SU1767710A1 - Устройство дл включени нагрузки по линии питани переменного тока - Google Patents

Description

1

(21)4856701/07 (22)01.08.90 (46)07.10.92. Бюл. № 37

(71)Кыштымский радиозавод

(72)А. Ю.Баранов

(56)1. Дробница Н. Управление несколькими устройствами по двум проводам, М.: Радио , 1978, № 9, с.ЗО.

2. Гранкин Ю. Управление люстрой по двум проводам, М.: Радио, 1984, № 1, с.53. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ НАГРУЗКИ ПО ЛИНИИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

(57)Использование: дл  коммутировани  двух нагрузок в виде ламп накаливани  по двухпроводной линии. Сущность изобретени : в устройство дл  включени  нагрузки по линии питани  переменного тока, содержащее первый выпр митель с выводами дл  подключени  к линии питани , второй выпр митель , вход которого подключен к выходу первого выпр мител , накопительный конденсатор и исполнительный элемент, введены блок задержки, логический инвертирующий преобразователь и триггер, к выходу первого выпр мител  подключен вход логического инвертирующего преобразовател , выход которого подключен к S-входу RS-триггера, R-вход триггера подключен к выходу блока задержки, а S-выход - к управл ющему входу исполнительного элемента, к выходу второго выпр мител  параллельно подключены накопительный конденсатор и вход блока задержки, что позвол ет повысить надежность и быстродействие устройства . 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

л

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  коммути- ровани  двух нагрузок в виде ламп накаливани  по двухпроводной линии.

Известно устройство (см. журнал Радио , 1978, № 9, с.ЗО), содержащее выпр митель с входными выводами дл  подключени  его к линии питани , накопительный конденсатор и исполнительный элемент с выходной коммутируемой цепью.

Однако известное устройство, во-первых , малонадежно в Эксплуатации (малое врем  безотказной работы). Низка  надежность обусловлена применением электромеханических реле, коммутирующих переменные токи 0,1-2 А частотой 50 Гц под напр жением 220 В. Дополнительно надежность устройства понижаетс  из-за отсутстви  диодов, подключенных параллельно реле дл  шунтировани  бросков токов самоиндукции через транзисторы.

Вторым недостатком устройства  вл етс  ограничение мощности лампы накаливани  (25-40 Вт) первой ступени коммутации Третий недостаток - низкое быстродействие при включении второй ступени коммутации.

Известно также устройство (см. журнал Радио, 1984, № 1, с.ЗО), вз тое в качестве прототипа, содержащее первый выпр митель с входами дл  подключени  его к линии питани , второй выпр митель, накопительный конденсатор и исполнительный элемент с выходной коммутируемой цепью, причем выход первого выпр мител  подключен к входу второго.

XI

О

VI XI

Однако известное устройство малонадежно в эксплуатации (малое врем  безотказной работы) из-за применени  электромеханических реле, причем работа ющих на коммутацию больших начальных токов зар да конденсатора и коммутацию переменных токов нагрузки 0,1-2 А частотой 50 Гц под напр жением 220 В. Кроме того, известное устройство обладает низким быстродействием, которое ограничено суммарным временем срабатывани  обоих реле и временем отпускани  первого реле.

Цель изобретени  - увеличение времени безотказной работы (повышение надежности ) и повышение быстродействи  устройства при коммутации второй ступени мощности.

Дл  достижени  поставленной цели в известное устройство введены блок задержки , логический инвертирующий преобра- зователь и RS-триггер, а исполнительный элемент выполнен в виде электронного коммутатора , причем к выходу первого выпр мител  подключен вход логического инвертирующего преобразовател , выход которого подключен к S-входу RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу блока задержки, а S-выход- к управл ющему входу Исполнительного элемента, к выходу вто- рого выпр мител  параллельно подключены накопительный конденсатор и вход блока задержки, при этом положительные и отрицательные выводы питани  исполнительного элемента, логического инвертирующего преобразовател  и RS- триггера соединены соответственно с поло- жительным и отрицательным выводами накопительного конденсатора

Инвертирующий логический преобразователь выполнен на двухвходовом эле- менте ИЛИ-НЕ, интегрирующей RC-цепи и пороговом элементе с коэффициентом возврата , меньшим единицы, при этом первый вход элемента ИЛИ-НЕ  вл етс  входом инвертирующего логического преобразова- тел , выход элемента ИЛИ-НЕ через интегрирующую RC-цепь соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и  вл етс  выходом инвертирующего логи- ческого преобразовател .

Повышение надежности устройства достигаетс  путем исключени  из устройства низконадежных электромеханических реле и замены механических контактов реле дл  коммутации второй ступени мощности электронными коммутаторами (тринисторами и симисторами), износоустойчивость которых не критична к коммутирующему напр жению и току (0,2-5 А) промышленных частот

(50-400 Гц). Повышение быстродействи  включени  второй ступени мощности коммутации достигаетс  благодар  сокращению времени готовности включени  второй ступени коммутации, определ емой суммарной посто нной первого выпр мител  и блока задержки (не более 1 мс) и готовностью электронного коммутатора к включению минимум через 20 мс (дл  сети 50 Гц) независимо от времени разомкнутого состо ни  выключател  устройства.

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу; на фиг.З изображена функциональна  схема инвертирующего логического преобразовател ; на фиг.4 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Устройство дл  включени  нагрузки по линии питани  переменного тока (фиг.1) содержит первую клемму дл  подключени  к сети переменного тока, подключенную к второй клемме через последовательно соединенные первую лампу 1 (или группу параллельно соединенных ламп) и выключатель 2, параллельно первой лампе 1 подключены первый выпр митель 3, выполненный в виде последовательно подключенных понижающего трансформатора и диодного моста, и соединенные между собой последовательно втора  лампа 4 (или группа параллельно соединенных ламп) и электронный коммутатор 5, выполненный в виде усилител , подключенного к управл ющему электроду тринистора, который включен в диагональ диодного моста Положительный выход первого выпр мител  3 подключен к входу второго выпр мител  6 и входу инвертирующего логического преобразовател  7, выход которого последовательно через триггер 8 подключен к входу электронного коммутатора 5. Выход второго выпр мител  6  вл етс  шиной питание и подключен к выводу питание электронного коммутатора 5, инвертирующего логического преобразовател  7, триггера 8, к первому выводу накопительного конденсатора 9 и через блок 10 задержки (выполненный в виде интегрирующей RC- цепочки, причем при необходимости резистор шунтируют диодом) и R-входу триггера 8, отрицательный выход первого выпр мител  3  вл етс  общей шиной и подключен к выводу обща  шина блока 10 задержки, триггера 8, электронного коммутатора 5, инвертирующего логического преобразовател  7 и к второму выводу накопительного конденсатора 9.

Инвертирующий логический преобразователь 7 (фиг 3) содержит двухвходовый

элемент ИЛИ-НЕ 11, интегрирующую RC- цепь 12 с посто нной интегрировани , большей полупериода частоты питающей сети, и пороговый элемент 13 с коэффициентом возврата, меньшим единицы. При этом первый вход элемента ИЛИ-НЕ 11  вл етс  входом инвертирующего логического преобразовател  7, выход элемента ИЛИ-НЕ 11 через интегрирующую RC-цепь 12 соединен с входом порогового элемента 13, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 11 и  вл етс  выходом инвертирующего логического преобразовател  7.

Устройство работает следующим образом .

Дл  включени  и выключени  первой ступени коммутации (первой лампы 1) используют выключатель 2 устройства по пр мому назначению.

Дл  включени  второй лампы 4 (второй ступени коммутации) сначала замыкают (см. фиг.1 и фиг.2) выключатель 2. При этом загораетс  перва  лампа 1, и двухполупериод- ное напр жение с выхода первого выпр мител  3 поступает на инвертирующий логический преобразователь 7 и второй выпр митель 6. Посто нное напр жение с выхода второго выпр мител  6 и накопительного конденсатора 9 поступает на узлы устройства, обеспечива  их питанием, и через блок 10 задержки через врем  п , не превышающее единиц мс, поступает на R- вход триггера 8, обеспечива  таким образом установку триггера 8 в нулевое исходное состо ние. Нулевой потенциал с триггера 8 поступает на электронный коммутатор 5, обеспечива  его закрытое состо ние .

В таком состо нии устройство может находитьс  сколь угодно долго, потому что на S-вход триггера 8 поступает напр жение логического нул , генерируемое инвертирующим логическим преобразователем 7 из выходного напр жени  первого выпр мител  3.

Затем при размыкании выключател  2 перва  лампа 1 гаснет, нона накопительном конденсаторе 9 остаетс  напр жение питани , которое постепенно убывает по мере разр да этого конденсатора. С целью обеспечени  небольших габаритов устройства целесообразно узлы выполн ть на микросхемах КМОП-структуры с малым током потреблени . Емкость накопительного конденсатора 9 выбирают из услови  ее полного разр да за врем  гг 0,5-1 с.

После размыкани  выключател  2 на вход инвертирующего логического преобразовател  7 начинает поступать нулевое напр жение . Поэтому после размыкани  через врем  тз , определ емое параметрами интегрирующей RC-цепочки 12, с выхода инвертирующего логического преобразовател  7 напр жение логической единицы поступает на S-вход триггера 8 и переводит его в единичное состо ние. Наибольшее быстродействие устройства обеспечиваетс 

при равенстве посто нной интегрировани  RC-цепочки 12 полупериоду частоты питающей сети.

Далее, при переводе выключател  2 в замкнутое состо ние, загораютс  обе лампы 1, 4, потому что на электронный коммутатор 5 с триггера 8 поступает разрешающий единичный потенциал.

Чтобы выключить лампы 1, 4. выключатель 2 необходимо перевести в разомкнутое

состо ние на врем , большее, чем 0,5-1 с. При этом накопительный конденсатор 9 полностью разр жаетс , и устройство переходит в исходное состо ние (выключенное).

Быстродействие прототипа ограничено временем срабатывани  и временем отпускани  реле. Например, при использовании быстродействующих реле типа РЭН 33 быстродействие ограничено 55 мс. Быстродействие предлагаемого устройства ограничено только частотой питающей сети. Так, дл  сети частотой 50 и 400 Гц быстродействие может быть доведено соответственно до 23 и 2 мс.

Общеизвестно: врем  безотказной работы реле зависит от числа срабатываний, рода и величины коммутирующего тока и напр жени . Наихудшими услови ми (резко

сокращающими гарантированное число срабатываний)  вл етс  коммутаци  переменных напр жений более 170 В частотой 5СГ-400 Гц и тока более 0,05 А.

В случае коммутировани  ламп в люстpax мощность второй ступени находитс  в пределах 100-450 Вт (0,4-2,0 А) при переменном напр жении 220 В частотой 50 Гц, т.е. реле работает в очень т желых услови х. Применение мощных реле типа РЭН 33 резко увеличивает габариты до неприемлемы, размеров и удорожает устройство без суще- v ственного повышени  надежности. Поэто- му замена механического контактного устройства реле электронным коммутатором на тринисторе или симисторе, не завис щим от рода и величины коммутирующего тока и напр жени , позвол ет качественно увеличить врем  безотказной работы устройства .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  включени  нагруз т по линии питани  переменного тока, содержащее первый выпр митель с входными выводами дл  подключени  его к линии питани , второй выпр митель, вход которого подключен к выходу первого выпр мител , накопительный конденсатор и исполнительный элемент с выходной коммутируемой цепью, от-личающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и быстродействи , в устройство введены блок задержки , логический инвертирующий преобразователь и RS-триггер, а исполнительный элемент выполнен в виде электронного коммутатора, причем к выходу первого выпр мител  подключен вход логического инвертирующего преобразовател , выход которого подключен к S-входу RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу блока задержки, а S-выход - к управл ющему входу исполнительного элемента, к выходу вто- рЪгб Шпр м йтёл  парГаллельнб подключены накопительный конденсатор и вход блока

   задержки, при этом положительные и отрицательные выводы питани  исполнительного элемента, логического инвертирующего преобразовател  и RS-триггера соединены соответственно с положительным и отрица- тельным выводами накопительного конденсатора .
2. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что инвертирующий логический преобразователь выполнен на двухвходо- вом элементе ИЛИ-НЕ, интегрирующей RS- цепи с посто нной интегрировани  больше пблупериода частоты питающей сети и по- роговом элементе с коэффициентом возврата , меньшим 1, при этом первый вход элемента ИЛИ-НЕ  вл етс  входом инвертирующего логического преобразовател , выход элемента ИЛИ-НЕ через интегриру- ющую RC-цепь соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и  вл етс  выходом инвертирующего логического преобразовател .