SU1411516A1 - Способ искробезопасного электропитани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горной электротехнике . Цель изобретени  - увеличение мощности, посто нно потребл емой нагрузкой . Передают энергию по линии св зи при искробезопасном значении тока. Передаваемую энергию накапливают в накопителе (Н) при отключенной нагрузке и отключении энергии, выдел емой в разр д со стороны источника питани  и Н при коротком замыкании цепи. Подключают маломощный источник с искробезопасным значением тока, определ емым по характеристикам искро- безопасности, к Н. Контролируют величину напр жени  на выходе источника питани , а при достижении им заданной величины увеличивают мощность источника путем уменьшени  его сопротивлени  R до величины , определ емой из соотношени  R (Е-U)/I, где Е - ЭДС источника питани ,; и - заданна  величина выходного напр жени ; I - значение тока, определ емое по характеристикам искробезопасности дл  безреактивной цепи при напр жении (Е-LJ). Затем подключают нагрузку к накопителю . 3 ил. ю сл

Description

СП

о:

Изобретение относитс  к горной электротехнике и может быть использовано при создании искробезопасных систем питани  энергоемкого электрооборудовани , работающего во взрывоопасной атмосфере.

Целью изобретени   вл етс  увеличение искробезопасной мощности, посто нно потребл емой нагрузкой.

Сущность изобретени  заключаетс  в передаче энергии по лини м св зи при иск- робезопасном значении тока, накоплении передаваемой энергии в накопителе при отключенной нагрузке и ограничении энергии, выдел емой в разр д со стороны источника питани  и накопител  с нагрузкой при коротком замыкании цепи, подключении маломощного источника с искробезо- пасным значением тока, определ емым по характеристикам искробезопасности, к накопителю , контроле величины напр жени  на выходе источника, а при достижении им заданной величины увеличени  мощности источника путем уменьшени  его сопротивлени  до величины, определ емой из соотношени 

R

Е-и

где Е - ЭДС источника питани ;

и - заданна  величина выходного напр жени ;

I - значение тока, определ емое по характеристикам искробезопасности дл  безреактивной Цепи при напр жении (Е-U),

в последующем подключении нагрузки к накопителю .

На фиг.. 1 показана функциональна  схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - принципиальна  схема источника питани ; на фиг. 3 - принципиальные схе.мы накопител  и блока подключени  нагрузки.

Устройство, реализующее способ, состоит из источника 1 питани , накопител  2, блока 3 подключени  нагрузки и нагрузки 4. Источник питани  (фиг. 2) содержит источник 5 электроэнергии и схему 6 управлени , состо щую из силового транзистора 7 с резистором 8 и стабилитроном 9 в базовой цепи. Резистор 10 шунтирует переход коллектор-эмиттер транзистора 7. Резистор 11 и стабилитрон 12 представл ют совместно с транзистором 7 ограничитель тока. Кроме того, источник питани  содержит схему контрол  напр жени  на сопротивлении источника питани , состо щую из транзисторов 13 и 14, стабилитронов 15 и 16, а также резисторов 17-20.

Накопитель 2 {фиг. 3) состоит из включенных последовательно конденсатора 21 и измерительного резистора 22 (величина сопротивлени  пор дка 1-5 Ом).

Блок 3 подключени  нагрузки (фиг. 3) содержит силовой транзистор 23 с резистором 24 и стабилитроном 25 в базовой цепи, триггер на транзисторах 26 и 27,резисторах 28-33 и конденсаторе 34, а также узел контрол  напр жени  на конденсаторе 21 (накопителе) и узел контрол  напр - 5 жени  на резисторе 22. Узел контрол  напр жени  на конденсаторе 21 состоит из транзисторов 35-37, стабилитронов 38 и 39 и резисторов 40-47. Входом узла контрол  напр жени  на конденсаторе 21  вл етс  баQ за транзистора 35, соединенна  через резистор 46 с положительным полюсом конденсатора 21. Выходом узла контрол  напр -. жени  на конденсаторе 21  вл етс  коллектор транзистора 37, соединенный через резистор 47 с базой транзистора 27,  в5 л ющейс  одним из входов триггера.

Узел контрол  напр жени  на резисторе 22 состоит из транзисторов 48 и 49, стабилитронов 50 и 51, диода 52, резисторов 53-58 и конденсатора 59. Входом узла  вл етс  база транзистора 48, соединенна  с общей точкой конденсатора 21 и резистора 22 через резистор 57, а выходом - коллектор транзистора 49, соединенный через RC-цепочку из резистора 5f и емкости 59 с базой транзистора 26 -

5 другим входом триггера. Резистор 58 служит дл  разр да емкости 59 и зашунтирован диодом 52.

В случае индуктивного характера нагрузки последн   шунтируетс  диодом.

Q Напр жение на выходе источника питани  определ етс  как разность между ЭДС источника питани  и падением напр жени  на сопротивлении источника. Последнее при питании от вторичной обмотки трансформатора или от аккумул торной батареи в ос5 новном определ етс  сопротивлением резисторов 10 и 11 и транзистора 7. Поэтому, зна  ЭДС источника питани  и контролиру  напр жение на сопротивлении источника питани , получают напр жение на выходе источника. Контроль выходного напр жени 

целесообразно проводить таким образом, а не пр мым измерением, так как при одинаковой точности измерени  достигаетс  более высока  точность контрол  выходного напр жени . Падение напр жени  на сопротив5 лении источника питани  в момент его снижени  не превышает 3-5 В, и на эту величину отличаютс  ЭДС источника и его выходное напр жение,-значение которых в основном находитс  в пределах 20-60 В. То есть, измер ема  величина составл ет пор д0 ка 10% от контролируемого напр жени  на выходе. Соответственно снижаетс  и относительна  погрешность контрол  выходного напр жени  источника.

Устройство работает следующим образом. До подключени  нагрузки (с накопите5 лем и блоком подключени  нагрузки) транзистор 7 открыт, так как по цепи резистор 8 - стабилитрон 9 протекает его базовый ток, а транзистор 4 - закрыт.

так как сумма падени  напр жени  на резисторе 11 и напр жени  на коллекторе- эмиттере транзистора 7 ниже напр жени  стабилизации стабилитрона 16, а, следовательно , базовый ток транзистора 14 не протекает . Сопротивление резистора 11 выбираетс  из услови  R (Е-U)/l. Транзистор 13 открыт, так как по цепи резистор 8 - резистор 19 - стабилитрон 15 обеспечиваетс  протекание его базового тока. Блок

ка отключена. Блок контрол  напр жени  на конденсаторе 21 обеспечивает отключение нагрузки при малом напр жении на накопителе. При этом сопротивление нагрузки не шунтирует накопитель и последний зар жаетс  через высокое сопротивление источника. Когда напр жение на конденсаторе становитс  выше суммы напр жени  стабилизации стабилитрона 38 и падени  напр жени  на переходе база-эмиттер транподключени  нагрузки и сама нагрузка обес- Ю зистора 35, транзистор 35 открываетс ,

точены, накопительный конденсатор 21 разр жен .

При подсоединении к источнику нагрузки с накопителем и ее блоком подключени  в первоначальный момент происходит скачкообразное увеличение тока источника по цепи зар да емкости 21 через резистор 22 малой величины. Подключение разр женного конденсатора 21 к выходу источника питани  близко к короткому замыканию его вы15

транзистор 36 закрываетс , а транзистор 37 открываетс , шунтиру  базовый ток транзистора 27, протекаюш,ий через резистор 47, но триггер продолжает находитьс  в том же состо нии. По мере зар да конденсатора 21 напр жение на выходе источника растет, напр жение на сопротивлении источника, равном сумме сопротивлений резисторов 10 и 11, уменьшаетс .

Когда напр жение на выходе источника

ходных зажимов. При этом сумма падени 20 достигает заданного значени , падение нанапр жени  на резисторе 11 и на база-пр жени  на резисторах 10 и 11 станоэмиттерном переходе транзистора 7 превы-витс  ниже суммы падени  напр жени 

шает напр жение стабилизации стабилитро-на база-эмиттерном переходе транзистора

на 12, он открываетс , уменьша  базовый14 и напр жени  стабилизации стабилитроток транзистора 7. Это приводит к прикры-на 16, транзистор 14 закрываетс , привод 

ванию последнего и увеличению падени  к открыванию транзисторов 7 и 13. Открынапр жени  между его коллектором и эмит-вание транзистора 13 приводит к более бысттером (срабатывает ограничитель тока), а, следовательно, и на стабилитроне 16. При достижении этим напр жением величины суммы напр жени  стабилизации стабилит- OQ рона 16 и падени  напр жени  на база- эмиттерном переходе транзистора 14 последний открываетс , шунтиру  базовые цепи транзисторов 7 и 13. Напр жение стабилизации стабилитронов 9, 15 и 16 выбираетс  из услови  UcTie UCTIS ; UcTg. Поэтому транзисторы 7 и 13 запираютс , причем закрывание транзистора 7 приводит к увеличению сопротивлени  источника до значени , равного сумме сопротивлений резисторов 10 и 11. Закрывание транзистора 13

35

рому закрыванию транзистора 14 за счет положительной обратной св зи через резистор 18.

Транзистор 7 открываетс , при этом снижаетс  сопротивление источника за счет шунтировани  резистора 10. Снижение сопротивлени  источника питани  приводит к cKaL кообразному увеличению зар дного тока через конденсатор 21, и на резисторе 22 выдел етс  напр жение, превышаюшее сумму падени  напр жени  на база-эмиттерном переходе транзистора 48 и напр жени  стабилизации стабилитрона 50. Транзистор 48 открываетс , вызыва  закрывание транзистора 49. Напр жение на коллекторе посприводит (через резистор 18) к более быст- 40 леднего скачкообразно увеличиваетс  и через диод 52 и конденсатор 59 на базу транзистора 26 поступает открываюш,ий импульс тока. Триггер мен ет состо ние: транзистор 26 открываетс , а транзистор 27 закрываетс . Силовой транзистор 23 открырому и полному открыванию транзистора 14. После увеличени  сопротивлени  источника происходит зар д накопительного конденсатора 21 через резисторы 10, 11 и 22. Напр жение стабилизации стабилитрона 50

рез диод 52 и конденсатор 59 на базу транзистора 26 поступает открываюш,ий импульс тока. Триггер мен ет состо ние: транзистор 26 открываетс , а транзистор 27 закрываетс . Силовой транзистор 23 открывыбираетс  большим, чем напр жение на ре- ваетс , подключа  нагрузку к накопителю, зисторе 22 при зар де накопительного кон-, денсатора 21 в этом режиме. Поэтому транзистор 48 закрыт, транзистор 49 открыт и открывающий имаульс на базу транзистора 26 не поступает. При напр жении на кон- Q денсаторе 21 ниже напр жени  стабилизации стабилитрона 38, которое выбираетс  из услови  , транзистор 35 также закрыт , транзистор 36 открыт, а транзистор 37 закрыт и напр жение с его коллектора через резистор 47 подаетс  на базу тран- 55 заданной величиной выходного напр жени  зистора 27. Поэтому триггер находитс  в источника, т.е. величины (Е-U). Поскольку таком состо нии, когда транзистор 27 открыт, значение тока в цепи не превышает зна- а транзистор 26 закрыт. Транзистор 23 на- чени , определ емого по характеристикам ходитс  в закрытом состо нии и нагруз- искробезопасности дл  безреактивной цепи

Если не происходит отключение источника питани  от блока подключени  нагрузки, то конденсатор 21 дозар жаетс  до номинального значени , равного напр жению на выходе источника.

В случае коммутации цепи, соедин юплей источник питани  с блоком подключени  нагрузки, максимальное напр жение на рас- ход шихс  контактах не может превысить разности между ЭДС источника питани  и

ка отключена. Блок контрол  напр жени  на конденсаторе 21 обеспечивает отключение нагрузки при малом напр жении на накопителе. При этом сопротивление нагрузки не шунтирует накопитель и последний зар жаетс  через высокое сопротивление источника. Когда напр жение на конденсаторе становитс  выше суммы напр жени  стабилизации стабилитрона 38 и падени  напр жени  на переходе база-эмиттер транзистора 35, транзистор 35 открываетс ,

транзистор 36 закрываетс , а транзистор 37 открываетс , шунтиру  базовый ток транзистора 27, протекаюш,ий через резистор 47, но триггер продолжает находитьс  в том же состо нии. По мере зар да конденсатора 21 напр жение на выходе источника растет, напр жение на сопротивлении источника, равном сумме сопротивлений резисторов 10 и 11, уменьшаетс .

Когда напр жение на выходе источника

вание транзистора 13 приводит к более быстOQ

35

рому закрыванию транзистора 14 за счет положительной обратной св зи через резистор 18.

Транзистор 7 открываетс , при этом снижаетс  сопротивление источника за счет шунтировани  резистора 10. Снижение сопротивлени  источника питани  приводит к cKaL кообразному увеличению зар дного тока через конденсатор 21, и на резисторе 22 выдел етс  напр жение, превышаюшее сумму падени  напр жени  на база-эмиттерном переходе транзистора 48 и напр жени  стабилизации стабилитрона 50. Транзистор 48 открываетс , вызыва  закрывание транзистора 49. Напр жение на коллекторе пос40 леднего скачкообразно увеличиваетс  и челеднего скачкообразно увеличиваетс  и через диод 52 и конденсатор 59 на базу транзистора 26 поступает открываюш,ий импульс тока. Триггер мен ет состо ние: транзистор 26 открываетс , а транзистор 27 закрываетс . Силовой транзистор 23 открываетс , подключа  нагрузку к накопителю, заданной величиной выходного напр жени  источника, т.е. величины (Е-U). Поскольку значение тока в цепи не превышает зна- чени , определ емого по характеристикам искробезопасности дл  безреактивной цепи

ваетс , подключа  нагрузку к накопителю, заданной величиной выходного напр жени  источника, т.е. величины (Е-U). Поскольку значение тока в цепи не превышает зна- чени , определ емого по характеристикам искробезопасности дл  безреактивной цепи

Если не происходит отключение источника питани  от блока подключени  нагрузки, то конденсатор 21 дозар жаетс  до номинального значени , равного напр жению на выходе источника.

В случае коммутации цепи, соедин юплей источник питани  с блоком подключени  нагрузки, максимальное напр жение на рас- ход шихс  контактах не может превысить разности между ЭДС источника питани  и

при напр жении (Е-U), то возникающие при коммутации цепи электрические разр ды не представл ют опасности с точки зрени  воспламенени  взрывоопасной газовой смеси. Ток источника не может превысить значение, определ емое по характеристикам искробезопасности, так как в противном случае падение напр жени  на резисторе 11 превысит величину (Е-U), а значит выходное напр жение источника уменьшитс  ниже заданной величины U и произойдет увеличение сопротивлени  источника. То же самое произойдет и при коротком замыкании выходных зажимов источника.

Устройство, реализующее способ, было испытано на искробезопасность выходной цепи источника питани  при следующих параметрах: ЭДС источника питани  равна 30 В, заданна  величина выходного напр жени  источника 25 В, значение искробе- зопасного тока, определ емое по характеристикам искробезопасности дл  напр жени  (Е-U), равного 5 В - 12 А, сопротивление резистора 11 равно 0,6 Ом. Получен искробезопасный ток источника питани  3,5 А. При этом мощность, посто нно реализуема  в нагрузке, составила 90 Вт, что существенно больше, чем при использовании известных способов искробезопасного электропитани .

Применение предлагаемого способа nosj волит за смет увеличени  искробезопасной мощности электрических цепей расширить функциональные возможно сти аппаратуры автоматизации, работающей во взрывоопасной атмосфере, так как увеличение искробезопасной мощности позвол ет подключить дополнительные нагрузки при сохранении искробезопасности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ искробезопасного электропитани , основанный на передаче энергии по лини м св зи при искробезопасном значении тока, определ емом по характеристикам искробезопасности, накоплении передаваемой энергии в накопителе при отключенной нагрузке, а также на ограничении энергии, выдел емой в разр д со сторонь источника питани  и накопител  с нагрузкой при коротком замыкании цепи, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  моц1- ности, посто нно потребл емой нагрузкой, контролируют величину напр жени  на выходе источника питани , а при достижении им заданной величины увеличивают мощность источника питани  путем уменьшени  его сопротивлени  до величины, определ емой из соотношени 

   R

   Е-и

   где Е - ЭДС источника питани ;

   и - заданна  величина выходного напр жени ;

   J значение тока, определ емое по характеристикам искробезопасности дл  безреактивной цепи при напр жении (Е-U), после чего подключают нагрузку к накопителю.

   -0-0- -0-0.

   жги