SU756037A1

SU756037A1 - Spark-proof dc voltage source

Info

Publication number: SU756037A1
Application number: SU782581019A
Authority: SU
Inventors: Vladimir A Sidyak
Original assignee: Do N Proizv Ob Avtomatgormash
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1980-08-15

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для питания устройств автоматики, работающих во взрывоопасной атмосфере, в частности в угольных шахтах.The invention relates to the mining industry and can be used to power automation devices operating in an explosive atmosphere, in particular in coal mines.

Известен искробезопасный источник пи- ₅тания, содержащий трансформатор, выпрямитель, тиристорный узел ограничения энернии, выделяемый при коммутации нагрузки, блок автоматического повторного включения, включающий ограничительный резистор, усилитель постоянного тока с транзис- )0 тором [1].Known intrinsically safe power pi Thaniah ₅ comprising a transformer, a rectifier, a thyristor node limit enernii secreted during load switching block autorecloser comprising a limiting resistor, an amplifier DC tranzis-) 0 torus [1].

Недостатком этого устройства является сложность его схемы и невысокая надежность работы.A disadvantage of this device is the complexity of its scheme and low reliability.

Известен искробезопасный источник питания, содержащий трехфазный трансфор- ¹⁵матор, трехфазные однополупериодные выпрямители, узел формирования нелинейной нагрузочной характеристики с включенными в минусовую цепь источника токоограничивающим транзистором и резистором 20 в цепи его эмиттера, стабилизатор напряжения, тиристорный короткозамыкатель выходных зажимов источника, узел автоматического повторного выключения, источ2An intrinsically safe power supply is known, containing a three-phase transformer, a ^15- phase, three-phase half-wave rectifiers, a non-linear load characteristic forming unit with a current-limiting transistor and a resistor 20 in its emitter circuit included in the negative circuit of the source, a voltage stabilizer, a thyristor short circuit of the output terminals of the source, an automatic restart unit source

ник смещения, диоды, резисторы, конденсаторы [2] .nick offset, diodes, resistors, capacitors [2].

Недостатком указанного источника питания является его низкая надежность изза сложности схемы и потерь мощности на элементах.The disadvantage of this power source is its low reliability due to the complexity of the circuit and power losses on the elements.

Целью изобретения является повышение надежности источника за счет упрощения схемы и снижения рассеиваемой мощности на элементах.The aim of the invention is to increase the reliability of the source by simplifying the circuit and reducing power dissipation on the elements.

Поставленная цель достигается тем, что узел формирования нелинейной нагрузочной характеристики снабжен двумя нелинейными двухполюсниками с 5-образными вольтамперными характеристиками, причем база токоограничивающего транзистора через резистор соединена с плюсовой цепью источника через нелинейные двухполюсники с выходами трехфазных однополупериодных выпрямителей, которые через диоды подключены к резистору в эмиттерной цепи токоограничивающего транзистора.This goal is achieved by the fact that the node for forming a nonlinear load characteristic is equipped with two non-linear two-terminal circuits with 5-shaped volt-ampere characteristics, the base of the current-limiting transistor connected via a resistor to the positive source circuit through a non-linear two-pole source with three-phase one-wave rectifiers, which through diodes are connected to the resistor in the emitter, which through diodes connected to the resistor in the emitter current limiting transistor circuit.

Кроме того, узел автоматического повторного включения выполнен в виде транзисторов, шунтирующего и управляющего,In addition, the automatic reclosing unit is made in the form of transistors, shunt and control,

причем эмиттер шунтирующего транзисто756037moreover, the emitter shunt transistor 756037

33

ра подключен к плюсовой цепи источника, его коллектор связан с коллектором токоограничивающего транзистора узла формирования нелинейной нагрузочной характеристики и с базой управляющего транзистора, коллектор которого подключен к базе шунтирующего транзистора и к источнику смещения, а эмиттер через параллельно соединенные резистор и конденсатор связан с эмиттером токоограничивающего транзистора узла формирования нелинейной нагрузочной характеристики.ra is connected to the positive source circuit, its collector is connected to the collector of the current-limiting transistor of the non-linear load response node and to the base of the control transistor, the collector of which is connected to the shunt transistor base and to the bias source, and the emitter is connected to the emitter of the current-limiting transistor through a parallel connected node formation of nonlinear load characteristics.

На чертеже представлена схема напряжения источника постоянного напряжения.The drawing shows a voltage diagram of a constant voltage source.

Искробезопасный источник постоянного напряжения содержит трехфазный трансформатор 1, вторичные обмотки которого 2—7 присоединены к общей (плюсовой) шине 8 источника так, что они образуют шестифазную звезду. Диоды 9—14 образуют трехфазные однополупериодные выпрямители 15 и 16, подключенные через диоды 17 и 18 к токоограничивающему резистору 19, включенному в эмиттерную цепь токоограничивающего транзистора 20 узла 21 формирования нелинейной нагрузочной характеристики источника. База транзистора 20 соединена через резистор 22 с плюсовой шиной 8 и через нелинейные двухполюсовники 23 и 24 с 5-образными вольтамперными характеристиками с выходами выпрямителей 15 и 16. Нелинейные двухполюсники 23 и' 24 представляют собой, например, тиристорный оптрон 25, (26), к аноду и катоду тиристора которого подключен его же светодиод через стабилитрон 27(28). При повышении напряжения, приложенного к тиристору 25, 26 оптрона до величины, превышающей напряжение пробоя стабилитрона 27 (28), тиристор 25 (26) включается и напряжение между его анодом и катодом резко снижается — до прямого падения напряжения на структуре, не превышающего 1—2 В. Аналогична характеристика динистора.An intrinsically safe DC voltage source contains a three-phase transformer 1, the secondary windings of which 2-7 are connected to a common (plus) bus 8 of the source so that they form a six-phase star. Diodes 9-14 form three-phase half-wave rectifiers 15 and 16 connected via diodes 17 and 18 to a current limiting resistor 19 connected to the emitter circuit of a current limiting transistor 20 of the source 21 generating unit. The base of the transistor 20 is connected via a resistor 22 with a positive bus 8 and through nonlinear two-pole 23 and 24 with 5-shaped volt-ampere characteristics with the outputs of rectifiers 15 and 16. Non-linear two-pole 23 and '24 are, for example, a thyristor optocoupler 25, (26), to the anode and the cathode of the thyristor of which its LED is connected through a zener diode 27 (28). When the voltage applied to the thyristor 25, 26 of the optocoupler reaches a value exceeding the breakdown voltage of the Zener diode 27 (28), the thyristor 25 (26) turns on and the voltage between its anode and cathode drops sharply to a direct voltage drop across the structure not exceeding 1— 2 V. A similar characteristic of the dynistor.

Узел автоматического повторного включения 29 содержит шунтирующий транзистор 30, эмиттер которого подключен к плюсовой шине 8, а коллектор — к коллектору транзистора 20 и к базе управляющего транзистора ЗГ, эмиттер которого через параллельно соединенные резистор 32 и конденсатор 33 подключен к эмиттеру транзистора 20. База транзистора 30 соединена с коллектором транзисторе 31 и через резистор 34 — к источником напряжения смещения 35, представляющем собой шестифазный однополупериодный выпрямитель на диодах 36—42, подключенных к обмоткам' 2—7 трансформатора 1. Между узлом 21 формирования нелинейной характеристики и нагрузкой включены стабилизатор напряжения на нагрузке и тиристорный короткозамыкатель выходных зажимов 43.The automatic reclosing node 29 contains a shunt transistor 30, the emitter of which is connected to the positive bus 8, and the collector is connected to the collector of transistor 20 and to the base of the control transistor ZG, the emitter of which is connected to the emitter of transistor 20 through a parallel connected transistor 20. 30 is connected to the collector by a transistor 31 and through a resistor 34 to a bias voltage source 35, which is a six-phase half-wave rectifier based on diodes 36-42 connected to the windings of 2-7 trans of the formatter 1. Between the node 21 of the formation of a nonlinear characteristic and the load, a voltage stabilizer on the load and a thyristor short circuiter of the output terminals 43 are included.

4four

Функционирует источник следующим образом.The source functions as follows.

При нормальной нагрузке и отсутствии коммутации в ее цепи тиристор короткозамыкателя 43, шунтирующий выходные зажимы источника, закрыт, транзистор 20 узла формирования нелинейной характеристики источника насыщен (ток базы, необходимый для этого, задается резистором 22), тиристоры 25 и 26 нелинейных двухполюсников 23 и 24 также закрыты. Закрыт также и транзистор 30 узла автоматического повторного включения смещения током, поступающим от источника 35 через резистор 34. Диод, шунтирующий базовый переход транзистора 30, ограничивает величину запирающего потенциала на базе. Транзистор 31 также закрыт, так как его переход эмиттербаза шунтирован насыщенным транзистором 20.Under normal load and no commutation in its circuit, the thyristor of the short circuiter 43, shunting the source output terminals, is closed, the transistor 20 of the source generating unit of the nonlinear characteristic is saturated (the base current required for this is given by the resistor 22), the thyristors 25 and 26 of the nonlinear two-port 23 and 24 also closed. The transistor 30 of the auto-reclosing node for the bias is also closed by the current coming from the source 35 through the resistor 34. A diode shunting the base transition of the transistor 30 limits the value of the blocking potential on the base. The transistor 31 is also closed, since its emitter-base junction is shunted by the saturated transistor 20.

При срабатывании тиристорного короткозамыкателя 43 последний энергетически изолирует коммутационный разряд, обеспечивая искробезопасность. Одновременно в цепи источника резко увеличивается ток, возрастает падение напряжения на резисторе 19, в результате чего повышается напряжение между базоой транзистора 20 и выходом выпрямителя 15(16). В момент, когда оно достигает напряжения пробоя стабилитрона 27(28),тиристор 25(26) оптрона включается, напряжение между его анодом и катодом снижается до величины 1—2 В, и в результате транзистор 20 закрывается, так как теперь в цепи его эмиттера может протекать ток, создающий падение напряжения на последовательно включенных диоде 17(18), резисторе 19 и переходе эмиттер база транзистора 20, не превышающее прямое падение на тиристоре оптрона 25(26) нелинейного двухполюсника 23(24).When triac 43 is triggered, the latter energetically isolates the switching discharge, providing intrinsic safety. At the same time, the current in the source circuit sharply increases, the voltage drop across the resistor 19 increases, as a result of which the voltage increases between the base of the transistor 20 and the output of the rectifier 15 (16). At the moment when it reaches the breakdown voltage of the Zener diode 27 (28), the thyristor 25 (26) of the optocoupler turns on, the voltage between its anode and cathode decreases to 1-2 V, and as a result, the transistor 20 closes, as now in its emitter circuit current can flow, creating a voltage drop across the series-connected diode 17 (18), resistor 19 and junction emitter base of the transistor 20, not exceeding the direct drop on the thyristor of the optocoupler 25 (26) non-linear two-pole 23 (24).

Так как транзистор 20 закрывается, повышается напряжение между его эмиттером и коллектором, что приводит к открыванию управляющего транзистора 31, причем величина тока его коллектора практически определяется резистором 32. В результате шунтирующий транзистор 30 насыщается, шунтируя своим переходом коллектор-эмиттер выход источника, а значит и тиристор- . ный короткозамыкатель, способствуя восстановлению его запирающей способности.As the transistor 20 closes, the voltage between its emitter and the collector increases, which leads to the opening of the control transistor 31, and its collector current is almost determined by the resistor 32. As a result, the shunt transistor 30 is saturated by shunting the collector-emitter output source, and and thyristor-. shorting short circuit breaker, helping to restore its locking ability.

Автоматическое восстановление выходного напряжения происходит за счет принудительного запирания тиристоров оптронов 25(26) нелинейных, двухполюсников 23(24) в моменты, близкие к моментам естественной коммутации. Предположим, что включен оптрон двухполюсника 23 (включен может быть только один из двухполюсников 23 и 24, так как пульсация выходных напряжений выпрямителей 15 и 16 сдвинута по фазе на 60°). Как только напряжение выпрямителя 16 станет больше напряженияAutomatic recovery of the output voltage occurs due to the forced shutdown of the thyristors of the optocouplers 25 (26) nonlinear, two-terminal 23 (24) at times close to the moments of natural switching. Suppose that the two-pole optocoupler 23 is turned on (only one of the two-terminal circuits 23 and 24 can be switched on, since the ripple of the output voltages of the rectifiers 15 and 16 is phase-shifted by 60 °). As soon as the voltage of the rectifier 16 becomes more voltage

756037756037

66

выпрямителя 15, напряжение между анодом и катодом тиристора 25 двухполюсника 23 изменит знак, и тиристор 25 запрется, поэтому он перестанет шунтировать переход эмиттер-база транзистора 20 и последний откроется до насыщения. Момент запирания тиристора 25 зависит от величины падения напряжения на диоде 17(18) и резисторе 19, т. е. определяется углом коммутации тока с проводящего вентиля выпрямителя 15 на очередной открывающийся вентиль выпрямителя 16. Практически этот угол не превышает нескольких градусов, т. е. скорость роста напряжения на нагрузке при восстановлении превышает скорость роста фазного напряжения. Закрытое состояние транзистора 20 (провал выходного напряжения при коммутации нагрузки и срабатывании короткозамыкателя) длится не более 1/6 части периода сети, т. е. 3,3 мс.the rectifier 15, the voltage between the anode and the cathode of the thyristor 25 of the two-terminal 23 changes its sign, and the thyristor 25 is locked, so it will stop bypassing the emitter-base junction of the transistor 20 and the latter will open to saturation. The moment of thyristor 25 locking depends on the magnitude of the voltage drop across the diode 17 (18) and resistor 19, i.e. determined by the angle of current switching from the rectifier's conductive valve 15 to the next rectifier opening valve 16. In practice, this angle does not exceed several degrees, i.e. . The growth rate of the voltage on the load during the recovery exceeds the rate of growth of the phase voltage. The closed state of the transistor 20 (the failure of the output voltage during the switching of the load and the action of the short circuit switch) lasts no more than 1/6 of the period of the network, i.e., 3.3 ms.

При открывании транзистора 20 управляющий транзистор 31, а также шунтирующий транзистор 30 закрываются. Чтобы при этом запирание транзистора 30 предшествовало полному отпиранию транзистора 20 (во избежании токов короткого замыкания), в цепь эмиттера транзистора 31 включен конденсатор 33. причем постоянная времени выбирается так, что скорость снижения напряжения на эмиттере транзистора 31 ниже скорости нарастания напряжения на нагрузке, т. е. скорости снижения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 20.When opening the transistor 20, the control transistor 31 as well as the shunt transistor 30 are closed. So that the locking of the transistor 30 precedes the full unlocking of the transistor 20 (in order to avoid short-circuit currents), a capacitor 33 is connected to the emitter circuit of the transistor 31. Moreover, the time constant is chosen so that the voltage drop rate at the emitter of the transistor 31 is lower than the voltage rise rate at the load, t . e. speed of voltage reduction between the collector and the emitter of the transistor 20.

Таким Образом, в источнике на активных элементах схемы рассеивается небольшая мощность, так как и в нормальном режиме, и при коротком замыкании выходных зажимов активные элементы находятся либо в состоянии насыщения, либо отсечки — это способствует повышению надежности схемы. Одновременно достигнуто упрощение схемы по сравнению с прототипом при сохранении всех функций источника питания.Thus, a small power is dissipated in the source at the active elements of the circuit, since both in normal mode and short circuit of the output terminals, the active elements are either in a state of saturation or cutoff - this contributes to an increase in circuit reliability. At the same time, the simplification of the circuit compared with the prototype while maintaining all the functions of the power source.

Claims

Claim

1. Intrinsically safe DC voltage source containing a three-phase transformer, three-phase half-wave rectifiers, a non-linear load response generation unit with a current-limiting transistor and a resistor in its emitter circuit, a voltage stabilizer, a thyristor short circuit of the output terminals of the source, an automatic reclosing unit, a source displacements, diodes, resistors, capacitors, characterized in that, in order to increase the reliability of the source by simplifying the circuit and reducing the power dissipation on the elements, the assembly forming a nonlinear load characteristic has two nonlinear element with δ-shaped current-voltage characteristics and current-limiting transistor base via a resistor connected to the positive supply rail and through the nonlinear element to the outputs of three-phase half-wave rectifiers which are through diodes connected to a resistor in the emitter circuit of the current-limiting transistor.

2. Source for π. 1, characterized in that the automatic reclosing unit is made in the form of transistors, shunt and control, with the emitter of the shunt transistor connected to the positive source circuit, the collector is connected to the collector of the current-limiting transistor of the non-linear load characteristic generating transistor and the collector is connected to the base of the shunt transistor and to the bias source, and the emitter is connected through a parallel-connected resistor and capacitor to the current limit emitter of the transistor of the node for the formation of a nonlinear load characteristic.