Искробезопасный источник питания

РЕСПУБ Е 21 Р 9/00 ЕНИЯ свидетельство СССР21 Р 9/00, 1978. щи ристора резисто диода и ристора ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(7 1) Государственный проектно-конст рукторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угол ной промышленности(56) 1. Аппаратура шахтной автомати ки, способы и средства обеспечения искробезопасности, Руководящие тематические указания. М., РТМ 12.44.015-76.2. АвторскоеВ 723186, кл. Е(54)(57) ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИКПИТАНИЯ, содержащий источник ЭДСвыпрямленного тока, ограничительныйрезистор, последовательный ключевойэлемент, шунтирующий тиристор, вспомогательный тиристор, катод которогоподключен к измерительному резистору, датчик начала разряда с формирователем управляющего сигнала, нагрузку и пороговый элемент, причемисточник ЭДС выпрямленного тока, измерительный резистор, последовательный ключевой элемент и датчик начала разряда включены последовательно с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены параллельно нагрузке, выход формирователя управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтирующего тиристора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения искробезопасной мощности, ан дополнительно снабжен вторым ограничительным резистором, вторым пороговым элементом, диодом, а последовательный ключевой элемент выполнен в виде транзистора, при этом эмиттер транзистора через защитный диод в прямом направлении соединеь. с измерительным резистором, а его база через ограничительный резистор подключена к положительному полюсу источника ЭДС и к катоду порогового элемента, выполненного в виде стабилитрона, анод которого включен между измерительным резистором и отрицательным полюсом источника ЭДС, катод стабилитрона второго порогового элемента включен между коллектором транзистора и датчиком контроля начала разряда, а его анод соединен с управляюм переходом вспомогательного тии через второй ограничительныйр подключен к катоду защитногокатоду вспомогательного ти 1086 187Изобретение относится к искробезопасным источником питания устройств автоматики, телемеханики; связи, работающих во взрывоопасных средах на угольных шахтах,и может быть использовано также в нефтегазовой и химической промышленности.Известен искробезопасньй источник питания, содержащий источник ЭДС, блок автоматического повторного вклю чекия, вспомогательный тиристор, шун. тирующий тиристор, измерительный резистор и датчик начала разряда. Источник ЭДС, измерителькый резистор и датчик начала разряда включены по следовательно с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены параллепьно нагрузке, причем управляющий электрод вспомогательного тиристора подключен к измерительному 20 резистору, а управляющий электрод шунтирующего тиристора - к датчику началаразряда Я,Недостатком известного устройства25 является воэможность его работы только в цепях с сосредоточенными индуктивными элементами, обеспечение искра безопасности которых достигается использованием высокоэффективных искразащитных шунтов. Зто ограничивает возможность применения данного устройства в электрических цепях с длинными линиями связи, так как при коммутации цепи магнитная энергия, запасенная в 35 линии, полностью выделяется в электри-г ческом разряде, что приводит к существенному снижению допустимой искробезопасной мощности.Наиболее близким к предлагаемому 40 по своей технической сущности и достигаемому эффекту является искробезопасный источник питания, содержащий источник ЭДС выпрямленного тока, ограничительный резистор, последователь-,-45 ный ключевой элемент, шунтирующий тиристор., вспомогательньй тиристор катод которого подключен к измерительному резистору, датчик начала разряда с формирователем управляющего сиг нала, нагрузку и пороговый элемент, причем источник ЭДС выпрямленного тока, измерительный резистор, последовательный ключевой элемент и датчик начала разряда включены последователь нс с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены паралпельно нагрузке, выход формирователя управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтиругогцего тиристора 2 ,Однако известное устройство имеет ряд недостатков, которые снижают допустимую величину искробезопаской мощности. К ним относится сравнительно большое время отключения последовательного ключевого элемента, обусловленное использованием тиристора со схемой принудительного запирания, наличие измерительного резистора в цепи управления вспомогательного тиристора, что увеличивает потери и снижает КПД источника. В цепях выпрямленного тока известное устройство огракичивает возможность перехода на повышенное напряжение питания, которое наиболее выгодно использовать с точки зрения повышения искробезопасной мощности при большой длине линии связи.Цель изобретения - повышение искробезопасной мощности в цепях с длинными линиями связи. Цель достигается тем, что искробезопасный источник питания, содержащий источник ЗДС выпрямленного тока, ограничительный резистор, последовательный ключевой .элемент, шунтирующий тиристор, вспомогательный тиристор катод которого подключен к измерительному резистору, датчик начала разряда с формирователем управляющего сигнала, нагрузку и пороговый элемент, причем источник ЭДС выпрямленного тока, измерительный резистор, последовательный ключевой элемент и датчик на-. чапа разряда включены последовательно с нагрузкой, вспомогательный и шунтирующий тиристоры подключены параллельно нагрузке, выход формирователя управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шунтирующега тиристора, он дополнительно скабжег вторым ограничительным резистором, вторым пороговым элементом и диодом, а последовательньй ключевой элемент выполнен в виде транзистора, при этом эмиттер транзистора через защитный диод в прямом направлении соединен с измерительным резистором, а .о база через ограничительньй резистор подподключена к положительному полюсу источника ЭДС и к катоду порогового элемента, выполненного в виде стабилитрона, анод которого включен между измерительным резисторам и атрица 10861874тельным полюсом источника ЭДС, катод стабЛлитрона второго порогового элемента включен между коллектором транзистора и датчиком контроля начала разряда, а его анод соединен с уп равляющим переходом вспомогательного тиристора и через второй ограничительный резистор подключен к катоду защитного диода и к катоду вспомогательного тиристора. 10На чертеже представлена схема предлагаемого искробезопасного источника питания.Искробезопасный источник питания содержит источник 1 ЭДС выпрямленного 15 тока, ограничительный резистор 2, шунтирующий тиристор 3, вспомогательный тиристор 4, датчик 5 начала разряда с формирователем 6 управляющего сигнала и нагрузку 7. 20Искробезопасный источник питания содержит также последовательный ключевой элемент, выполненный на транзисторе 8, защитный диод 9 в цепи25 эмиттера, резисторе 10 и стабилитроие 11, в цепи базы транзистора, порогового элемента на стабилитроне 12 и ограничительный резистор 13, тиристор 14 и развязывающий диод 15, предусмотренные для автоматического по-вторного включения. При этом источ" нкк 1 ЭДС выпрямленного тока, ограничительный резистор 2, последовательный ключевой элемент 8, датчик 5 начала разряда включены последователь . 35 но с нагрузкой 7. Вспомогательный 4 и шунтирующий 3 тиристоры подключены параллельно нагрузке. Выход формирователя 6 управляющего сигнала присоединен к управляющему электроду шун О тирующего тиристора 3, Эмиттер транзистора 8 через защитный диод 9 в прямом направлении соединен с измерительным резистором 2, а его база через резистор 10 подключена к поло жительному полюсу источника 1 ЭДС и к катоду стабилитрона 11 первого порогового элемента, анод которого включен между ограничительным резистором 2 и отрицательным полюсом источника 50 1 ЭДС, Катод стабилитрона 12 второго порогового элемента включен между коллектором транзистора 8 и датчиком 5 контроля начала разряда. Анод этого стабилитрона соединен с управляющим 55 переходом вспомогательного тиристора 4 и через резистор порогового элемента подключен к катоду защитного диода 9, к катоду вспомогательного тиристора 4 и к аноду развязывающего диода 15. Катод раэвязывающего диоца 15 соединен с управляющим электродом тиристора 14 устройства автоматического повторного включения, подключенного на входе: выпрямителя.Устройства работает следующим образом. При номинальной нагрузке падение напряжения на сопротивлении "коллектор-эмиттерного" перехода транзистора 8.меньше напряжения стабилизации стабилитрона 12, вспомогательный тиристор 4 закрыт, а нагрузка 7 обтекается номинальным током. Рабочаяточка находится на пологом участке коллекторной характеристики транзистора 8, вследствие чего транзистор существенно ослабляет переменную составляющую и незначительно постоянную составляющую, т.е. обеспечивает небольшие значения пульсации выпрямпенного напряжения на нагрузке.При коротком замыкании на выходе источника питания или внешней искра- безопасной цепи резко возрастает падение напряжения на измерительном резисторе 2. Положительный потенциал на базе транзистора 8, снимаемый со стабилитрона 11, уменьшается, что обусловливает его ускоренное запирание. Запирающийся транзистор своим сопротивлением ограничивает разрядный ток конденсатора сглаживающего фильтра, тем самым ограничивая энергию, выделяющуюся в разряде замыкания. В момент, когда падение напряжения на коллекторном переходе транзистора 8 увеличивается до напряжения стабилизации стабилитрона 2, включается вспомогательный тиристор 4, который шунтирует выход источника питания схемы. При этом снимается напряжение с перехода "база-эмиттер" транзистора 8 и он полностью запирается, обесточивая тем самые цепь питания нагрузки, Конденсатор сглаживающего фильтра разряжается через вспомогательный тиристор 4, и одновременно вследствие падения напряжения на резисторе 2 через диод 15 включается тиристор 14, с помощью которого осуществляется восстансвление нормального режима работы устройства, Диод 9 защищает переход "базаэмиттер" транзистора 8 от пробоя, а высокоомный резистор 10 ограничивает базовый ток этого транзистора.1086 г 87 Составитель Т. ЩегольковаТехред А. Кикемеэей Корректор Л. Пилипенко Редактор С. Лиси 12/34 Тираж 427 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 143035. Москва, Ж, Р аказ Подписное омитета СССР открытий ушская наб., д. 4/5иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 При разрыве цепи на измерительномдросселе датчика 5 начала разрядавырабатывается управляющий сигнал,который через формирователь 6 поступает на управляющий переход шунтирующего тиристора 3. В этом случае увеличивается падение напряжения на"коллектор-эмиттерном" переходетранзистора 8, и включается вспомогательный тиристор 4, В результатетранзистор 8 запирается, ограничиваятем самым выделение на разрядномпромежутке магнитной энергии, запасенной в линии связи,Суммарное время отключения искрозащиты после выделения коммутационногосигнала определяется только временемвключения шунтирующего и вспомогательного тиристоров. Поэтому ее вели-,чина меньше времени отключения известных устройств искрозащиты, в которыхпоследовательный ключ выполнен натиристоре. Восстановление нормальногорежима работы происходит так же, каки при срабатывании искрозащйты от ко роткого замыкания. Следовательно, повышение полезной нскробезопасной мощности в нагрузке достигается за счет ограничения энергоотдачи из распределенной индуктнвности линии, ускорения времени отключения внешней искробезопасно цепи, снижения потерь на активных сопротивлениях источника, возможностью перехода на повышенное напряжение и меньшей величиной пульсации выпрямленного тока. Преимуществом предлагаемого источника питания является сокращение времени отключения его от нагрузки при коротком замыкании в линии связи, использовании повышенного напряжения, снижение коэффициента пульсации, а следовательно, увеличении КПД. Указанные преимущества позволяют существенно увеличить уровень искробезопасной мощности на выходе линии связи за счет снижения потерь на активном сопротивлении линии и увеличения КПД самого источника пита- нияе