Способ искробезопасного питания нелинейных нагрузок и устройство для его осуществления

(51) 4 2 Р ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР Иф 702183, кл. Е 21 Р 9/00, 1975,Авторское свидетельство СССР У 1104302, кл. Е 21 Р 9/00, 1983,(54) СПОСОБ ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ПИТАНИЯНЕЛИНЕЙНЫХ НАГРУЗОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горнойэлектротехнике и позволяет увеличитьискробезопасную мощность при импульсном режиме работы электрооборудования во взрывоопасной атмосфере. Дляэтого пусковому току придают колебательный характер. Контролируют ток вцепи нагрузки 7. При достижении имопределенной величины отключают нагрузку 7 от источника 1 постоянной131 электрической энергии (ИПЭЭ) 1. При этом длительность протекания тока нагрузки 7 изменяют обратно пропорционально, а период колебаний прямо пропорционально амплитуде тока нагрузки 7. Импульсная энергия, выделенная на нагрузке 7, поддерживается на заданном искробезопасном уровне, меньшем энергии образования ядра пламени. В устройство для осуществления способа в цепь, соединяющую вывод ИПЭЭс выводом. колебательного контура 5, состоящего из емкостного 9 и индуктивного 8 элементов (ИЭ), и выводом нагрузки 7, включен последовательно магнитоуправляемый контакт .3 с соос 4124но расположенным на нем ИЭ 8. Параллельно ИЭ 8 расположен постоянный магнит 2. К второму выводу ИПЭЭ 1 подключен датчик 6 тока нагрузки 7 и ключевой элемент 4, Его управляющий вход соединен с выводом датчика 6, а выход соединен с контуром 5. Магнит 2 и ИЭ 8 создают соответственновстречно направленные магнитные потоки (МП) 9 и Я . Колебательный процесс под действием нелинейной нагрузки 7 основан на действии результирующего МП магнита 2 и ИЭ 8 и возникает при условии Р в(Р, в Р, где Р в - рабочий МП контакта 3. 2 с.п.ф-лы, 2 илИзобретение относится к горной электротехнике и может быть использовано при создании искробезопасных источников питания электрооборудования, работающего во взрывоопасной атмосфере, а именно для питания цепей с нелинейными нагрузками, например, импульсных оптических излучателей на полупроводниковых инжекционных лазерных диодах.Цель изобретения - увеличение искробезопасной мощности при импульсном режиме работы.Сущность изобретения заключается в том, что пусковому току придают колебательный характер, контролируют ток в цепи нагрузки и при достижении им определенной величины отключают нагрузку от источника электрической энергии, причем изменяют длительность протекания тока нагрузки обратно пропорционально, а период колебаний прямо пропорционально амплитуде тока нагрузки, при этом им - пульсная энергия, выделенная на нагрузке, поддерживается на заданном искробезопасном уровне, меньшем энергии образования ядра пламени.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа искробезопасного питания нелинейных нагрузок; на фиг. 2 то же, принципиальная схема.Устройство содержит источник 1 электрической энергии, постоянный магнит 2, магнитоуправляемый контакт. 3, ключевой элемент 4, в выходнуюцепь которого включен первый выводпараллельного колебательного контура5, причем управляющий вход ключевого 5 элемента 4 соединен с одним из выводов датчика 6 тока, а первый выводключевого элемента 4 соединен с первым из выводов источника 1 электрической энергии и через цепь датчика 1 О тока соединен с одним из выводов нагрузки , причем магнитоуправляемыйконтакт 3 с соосно расположенной нанем катушкой индуктивности колебательного контура включен последова тельно в цепь, соединяющую второйвывод источника 1 электрической энергии с другим выводом колебательногоконтура 5 и другим выводом нагрузки7. Постоянный магнит 2 расположен 20 параллельно катушке индуктивности колебательного контура 5 и создает магнитный поток Ч . Колебательный контур 5 состоит из соединенных параллельно индуктивности 8, возбуждающейпри прохождении тока магнитный потокР и емкости 9. Потоки Р и Ч на 1правлены встречно друг другу. В качестве ключевого элемента 4 можетиспользоваться транзистор, базо-эмит терная цепь которого шунтируется резистивным датчиком 6 тока. Устройство работает следующим образом. В статическом режиме коммутацияэлектрической цепи источника 1 элек3трической энергии осуществляетсямагнитоуправляемьпч контактом 3 путемвоздействия на него магнитным потоком 13141 Р . Управление магнитоуправляемым кон порогового. значения, соответствующего удержанию контактов в замкнутом состоянии, и происходит размыкание магнитоуправляемого контакта и отключение нагрузки от источникаэлектрической энергии. Магнитоуправляемый контакт находится некоторое время в ра 50 зомкнутом состоянии за счет сохранения величины потокаф (действие запасенной энергии в колебательном контуре). Когда потокР уменьшится до того значения, что разность 1 Р - Чстанет больше значения рабочего магнитного потока Ч о магнитоуправляемого контакта, он вновь замыкается, и ранее рассмотренный режим работы тактом происходит от внешнего посто 5 янного магнита 2 прямоугольной формы, установленного параллельно замыкающим контактам на некотором расстоянииПри работе цепи в установившемся режиме через нелинейную нагрузку протекает номинальный ток, который создает падение напряжения на резисторе датчика тока, недостаточное для срабатывания ключевого элемента 4. В результате последний закрыт и в цепи коллектора транзистора протекает обратный ток 1 , Протекающий в цепи коколебательного контура 5 обратный коллекторный ток возбуждает в катушке индуктивности 8 встречный магнитный потокР , отличающийся от магнитного потока Р, создаваемого постоянным магнитом, на 2 - 3 порядка, и магнитоуправляемый контакт остается замкнутым.В пусковых режимах, когда сопротивление нелинейной нагрузки К близк ко к нулю, в цепи протекает ток короткого замыкания, и на датчике тока . возникает падение напряжения, которое по своему значению превышает напряжение отсечки кремниевых транзисторов Б БВ результате в цепид ьтсколлектора транзисторного ключа протекает шунтирующий ток, который воз 35 буждает в катушке индуктивности колебательного контура 5 магнитный потокР , направленный встречно потоку Р . Поэтому разностный магнитный поток, воздействующий на продольно расположенный магнитоуправляемый контакт, становится значительно меньше 24 4источника возобновляется до тех пор,пока не завершится переходный про-цесс, обусловленный действием нелинейной нагрузкиИзменение параметров колебательного процесса в пусковых режимах, аименно амплитуды, длительности и периода следования протекающего в це"пи тока обусловлено изменением сопротивления нелинейной нагрузки. Изменение протекающего в цепи датчикатока изменяет падение напряжения навходе транзисторного ключа и, какследствие, его базового тока, пропорционально которому увеличивается коллекторный ток, что влечет за собойизменение тока в катушке индуктивности. Изменение протекающего в кол-лекторной и индуктивной цепи токавызывает изменение магнитного потокаи, как следствие, величины запасенной в колебательном контуре энергии.Характер изменения магнитногопотока обусловлен протеканием в цепикатушки индуктивности тока и запасенной в колебательном контуре энергии, а величина сопротивления нагрузки - длительностью и периодомкоммутации магнитоуправляемых контактов. Частота коммутации магнитоуправляемых контактов ограничена их механической инерцией.В импульсном режиме питания, когда выделенная источником энергиязначительно меньше энергии, способ"ствующей формированию минимальногоядра пламени, размыкание контактовне происходит, и рассматриваемыйрежим имеет стационарный характер,При допушении, что контур подвержен действию единичного импульса вмомент его замыкания, в нем возникает затухающий колебательный процесс,декремент затухания которого связанс добротностью колебательного конту"ра. Обеспечение необходимого порогасрабатывания ключа и соответствующихискробезопасных параметров источникадостигается подбором значения резистивного датчика 6 тока.,В аварийном режиме, когда сопро-тивление нагрузки й =О, ток короткого замыкания можно изменять магнитным потоком Р посредством изменениярасстояния 1 от продольной оси магнитоуправляемого контакта и оси постоянного магнита.Таким образом, постоянныймагнит2, колебательный контур 5, ключевой13141 5элемент 4, датчик 6 тока совместно с нагрузкой 7 образуют единую авто- колебательную ячейку, работающую от источника 1 постоянной электрической эйергии и характеризующуюся колебательным переходным режимом под действиемнелинейной нагрузки, основанном на действии результирующего магнитного потока катушки индуктивности и постоянного магнита. Колеба- Ю тельный процесс, обусловленный действием нелинейной нагрузки, возникает при условии раб1фра рабочий магнитный потокмагнитоуправляемого контакта;соответствующие магнитныепотоки постоянного магии Ота и катушки индуктивности,СР и Р 2Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют повысить искробезопасную мощность, отдаваемую в нелинейную нагрузку, в импульсном режиме работы за счет увеличения амплитуды и уменьшения длительности протекающего тока; увеличить импульсный ток ЗО накачки оптических излучателей, а, следовательно, повысить мощность их излучения; ограничить величину энергии, выделяемой на нагрузке в импульСнбм Режиме работы, за счет уменьше ния длительности протекания тока и увеличения периода повторений импульсов тока пропорционально увеличению амплитуды импульсов тока; обеспечить комбинированное питание на грузки: в стационарном режиме питание нагрузки осуществляется постоянным током при сопротивлении нагрузки большем или равном номинальному значению и в переходном режиме пита ния нагрузки осуществляется импульсным током при сопротивлении нагрузки меньшем номинального значения, причем параметры импульсов тока такие, как амплитуда, длительность период повторения, устанавливаются, изменяются и поддерживаются автоматически в зависимости от сопротивления нагрузки;повысить энергоемкость источника электрической энергии за 55 счет управления режимами работы источника от постоянного магнита.Кроме того, постоянный магнит можно закрепить на поворотной оси,24корпуса приемника электрической энергии и конструктивно совместить его с элементами механической блокировки, сделав его одновременно и выключателем. Угол механической блокировки конструкции искробезопасного источника соответствует, например, д =90Формула изобретения1. Способ искробезопасного питания нелинейных нагрузок, основанный йа придании пусковому току колебательного характера, контроле тока в цепи нагрузки и при достижении им определенной величины отключении нагрузки от источника электрической энергии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения искробезопасной мощности при импульсном режиме работы, энергию импульсов тока нагрузки поддерживают на заданном искробезопасном уровне, меньшем энергии образования минимального ядра пламени, изменяя длительность протекания тока нагрузки обратно пропорционально, а период колебаний прямо пропорционально изменению амплитуды тока нагрузки.2. Устройство для искробезопасного питания нелинейных нагрузок, содержащее датчик тока нагрузки, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента, колебательный контур, состоящий из индуктивного и емкостного элементов, и источник электрической энергии, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены постоянный магнит и магнитоуправляемый контакт с соосно расположенным на нем индуктивным элементом параллельного колебательного контура, один вывод которого подключен к выходу ключевого элемента, а другой подключен к одному из выводов магнитоуправляемого контакта и является выходом устройства, другой вывод магнитоуправляемого контакта подключен к первому выводу искроопасного источника электрической энергии, второй вывод которого соединен с входом ключевого элемента, причем постоянный магнит ориентирован относительно магнитоуправляемого контакта так, что магнитные потоки постоянного магнита и индуктивного элемента направлены навстречу друг другу.1 314124 Составитель Г.Нунупаровищтулинец Текред В.Кадар Корректор С.Черн едактор 2196 39 а ектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у Тираж 430 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 3035, 11 осква, Ж, Подписноеого комитета СССРий и открытийаушская наб д, 4/5