Устройство реверсирования тока

.А, Евсеевьство СССР7/60, 1987,ЕРСИРОВАНИЯ Т ится к импульсной может быть испольния тока в нагрузке, ляется повышение онтроля, Устройство - 4, стабилитроны 5, вую 14 и вторую .15 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение отнотехнике и автоматике изованодля реверсироваЦелью изобретения янадежности работы и ксодержит транзисторы6, резисторы 7 - 13, пер,5 О1598154 Ышину питания, выходную шину 17, входную шину 18 и нагрузку. Введение в устройство реле 32, транзистора 33, первой 21 и второй 25 диодных оптопар, первого 26 и второго 27 элементов НЕ, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, элемента ИЛИ 29, элемента 30 задержки, ЯЯ-триггера 31, резисторов 19 - 23, шины 34 питания, второй общей шины 35, шины 36 сброса и шины 37 сигнализации позволяет повысить достоверность функционирования за счет контроля состояния элементов устройства в процессе его работы. В случае отказа транзисторов 1, 2, 4 (обрыв или пробой перехода), стабилитронов 5, 6 (пробой перехода), обрыва резисторов 8, 9, 11, 13 или нагрузки выдается команда на отключение питания нагрузки и образуется сигнальная шина. 1 ил.5 10 20 ЗО 35 40 50 Изобретение относится к автоматике и импульсной технике и может быть использовано для реверсирования постоянного тока в нагрузке и является усовершенствованием устройства по авт. св.М 1422394.Целью изобретения является повышение надежности работы и контроля,На чертеже представлена схема устройства реверсирования тока.Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы одного типа проводимости, третий 3 и четвертый 4 транзисторы другого типа проводимости, первый и второй стабилитроны 5 и 6, резисторы 7-13, первую 14 и вторую 15 шины питания, первую 16 общую шину, выходную шину 17. с нагрузкой, входную шину 18, резисторы 19-23, первую 24 м вторую 25 диодные оптопары, первый 26 и второй 27 элементы НЕ, элемент ИСКЛЮ-. ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, элемент ИЛИ 29, элемент 30 задержки, ЯЯ-триггер 31, реле 32, контактную группу 32.1 этого реле, пятый транзистор 33, третью 34 шину питания, вторую 35 общую шину, шину 36 сброса и шину 37 сигнализации,Эмиттер первого транзистора 1 через первый резистор 7 подключен к первой шине 14 питания и первому выводу второго резистора 8, а база через третий резистор 9 соединена с коллектором третьего транзистора 3, база которого подключена к первому выводу четвертого резистора 10, а эмиттер - к первой общей шине 16, коллектор второго транзистора 2 через пятый резистор 11 соединен с базой четвертого транзистора 4, эмиттер которого через шестой резистор 12 подключен к второй шине 15 питания, коллекторы первого 1 и четвертого 4 транзисторов соединены с выходной шиной 17, база второго транзистора 2 подключена к первой общей шине 16, а эмиттер через седьмой резистор 13 соединен с коллектором третьего транзистора 3 и вторым выводом второго резистора 8, первый вывод которого через первый стабилитрон 5 подключен к базе первого транзистора 1, база четвертого транзистора через второй стабилитрон 6 соединена с второй шиной 15 питания, второй вывод четвертого резистора 10 подключен к входной шине 18, а анод светодиода первой оптопары 24 через восьмой резистор 19 подключен к эмиттеру четвертого транзистора 4, его катод - к аноду второго стабилитрона 6, а анод фотодиода этой оптопары 24 - к второй общей шине 35 и отрицательному полюсу третьей шины 34 питания, его катод - через девятый резистор 20 к положительному полюсу третьей шины 34 питания и через первый элемент НЕ 26 к первому входу элемента 28 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 29 непосредственно, а к второму входу элемента ИЛИ 29 - через элемент 30 задержки, выход элемента ИЛИ 29 соединен с Я-входом триггера 31, й-вход которого подключен к шине "Сброс" 36, а инверсный выход триггера 31 через десятый резистор 23 - к базе пятого транзистора 33, эмиттер которого соединен с положительным полюсом третьей шины питания, а коллектор - с первым выводом обмотки реле.32, второй вывод которой подключен к второй общей шине 35, размыкающая группа контактов 32.1 реле 32 включена между вторым выводом нагрузки их первой общей шиной 16, а замыкающий контакт этой группы 32.1 - с сигнальной шиной 37, кроме того, катод фотодиода второй оптопары 25 соединен через одиннадцатый резистор 21 с положительным полюсом третьей шины 34 питания и через второй элемент НЕ 27 с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, а его вход - с второй общей шиной 35, катод светодиода этой оптопары 25 подключен к эмиттеру первого транзистора 1, а его анод через двенадцатый резистор 22 - к положительному полюсу первой шины 14 питания.Время задержки гзад, элемента 30 вы- браНО В ПрЕдЕЛаХ тп ( Гзад.Гсбр, ГдЕ т, - время переходного процесса при переключении Режима Работы УстРойства, хабр-.Длительность отрицательного импульса сброса на шине 36,Устройство работает следующим образом.При образовании трех шин 14, 15 и 34 питания по шине 36 "Сброс" подается на й-вход триггера 31 отрицательный импульс, который устанавливает на инверсном выходе триггера высокий уровень напряжения,закрывающий транзистор 33. Реле 32 обесточена, и через его размыкающие контакты группы 32,1 второй вывод нагрузки подключается к первой общей шине 16. Так как на входную шину 18 не подается управляющий сигнал, то транзистор 3 заперт, положительное напряжение Е 1 с шины 14 через резисторы 8 и 9 прикладывается к базе транзистора 1 и закрывает его. Это же напряжение через резисторы 8 и 13 прикладывается к эмиттеру транзистора 2.Так как потенциал базы транзистора 2 отрицателен по отношению его эмиттера, то транзистор 2 насыщается, в связи с чем через его коллектор от источника Е 2 второй шины питания протекает ток через резистор 11 и стабилитрон 6, 159815440 4550 Стабилитрон 6 поддерживэет на базе транзистора 4 стабилизированное напряжение, которое открывает транзистор 4. В связи с этим через его коллектор и нагрузку за счет источника Е 2 протекает ток с отрицательной полярностью, который создает на резисторе 12 падение напряжения, величина которого не может быть больше стабилизированного напряжения на базе транзистора 4. Это позволяет в широком диапазоне коммутации нагрузки пропускать через нее стабилизированный ток. Падение напряжения на резисторе 12 прикладывается через резистор 19 к светодиоду оптопары 24 и поджигает его, в результате сопротивление фотодиода оптопары 24 становится небольшим и на вход первого элемента НЕ 26 подается нулевой уровень напряжения источника ЕЗ с второй общей шины 35. На выходе первого элемента НЕ 26 появляется высокий уровень напряжения ("лог.1"), который подается на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. Так как на резисторе 7 нет падения напряжения (транзистор 1 закрыт), то светодиод второй оптопары 25 не горит и, следовательно, сопротивление фотодиода этой оптопары 25 очень велико. В результате этоо от положительного полюса третьей шины питания через резистор 21 на вход второго элемента НЕ 27 подается высокий уровень напряжения, С выхода элемента НЕ 27 низкий уровень напряжения ("лог.О") подается на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. С выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 высокий уровень напряжения подается на первый вход элемента ИЛИ 29 непосредственно, а на второй вход через элемент 30 задержки, имеющий задержку,равную 7 зад.Высокий уровень напряжения ("лог.1") с выхода элемента ИЛИ 29 поступает на Я- вход триггера 31 и удерживает его в исходном состоянии, Устройство работает нормально.При изменении направления тока через нагрузку на противоположное подают на входную шину 18 управляющее напряжение положительной полярности.В результате открывается транзистор 3, который приводит к закрыванию транзистора 2 (потенциал его базы становится равным потенциалу эмиттера), и соответственно к запиранию транзистора 4. Так как коллекторный ток транзистора 4 не протекает, то гаснет светодиод первой оптопары 24, увеличивается значительно сопротивление фотодиода этой оптопары и на входе первого 5 10 15 20 25 30 35 элемента НЕ 26 появляется от источника ЕЗ через резистор 20 высокий уровень напряжения ("лог.1"). С выхода элемента НЕ 26 низкий уровень напряжения ("лог, 0") подается на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28.Одновременно с этим начинает протекать ток от положительнорго полюса источника Е 1 шины 14 через стабилитрон 5, резистор 9 и переход коллектор-эмиттер открытого транзистора 3 на первую общую шину 16 ( - Е 1), Стабилизированное напряжение со стабилитрона 5 подается на базу транзистора 1 и открывает его.Через транзистор 1, резистор 7, нагрузку от источника Е 1 протекает ток положительнОй полярности, Величина этого тока при изменении нагрузки в широких пределах постоянна за счет стабилизации напряжения на базе транзистора 1 и наличия резистора 7 обратной связи. Напряжение тока в нагрузке изменилось на.противоположное. При этом от падения напряжения на резисторе 7, создаваемом током, протекающим через транзистор 1, поДжигается через резистор 22 светодиод второй оптопары 25, сопротивление фотодиода этой опто- пары 25 становится небольшим и на входе элемента НЕ 27 появляется низкий уровень напряжения с второй общей шины 35. Высокий уровень напряжения с выхода второго элемента НЕ 27 подается на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. Так как уровни напряжения на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 изменились на противоположные, то состояние выхода ("лог,1") элемента 28 не изменилось, соответственно не изменилось состояние и элементов 29, 30. триггера 31, транзистора 33 и реле 32. Устройство продолжает нормально функционировать, обеспечивая протекание в нагрузке тока противоположного направления,В момент переключения устройства реверсирования тока, когда переходные процессы еще не установились, могут возникнуть ситуации, когда на обоих входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 будут высокие уровни напряжения (светодиод первой оптопары 24 еще не погас, а светодиод второй оптопары 25 зажегся) или низкие уровни (светодиод первой оптопары 24 погас, а светодиод второй оптопары 25 еще не зажегся).В обоих возможных случаях на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 во время переходного процесса появляется низкий уровень напряжения ("лог.О"), который приведет к ложному отключению исправного устройства. Чтобы этого во время пере 1598154ходного процесса не происходило введен элемент 30 задержки, который удерживает докоммутационное состояние (лог.1) выхода элемента 28 в течение времени тзд, на втором входе и соответственно выходе элемента ИЛИ 29, исключая, таким образом, ложное срабатывание устройства в момент его переключения на реверс.Описанная ситуация маловероятна изза высокого быстродействия элементов устройства и, следовательно, ничтожное время переходного процесса (х-+О ), однако она возможна, поэтому в устройстве предусмотрен элемент 30 задержки, исключающий на время тзад, ее воздействие.Предлагаемое техническое решение позволяет определять следующие неисправности, которые могут возникнуть в процессе работы: отказ транзисторов. 1, 2, 4 (обрыв или пробой перехода); обрыв любого из резисторов 8, 9, 11, 13; пробой любого из стабилитронов 5 и 6; обрыв нагрузки.Рассмотрим случай, когда устройство работает без управляющего сигнала на входной шине 18 (транзистор 4 открыт и определяет величину и направление тока через нагрузку, а транзистор 1 закрыт). При нарушении цепи управления транзистором 4, например обрыве любого из резисторов 8, 13, 11, переходе транзистора 2, пробое стабилитрона 6 (короткий переход анод-катод) или обрыве перехода самого транзистора 4 ток через нагрузку прекращается. Следовательно, падение напряжения, создаваемое этим током на резисторе 12 и соответственно светодиоде первой оптопары 24, исчезает,В результате светодиод гаснет, и сопро-. тивление фотодиода этой оптопары 24 становится значительно больше величины резистора 20, т.е. на входе первого элемента НЕ 26 появляется высокий уровень на-. пряжения ("лог.1"), На выходе элемента НЕ 26 высокий уровень сменяется на низкий, соответственно эта смена происходит на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28. Так как на втором входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 низкий уровень (определяется штатной работой устройства), то а выходе этого элемента высокий уровень сменяется низким уровнем ("лог.О"). На первом входе элемента ИЛИ 29 появляется логический нуль, однако за счет того, что на втором входе элемента 29 продолжает сохраняться "лог.1" в течение времени ъд., обеспечиваемая элементом 30, то состояние элемента 29 и последующих йЗ-триггера 31, транзистора 33 и реле 32 в течение времени гзед, остается неизменным и второй конец нагрузки остается подключенным к первой общей шине16. Так как неисправность постоянн, то навыходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 285 остается низкий уровень напряжения и через время тд, на втором входе элементаИЛИ 29 появляется низкий уровень напряжения. В результате на выходе элемента 29происходит изменение напряжения с высо 10 кого уровня до низкого, что вызывает переключение ЯЗ-триггера 31, На инверсномвыходе этого триггера высокий уровень сменяется низким, который через резистор 23подается на транзистор 33 и открывает его,15 При этом срабатывает реле 32, снимает общую шину 16 с нагрузки и переключает еена шину 37 сигнализации. Аналогично устройство работает и при обрыве нагрузки,В случае нормальной работы транзисто 20 ра 4 (горит светодиод первой оптопары 24 ина первом входе элемента 28 - логическаяединица) при пробое перехода транзистора1 поджигается светодиод второй оптопары25, резко уменьшается сопротивление фото 25 диода оптопары 25 и на вход элемента НЕ27 подается низкий уровень напряжения. Врезультате на втором входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 появляется высокийуровень напряжения ("лог, 1"). а на выходе30 этого элемента - "лог.О",Аналогично через время гзд, происходит переключение первой общей шины 16 снагрузки на шину 37 сигнализации.При всех режимах работы устройства35 (прямой или реверс) любая неисправность вустройстве, приводящая к тому, что на двухвходах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28появляется одновременно одинаковое состояние ("лог.1" или "лог.О") в ечение вре 40 мени, превышающего тзад, приводит котключению нагрузки и образованию сигнальной шины 37.Такимобразом, предлагаемое техническое решение одновременного контроля со 45 стояния напряжения на резисторах 7 и 12 впроцессе работы устройства реверсирования тока позволяет в случае отказа транзисторов 1, 2, 4 (пробой или обрыв перехода)стабилитронов 5, 6 (пробой перЬхода анод 50 катод) и обрыва нагрузки или резисторов 8,9, 11 и 13 отключить первую общую шину 16с нагрузки и образовать шину 37 сигнализации, т.е. повысить надежность работы. Формула изобретенияУстройство реверсирования тока по авт. св. М 1422394, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы и контроля, в негоЗаказ 3070 Тираж 669 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Пооизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 введены реле, пятый транзистор, первая и вторая диодные оптопары, первый и второй элементы НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент задержки, элемент ИЛИ, ВЗ- триггер, причем анод светодиода первой оптопары через восьмой резистор подключен к эмиттеру четвертого транзистора, его катод - к аноду второго стабилитрона, а анод фотодиода этой оптопары - к второй общей шине, его катод через девятый резистор - к положительному полюсу третьей шины питания и через первый элемент НЕ - к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ непосредственно, а к второму входу элемента ИЛИ - через элемент задержки, выход элемента ИЛИ соединен с 5-входом ЙЗ-триггера, В-вход которого подключен к шине "Сброс", а инверсный выход ЯЗ-триггера через десятый резистор - к базе пятого транзистора, змиттер которого соединен с положительным полюсом третьей шины питания, а коллектор - с первым вы водом обмотки реле, второй вывод которойподключен к второй общей шине, размыкающая группа контактов реле включена между вторым выводом нагрузки и первой общей шиной, а замыкающий контакт этой 10 группы-с сигнальной шиной, катодфотодиода второй оптопары соединен черезодиннадцатый резистор с положительным полюсом третьей шины питания и через второй элемент НЕ - с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ ИЛИ, аегоанод-с второйобщей шиной,катод светодиода этой оптопары подключен к эмиттеру первого транзистора, а его анод черездвенадцатый резистор- к положительному полюсу первой шины питания.