RU221484U1 - Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электронной коммутационной технике и может быть использована для коммутации силовых цепей постоянного тока. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в исключении ложного отключения реле в момент пуска при подключении его к удаленной индуктивной нагрузке. Решение технической задачи достигается тем, что реле содержит преобразователь напряжения с двумя входами, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, причем схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижнем уровнями напряжения, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты, блок защиты от низкого напряжения и блок управления выходным коммутатором, при этом выход блока опорных напряжений схемы управления и защиты через первый вход блока защиты от низкого напряжения связан со входом блока управления коммутатором, выходы которого являются выходами схемы управления и защиты, при этом второй выход блока опорных напряжений через блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижнем уровнями напряжения связан с первым входом блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, второй вход которого связан с выходным коммутатором, а выход через блок перезапуска защиты связан со вторым входом блока защиты от низкого напряжения. Блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижнем уровнями напряжения содержит схему сравнения напряжений на микросхеме и три цепочки с электронными элементами. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к электронной коммутационной технике и может быть использована для коммутации силовых цепей постоянного тока.

Известно твердотельное реле (Патент Российской Федерации №2589371,2016), содержащее преобразователь напряжения, первый и второй входы управления и включающий блок стабилизации, последовательно соединенные генератор импульсов и блок гальванической развязки, цепь сброса (управления), N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого и второго выходов реле.

Недостатком реле является отсутствие защиты от перегрузки тока нагрузки и отсутствие контроля работы ТТР (сервисные функции).

Наиболее близким к заявленной модели является твердотельное реле постоянного тока (патент Российской Федерации на полезную модель №216376, 2023), в которой решен вопрос защиты от перегрузки тока нагрузки и контроля работы ТТР (статус управления).

Оно содержит преобразователь напряжения с двумя входами, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, а схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты, блок управления и защиты от низкого напряжения и блок управления выходным коммутатором. Данное твердотельное реле принято за прототип.

Оно имеет следующие недостатки:

При подключении индуктивной или емкостной нагрузки, удаленных на значительном расстоянии от реле, происходит ложное отключение реле в момент пуска. В этот момент в цепи нагрузки начинают протекать большие токи в течение ограниченного периода времени, отчего на одном входе блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки возникает напряжение больше постоянно установленного на втором входе этого блока, вследствие этого на выходе блока формируется сигнал, выключающий из работы реле, то есть реле не будет коммутировать ток нагрузки, сразу же уходя в защиту.

Техническая задача, решаемая полезной моделью ТТР, заключается в исключении ложного отключения реле в момент пуска при подключении его к удаленной индуктивной нагрузке.

Решение технической задачи достигается тем, что реле (ТТР) содержит преобразователь напряжения с двумя входами, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, при этом выходы преобразователя напряжения связаны со схемой управления статусом и схемой управления и защиты, выходы которой связаны с входом коммутатора и входом схемы управления статусом, причем схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижним уровнями напряжения, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты, блок защиты от низкого напряжения и блок управления выходным коммутатором, при этом выход блока опорных напряжений схемы управления и защиты через первый вход блока защиты от низкого напряжения связан со входом блока управления коммутатором, выходы которого являются выходами схемы управления и защиты, при этом второй выход блока опорных напряжений через блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижним уровнями напряжения связан с первым входом блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, второй вход которого связан с выходным коммутатором, а выход через блок перезапуска защиты связан со вторым входом блока защиты от низкого напряжения. Блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижним уровнями напряжения содержит схему сравнения напряжений на микросхеме и три цепочки с электронными элементами, при этом первая цепочка содержит два последовательно включенных резистора и конденсатор, параллельно подключенный ко второму резистору, причем концы резисторов подключены к соответствующим входам питания блока, а точка соединения резисторов связана с одним входом схемы сравнения на микросхеме, второй вход которой является входом блока, а вторая цепочка содержит первый диод и последовательно соединенные резистор, второй диод и конденсатор, подключенные к соответствующим входам питания блока, причем точка соединения резистора и диодов подключена к выходу схемы сравнения, а второй конец первого диода связан с входом блока, при этом третья цепочка содержит три резистора, одними концами соединенными в одной точке, являющейся выходом блока, причем вторые концы двух резисторов связаны соответственно со входом блока и точкой питания блока, а второй конец третьего резистора связан с точкой соединения диода и конденсатора второй цепочки.

На чертеже (фиг. 1) приведена структурная электрическая схема твердотельного реле постоянного тока, где приняты следующие обозначения:

1 - преобразователь напряжения с двумя входами 1.1,1.2 и выходами 1.3 и 1.4, причем выход 1.3 связан с одним из входов схемы управления статусом 7, а выход 1.4 со всеми блоками схемы управления и защиты, обеспечивая основное питание блоков; 2,3,4,5,6,8 - блоки схемы управления и защиты, где: 2 - блок опорных напряжений с выходами 2.1 и 2.2; 3 - блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки с входами 3.1, 3.2 и выходом 3.3; 4 - блок перезапуска защиты с входом 4.1 и выходом 4.2; 5- блок защиты от низкого напряжения, выполненный на микросхеме с входами 5.1, 5.2 и выходом 5.3; 6- блок управления выходным коммутатором с входом 6.1 и выходами 6.2 и 6.3; 7- схема управления статусом с входом 7.1 и выходом 7.2; 8- блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижним уровнями напряжения, причем вход упомянутого блока связан с выходом блока опорных напряжений 2 схемы управления и защиты, а выход подключен ко входу 3.1 блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки 3 схемы управления и защиты;УТ1, RI, R2 - элементы выходного коммутатора, вход транзистора VT1 которого подключен к выходу 6.2 блока управления коммутатором, а выходами через резисторы R1,R2 к нагрузке (объекту управления).

На фиг. 2 приведена принципиальная электрическая схема блока быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижним уровнями напряжения (блок 8), который содержит схему сравнения напряжений на микросхеме DA8.1 и три цепочки с электронными элементами, при этом первая цепочка содержит два последовательно включенных резистора и конденсатор (R8.1R8.2,С8.1),параллельно подключенный ко второму резистору, причем концы резисторов подключены к соответствующим входам питания блока, а точка соединения резисторов связана с одним входом схемы сравнения на микросхеме, второй вход которой является входом блока, а вторая цепочка содержит первый диод VD8.2 и последовательно соединенные резистор, второй диод и конденсатор (R8.3,VD8.1,C8.2), подключенные к соответствующим входам питания блока, причем точка соединения резистора и диодов подключена к выходу схемы сравнения, а второй конец первого диода связан со входом блока, при этом третья цепочка содержит три резистора, одними концами соединенными в одной точке, являющейся выходом блока, причем вторые концы резисторов R8.5,R8.6 связаны соответственно со входом и точкой питания блока, а второй конец третьего резистора R8.4 связан с точкой соединения диода и конденсатора второй цепочки.

Работа реле осуществляется в трех режимах следующим образом.

Нормальный режим.

На входы 1.1 и 1.2 блока 1 прикладывается напряжение управления, на выходах 1.3 и 1.4 формируется питающее напряжение. При отсутствии сигнала на входе 6.1 блока 6 сигнал с его выхода 6.2 включает транзистор VT1 коммутатора, который коммутирует ток нагрузки, а сигнал с выхода 6.3 поступает на вход 7.1 блока 7 (оптическая связь через оптронную пару), отчего на его выходе 7.2 формируется сигнал высокого уровня, означающий нормальную работу реле.

Функционирование твердотельного реле постоянного тока при срабатывании защиты от низкого напряжения цепи питания.

При нормальной работе реле выход 2.1 источника опорных напряжений 2 удерживает на входе 5.1 блока 5 стабильное напряжение, например 2 В, которое является опорным для микросхемы блока 5. Происходит сравнение напряжения опорного сигнала и напряжения питания. При снижении уровня напряжения питания ниже опорного на выходе 5.3 блока 5 сформируется сигнал, который через блок управления коммутатором 6 (выход 6.2) выключит транзистор VT1 в коммутаторе, а через выход 6.3 выключит из работы блок 7 управления статусом, сформировав на выходе 7.2 сигнал низкого уровня, означающего о выключенном состоянии реле.

Функционирование ТТР постоянного тока при срабатывании защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки

При срабатывании реле, работающей на индуктивную нагрузку, через резистор R1 выходного коммутатора начинает протекать ток, значение которого формирует эквивалентное ему напряжение на входе 3.2 блока 3. Это напряжение на короткое время может быть в несколько раз больше, чем напряжение от заданного тока нагрузки. На входе 3.1 блока 3 в этот момент формируется заданный с блока 8 высокий уровень напряжения значительно больше напряжения на входе 3.2, отчего на выходе 3.3 отсутствует необходимый сигнал для срабатывания блока 4. Через заданное время t высокий уровень напряжения с блока 8 меняется на нижний заданный уровень, а на входе 3.2 появляется напряжение, эквивалентное нормальному току нагрузки, которое меньше нижнего заданного уровня с блока 8. На выходе 3.3 блока 3 отсутствует необходимый сигнал для срабатывания блока 4. Реле остается включенным. Если теперь в процессе работы ток в нагрузке увеличится выше максимально заданного, а соответствующее ему эквивалентное напряжение на входе 3.2 блока 3 станет больше заданного нижнего уровня с блока 8 на входе 3.1 блока 3, срабатывает блок 3, на выходе 3.3 которого сформируется сигнал для срабатывания блока 4, что приведет к срабатыванию блока 5, отчего сформируется сигнал на выходе 5.3 блока 5, который через блок 6 управления выходным коммутатором (выход 6.2) выключит из работы транзистор VT1 коммутатора, а через выход 6.3 выключит из работы блок 7 управления статусом, сформировав на его выходе 7.2 сигнал низкого уровня, означающего о выключенном состоянии реле. Ниже приведено описание работы блока 8 (фиг. 2).

Функционирование блока быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижним уровнями напряжения (блок 8)

Поступающее напряжение с выхода 1.4 блока 1 делится резисторами R8.1, R8.2 первой цепочки, заряжая конденсатор С8.1 (фиг. 2), а выход схемы сравнения DA8 остается разомкнутым, при этом от цепи питания через резистор R8.3 второй цепочки поступает ток, который проходя через диод VD8.2, подключенный к входу 8.1 блока, формирует стабилизированное напряжение в точке соединения резистора R8.3 и диодов VD8.1, VD8.2. Протекающий ток через диод VD8.1 второй цепочки и резистор R8.4 третьей цепочки увеличивает падение напряжения на резисторе R8.6, формируя вместе с резистором R8.5 этой цепочки повышенный заданный уровень опорного напряжения на выходе 8.2 блока. Через заданное время t конденсатор С8.1 заряжается до уровня опорного напряжения на входе 8.1, отчего выход схемы сравнения DA8.1 замыкается, что приводит к прекращению протекания тока через диод VD8.1 и резистор R8.4, устанавливая на выходе 8.2 напряжение заданного нижнего уровня, которое сохраняется до выключения реле.

Предприятием заявителем разработано реле, которое было испытано на индуктивную нагрузку с током нагрузки 2-5А, кратковременный ток в нагрузке при включении реле составил 20А, напряжение верхнего уровня соответствовало эквиваленту тока нагрузки 25А на выходе блока 8 (превышение в 5 раз от максимального рабочего тока), напряжение нижнего уровня на выходе блока 8 соответствовало эквиваленту тока нагрузки в 5А, при этом время изменения от верхнего до нижнего уровня составило t=120 мс. Реле функционировало нормально и его предполагается использовать в резервной системе управления тормозными клапанами транспортных средств.

Claims (4)

1. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями, содержащее преобразователь напряжения с двумя входами, схему управления и защиты, схему управления статусом и выходной коммутатор, при этом выходы преобразователя напряжения связаны со схемой управления статусом и схемой управления и защиты, выходы которой связаны с входом коммутатора и входом схемы управления статусом, причем схема управления и защиты содержит блок опорных напряжений, блок защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки, блок перезапуска защиты, блок защиты от низкого напряжения и блок управления выходным коммутатором, при этом первый выход блока опорных напряжений схемы управления и защиты через первый вход блока защиты от низкого напряжения связан со входом блока управления выходным коммутатором, выходы которого являются выходами схемы управления и защиты, при этом первый вход блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки связан с выходным коммутатором, а выход через блок перезапуска защиты связан со вторым входом блока защиты от низкого напряжения, отличающееся тем, что схема управления и защиты дополнительно содержит блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижнем уровнями напряжения, причем вход упомянутого блока связан с выходом блока опорных напряжений схемы управления и защиты, а выход подключен ко второму входу блока защиты от превышения коммутируемого тока нагрузки схемы управления и защиты.

2. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями по п. 1, отличающееся тем, что блок быстро изменяющегося напряжения между заданными верхним и нижнем уровнями напряжения содержит схему сравнения напряжений на микросхеме и три цепочки с электронными элементами, при этом первая цепочка содержит два последовательно включенных резистора и конденсатор, параллельно подключенный ко второму резистору, причем концы резисторов подключены к соответствующим входам питания блока, а точка соединения резисторов связана с одним входом схемы сравнения на микросхеме, второй вход которой является входом блока, а вторая цепочка содержит первый диод и последовательно соединенные резистор, второй диод и конденсатор, подключенные к соответствующим входам питания блока, причем точка соединения резистора и диодов подключена к выходу схемы сравнения, а второй конец первого диода связан со входом блока, при этом третья цепочка содержит три резистора, одними концами соединенными в одной точке, являющейся выходом блока, причем вторые концы двух резисторов связаны соответственно со входом и точкой питания блока, а второй конец третьего резистора связан с точкой соединения диода и конденсатора второй цепочки.

3. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями по п. 1, отличающееся тем, что заданный верхний уровень напряжения в блоке изменяющегося напряжения выбран в 5-6 раз превышающий напряжение, эквивалентное рабочему току нагрузки, а заданный нижний уровень напряжения в блоке изменяющегося напряжения выбран равным напряжению, эквивалентному максимальному значению рабочего тока нагрузки.

4. Твердотельное реле постоянного тока с сервисными функциями по п. 1, отличающееся тем, что время изменяющегося напряжения от заданного верхнего уровня до заданного нижнего уровня в блоке изменяющегося напряжения составляет 100-150 мс.

Images