасных цепей происходит накопление импульсов напряжения на накопительном конденсаторе 3, при однополупериодном выпрямлении через диод 2 фазного напряжения в течении первого полупериода с выхода основной обмотки трансформатора 1 (фиг.2, поз.1). The intrinsic safety device in accordance with the proposed method works as follows. In the absence of signals at the inputs of intrinsically safe circuits, voltage pulses accumulate at the
Когда на входах искробезопасных цепей ячеек 17 отсутствуют сигналы с датчиков и коммутации в этих цепях нет, ток нагрузки источника питания равен нулю и напряжения на конденсаторе 3 равно напряжению холостого хода источника в соответствии с выражением:
где U3 напряжение, накопленное на конденсаторе 3;
Uф действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора 1;
p отношение угловой частоты к периоду колебания синусоидального тока.When at the inputs of the intrinsically safe circuits of the cells 17 there are no signals from the sensors and there is no switching in these circuits, the load current of the power source is zero and the voltage across the
where U 3 the voltage stored on the
U f the actual value of the phase voltage on the secondary winding of the
p the ratio of the angular frequency to the period of oscillation of the sinusoidal current.
В момент замыкания контактов датчиков на входах искробезопасных цепей, клеммы 24, 25 ячеек 17, возникает ток нагрузки, который проходя через светодиод первого тиристорного оптрона 6 датчика начала коммутации в прямом направлении, зажигает его. При этом через открытый фототиристор этого оптрона 6 к выходу источника питания, конденсатор 3, подключаются стабилитрон 7, ГПН 10 и схема сравнения 13. At the moment of closing the contacts of the sensors at the inputs of intrinsically safe circuits, terminals 24, 25 of the cells 17, a load current arises, which, passing through the LED of the
Величина напряжения питания в этом случае устанавливается для ГПН 10 и схемы сравнения 13 равная напряжению стабилизации стабилитрона 7, а на входе искробезопасных цепей ячеек 17 на уровне, равном:
U17=U6+U7, (2)
где U17 напряжение на входе искробезопасных цепей ячеек 17;
U6 прямое падение напряжения на фототиристоре оптрона 6;
U7 напряжение стабилизации стабилитрона 7.The value of the supply voltage in this case is set for
U17 = U6 + U7, (2)
where U17 is the voltage at the input of intrinsically safe circuits of cells 17;
U6 direct voltage drop on the photothyristor of the
U7 stabilization voltage of the
В первый полупериод изменения фазного напряжения на выходе дополнительной обмотки трансформатора 1 источника питания формируется напряжение отрицательной полярности, при этом возникает ток, который через ограничительный резистор 5, диод 9 и делитель на резисторах 21, 22 поступает на базу транзисторного ключа инвертора 12 ГПН 10, открывая его. In the first half-cycle of the phase voltage change at the output of the additional winding of the
Интегрирующий конденсатор 11 на входе инвертора 12 в этот момент разряжен. При переходе фазного напряжения на выходе дополнительной обмотки трансформатора 1 во второй полупериод на входе диодного коммутатора, диоды 8 и 9, возникает напряжение положительной полярности. При этом диоды 8, 9 закрываются и током, протекаемым через делитель на резисторах 21, 22, происходит линейный заряд интегрирующего конденсатора 11 от напряжения питания генератора (фиг.2, поз.3). The integrating capacitor 11 at the input of the inverter 12 is discharged at this moment. With the transition of the phase voltage at the output of the additional winding of the
Положительным напряжением, линейно нарастающим на конденсаторе 11, транзистор инвертора 12 закрывается и на выходе ГПН 10 в этот полупериод формируется пилообразное напряжение обратное по направлению входному (фиг.2, поз. 4). Positive voltage, linearly increasing on the capacitor 11, the transistor of the inverter 12 is closed and at the output of the
Формирование сигнала на выходе ГПН 10 заканчивается в момент перехода фазного напряжения на дополнительной обмотке трансформатора 1 через нулевое значение. The signal formation at the output of the
В этот момент диоды 8,9 открываются и интегрирующий конденсатор 11 через диод 9 и ограничительный резистор 5 разряжается на дополнительную обмотку. Так как транзистор инвертора 12 закрывается полностью в конце второго полупериода, амплитуда сигнала на выходе ГПН 10 равна напряжению питания ГПН за вычетом падения напряжения на этом транзисторе. At this moment, the diodes 8.9 open and the integrating capacitor 11 through the diode 9 and the limiting
Все ячейки 17 искробезопасных цепей подключены параллельно через светодиод первого тиристорного оптрона 6 датчика начала коммутации и ограничительный резистор 4 к выходу источника, конденсатор 3, по входу напряжения питания, а выходы этих цепей, выводы всех резисторов 20 данных ячеек 17, соединены между собой и подключены к измерительному резистору 16. Величина падения напряжения от суммарного тока, протекающего через измерительный резистор 16 в момент коммутации искробезопасных цепей, пропорциональна количеству коммутируемых цепей. All cells 17 of intrinsically safe circuits are connected in parallel through the LED of the
С увеличением этого напряжения выше установленного напряжения стабилизации первого стабилитрона 15, последний открывается и сигнал с измерительного резистора 16 поступает через него на второй вход схемы сравнения 13. При этом происходит сравнение этого сигнала с сигналом пилообразного напряжения на выходе ГПН 10. With an increase in this voltage above the set stabilization voltage of the
В момент сравнения данных сигналов на выходе схемы сравнения 13 формируется токовый сигнал, который, проходя через светодиод второго тиристорного оптрона 14 управляемого выпрямителя, зажигает его. At the time of comparing these signals, a current signal is generated at the output of the comparison circuit 13, which, passing through the LED of the
В этот же момент через открытый фототиристор этого оптрона 14 поступают положительные импульсы фазного напряжения, возникающие на выходе дополнительной обмотки трансформатора 1 в течение второго полупериода (фиг.2, поз. 1). Длительность этих импульсов определяется уровнем сигнала, снимаемого с измерительного резистора 16, от момента сравнения его с сигналом на выходе ГПН 10 до момента перехода фазного напряжения через нулевое значение в конце второго полупериода (фиг.2, поз.6). At the same time, through the open photothyristor of this
С этого момента напряжение на конденсаторе 3 источника питания меняется пропорционально току нагрузки или количеству одновременно коммутируемых ячеек 17 искробезопасных цепей в данный момент. From this moment, the voltage across the
Значение тока при коммутации искробезопасных цепей ячеек 17 определяется выражением:
где ∑I1 суммарное значение тока через ячейки 17 в момент коммутации искробезопасных цепей;
U18, U19 величина падения напряжения на диоде 18 и светодиоде транзисторной оптопары 19 ячейки 17;
R16, R20 величина сопротивления резисторов соответственно 16 и 20;
n количество коммутируемых цепей в ячейках 17 в данный момент.The current value when switching intrinsically safe circuits of cells 17 is determined by the expression:
where ∑I 1 is the total value of the current through the cells 17 at the time of switching of intrinsically safe circuits;
U18, U19 the magnitude of the voltage drop across the diode 18 and the LED of the transistor optocoupler 19 of the cell 17;
R16, R20 the resistance value of the resistors respectively 16 and 20;
n the number of switched circuits in cells 17 at the moment.
Величина падения напряжения на измерительном резисторе 16 равна:
U16 Ii•R16 (4)
Напряжение стабилизации первого стабилитрона 15 выбирается из выражения:
где U15 напряжение стабилизации стабилитрона 15;
U16макс, U16мин величина падения напряжения на резисторе 16 соответственно при максимальном и минимальном количестве коммутируемых цепей ячеек 17.The magnitude of the voltage drop across the measuring resistor 16 is equal to:
U16 Ii • R16 (4)
The stabilization voltage of the
where U15 voltage stabilization of the
U16max, U16min the voltage drop across the resistor 16, respectively, with the maximum and minimum number of switched circuits of cells 17.
При этом для n-коммутируемых цепей, суммарный ток которых создает падение напряжения на резисторе 16 меньшее, чем напряжение стабилизации стабилитрона 15, его значение определяется по выражению (3), а если больше установленного значения, то по выражению:
где U15 напряжение стабилизации стабилитрона 15;
U13 напряжение падения на входе схемы сравнения 13;
R13 входное сопротивление схемы сравнения 13.Moreover, for n-switched circuits, the total current of which creates a voltage drop across the resistor 16 less than the stabilization voltage of the
where U15 voltage stabilization of the
U13 voltage drop at the input of the comparison circuit 13;
R13 input impedance of the comparison circuit 13.
Отсюда выходное напряжение на конденсаторе 3 при n минимальном для источника с однополупериодным выпрямлением в течении первого полупериода определяется в соответствии с выражением:
где Ri внутреннее сопротивление источника питания, включающий сопротивления трансформатора 1 и диода 2;
I7 значение тока через второй стабилитрон 7;
I10, I13 токи потребления соответственно ГПН 10 и схемы сравнения 13.Hence the output voltage on the
where Ri is the internal resistance of the power source, including the resistance of the
I7 current value through the
I10, I13 consumption currents respectively GPN 10 and comparison circuit 13.
Напряжение на конденсаторе 3 при двухполупериодном выпрямлении будет зависеть от угла открывания управляемого выпрямителя на фототиристоре второго тиристорного оптрона 14 во втором полупериоде и определяется выражением:
где j угол открывания управляемого выпрямителя 14, равный длительности импульса управления на выходе схемы сравнения 13.The voltage across the
where j is the opening angle of the controlled
В известном способе и устройстве в момент коммутации происходит отключение источника питания от линии связи с датчиками. In the known method and device at the time of switching, the power source is disconnected from the communication line with the sensors.
В предлагаемом способе и устройстве в момент присутствия сигналов с датчиков, т.е. в момент коммутации, происходит обратный процесс накопление выходного напряжения источника на конденсаторе 3 при росте количества коммутируемых контактами датчиков искробезопасных цепей ячеек 17. Это обеспечивает номинальный режим по току во всех коммутируемых цепях независимо от их количества на протяжении всего процесса коммутации и способствует уверенному приему информации от n-количества дискретных датчиков с учетом длины линии связи с ними. Кроме этого, для многоканальных систем контроля информации с дискретных датчиков присутствие сигналов на входах носит хаотический характер как по частоте, так и по длительности их прихода, что приводит к резкому изменению нагрузки на выходе источника, а следовательно и уровня напряжения на конденсаторе 3. В предлагаемом способе и устройстве предусмотрен автоматический контроль тока нагрузки в коммутиpуемых цепях по мгновенному значению суммарного тока на их выходах и компенсация выходной мощности источника при превышении его значения выше установленного в течение второго полупериода изменения фазного напряжения регулируемыми дозами, пропорциональными по длительности росту количества сигналов на входах в данный момент. Контроль процесса коммутации цепей по входам и регулирование выходной мощности источника производится с помощью быстродействующих тиристорных оптопар. Все это позволит исключить потери информации при обслуживании n-количества датчиков одним устройством. Использование предлагаемого изобретения позволит, кроме этого, сэкономить электроэнергию за счет потребления мощности источника питания только при наличии сигналов с датчиков на его входах. In the proposed method and device at the time of the presence of signals from sensors, i.e. at the time of switching, the reverse process of accumulating the output voltage of the source on the
На фиг. 2 (кривая 2) изображена зависимость тока нагрузки источника в предлагаемом устройстве при наличии сигналов с n датчиков на входах. Эта зависимость носит строго нелинейный характер, а с ростом числа коммутируемых цепей эта нелинейность возрастает, что способствует оптимальному режиму работы источника питания. In FIG. 2 (curve 2) shows the dependence of the load current of the source in the proposed device in the presence of signals from n sensors at the inputs. This dependence is strictly nonlinear in nature, and with an increase in the number of switched circuits, this nonlinearity increases, which contributes to the optimal operation of the power source.
В известных способе и устройстве с увеличением количества линий связи с датчиками ток нагрузки источника изменяется почти линейно (фиг.2, кривая 1). In the known method and device with an increase in the number of communication lines with sensors, the load current of the source changes almost linearly (Fig. 2, curve 1).
Обеспечение искробезопасности электрических цепей датчиков осуществляется за счет поддержания стабилизированного уровня напряжения питания на входах искробезопасных цепей и номинального значения тока в этих цепях независимо от количества сигналов на входах. The intrinsic safety of the sensor electrical circuits is ensured by maintaining a stable level of supply voltage at the inputs of intrinsically safe circuits and the rated current value in these circuits, regardless of the number of signals at the inputs.
Напряжение на входах искробезопасных цепей предлагаемого устройства не превышает 12 В при токе через контакты каждого из n-датчиков не более 11 мА, что в соответствии с требованиями ГОСТ 22782.5-78 не превышает предельных значений для работы электроаппаратов с повышенной надежностью против взрыва в условиях водородо-воздушной смеси. The voltage at the inputs of the intrinsically safe circuits of the proposed device does not exceed 12 V at a current through the contacts of each of the n-sensors no more than 11 mA, which in accordance with the requirements of GOST 22782.5-78 does not exceed the limit values for the operation of electric devices with increased reliability against explosion in conditions of hydrogen air mixture.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93007717A RU2071570C1 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Method and device for ensuring spark-safety |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93007717A RU2071570C1 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Method and device for ensuring spark-safety |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93007717A RU93007717A (en) | 1996-10-10 |
| RU2071570C1 true RU2071570C1 (en) | 1997-01-10 |
Family
ID=20137002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93007717A RU2071570C1 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Method and device for ensuring spark-safety |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2071570C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109144021A (en) * | 2017-06-15 | 2019-01-04 | 西安中车永电捷通电气有限公司 | The pilot system and method for subway subordinate inverter |
-
1993
- 1993-02-08 RU RU93007717A patent/RU2071570C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. Выпуск 4, гл. 2. - М.: ВНИИОЭНГ, 1983, с.18. 2. Авторское свидетельство СССР N 1096376, кл. E 21F 9/00, 1984. 3. Авторское свидетельство СССР N 1467215, кл. E 21F 9/00, 1989. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109144021A (en) * | 2017-06-15 | 2019-01-04 | 西安中车永电捷通电气有限公司 | The pilot system and method for subway subordinate inverter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4042871A (en) | Conversion system with overcurrent protection and start-up circuitry | |
| RU2071570C1 (en) | Method and device for ensuring spark-safety | |
| CN209844857U (en) | High-energy electron linear accelerator pulse modulator | |
| US4924369A (en) | Regulated blocking converter wherein switch conduction time increases with higher output voltages | |
| SU1725344A1 (en) | Controlled ac/ac voltage converter | |
| SU723740A1 (en) | Thyristorized voltage stabilizer | |
| RU2109394C1 (en) | Quasi-resonance constant voltage converter with switching- over under zero voltage | |
| SU1263349A1 (en) | Apparatus for controlling reversing power supply source of electric precipitator | |
| SU1679583A1 (en) | Device for three-phase thyristor converter controlling | |
| CN108880522B (en) | Silicon controlled trigger circuit | |
| SU1753558A1 (en) | Ac/ac controlled voltage converter | |
| SU1293781A1 (en) | Device for arc welding | |
| SU1422330A1 (en) | A.c. to d.c. voltage converter | |
| SU1060710A2 (en) | Device for supplying electroplating baths with cyclic current with backward pulse | |
| SU955437A1 (en) | Voltage effective value converter | |
| SU1334316A1 (en) | Device for controlling rectifier with artificial commutation | |
| SU1644323A1 (en) | Controlled ac-to-ac voltage converter | |
| SU570152A1 (en) | Device for charging accumulator battery with asymmetric current | |
| SU951457A1 (en) | Device for switching contactor with coil operational current stabilization | |
| SU1706795A1 (en) | Welding arrangement | |
| SU1365300A1 (en) | A.c. to d.c. voltage converter | |
| SU1345297A1 (en) | A.c. to d.c.voltage converter | |
| SU599713A1 (en) | Logic circuit block of device for pulse control of high-voltage gates of m-phase cascade-bridge transducer | |
| SU1083307A1 (en) | Device for control of motor | |
| SU393736A1 (en) | THREE-PHASE VOLTAGE REGULATOR |