Способ искробезопасного питания нелинейных нагрузок и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горной электротехнике и позволяет увеличить искробезопасную мощность при импульсном режиме работы электрооборудования во взрывоопасной атмосфере. Для этого пусковому току придают колебательньй характер. Контролируют ток в цепи нагрузки 7. При достижении им определенной величины отключают нагрузку 7 от источника 1 постоянной I / фу D и :о ю j

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (50 4 2 F

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ASTOPCHOMV СЕИД .:ТЕЛЬСТВУ (21) 3941661/22"03 (22) 08.08.85 (46) 30.05.87, Бюл. Р 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт "KysНИУИ" (72) Ф.А.Бакаев, В,К.Коломников, M.À.ÂàñHåâ и Б.В,Поллер (53) 621.311.69(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(702183, кл. Е 21 F 9/00, 1975, Авторское свидетельство СССР

У 1104302, кл. E 21 F 9/00, 1983. (54) СПОСОБ ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ПИТАНИЯ

НЕЛИНЕЙНЫХ НАГРУЗОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУП1ЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горной электротехнике и позволяет увеличить искробезопасную мощность при импульсном режиме работы электрооборудования во взрывоопасной атмосфере. Для этого пусковому току придают колебательный характер. Контролируют ток в цепи нагрузки 7. При достижении им определенной величины отключают нагрузку 7 от источника 1 постоянной

131 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 ?, поддерживается на заданном искробезопасном уровне, меньшем энергии образования ядра пламени. В устройство для осуществления способа в цепь, соединяющую вывод ИПЭЭ 1 с выводом. колебательного контура 5, состоящего из емкостного 9 и индуктивного 8 элементов (ИЭ), и выводом нагрузки 7, включен последовательно магнитоуправляемый контакт .3 с соос4124 но 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 соответственно встречно направленные магнитные потоки (МП) Р и Я . Колебательный

1 процесс под действием нелинейной нагрузки 7 основан на действии результирующего МП магнита 2 и ИЭ 8 и возникает при условии <Р в>(Р, †Р(, где P — рабочий MII контакта 3. 2 с.п. ф-лы, 2 ил„

Изобретение 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 электри— ческой 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 выходную цепь которого включен первый вывод параллельного колебательного контура

5, причем управляющий вход ключевого элемента 4 соединен с одним из выводов датчика 6 тока, а первый вывод ключевого элемента 4 соединен с первым из выводов источника 1 электрической энергии и через цепь датчика

10 тока соединен с одним из выводов нагрузки ?, причем магнитоуправляемый контакт 3 с соосно расположенной на нем катушкой индуктивности колебательного контура включен последовательно в цепь, соединяющую второй вывод источника 1 электрической энергии с другим выводом колебательного контура 5 и другим выводом нагрузки

7. Постоянный магнит 2 расположен

20 параллельно катушке индуктивности колебательного контура 5 и создает магнитный поток Р . Колебательный кон1 тур 5 состоит из соединенных параллельно индуктивности 8, возбуждающей при прохождении тока магнитный поток P и емкости 9. Потоки P и Ч на9 2 правлены встречно друг другу. В качестве ключевого элемента 4 может использоваться транзистор, базо-эмит30 терная цепь которого шунтируется резистивным датчиком 6 тока.

Устройство работает следующим образом.

В статическом режиме коммутация электрической цепи источника 1 элек3 трической энергии осуществляется магнитоуправляемьпч контактом 3 путем воздействия на него магнитным потоком

13141 Р . Управление магнитоуправляемым кон»

1 порогового. значения, соответствующего удержанию контактов в замкнутом состоянии, и происходит размыкание магнитоуправляемого контакта и отключение нагрузки.от источника электрической энергии. Магнитоуправляемый контакт находится некоторое время в ра50 зомкнутом состоянии за счет сохранения величины потока р (действие запасенной энергии в колебательном контуре). Когда поток Р уменьшится до того значения, что разность1 Р— Ч 1

1 станет больше значения рабочего магнитного потока P < магнитоуправляемого контакта, он вновь замыкается, и ранее рассмотренный режим работы тактом происходит от внешнего посто5 янного магнита 2 прямоугольной формы, установленного параллельно замыкающим контактам на некотором расстоянии

При 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. E результате последний закрыт и в цепи коллектора транзистора протекает обратный ток I . Протекающий в цепи коко лебательного контура 5 обратный коллекторный ток возбуждает в катушке индуктивности 8 встречный магнитный поток Р, отличающийся от магнитного потока Р„, создаваемого постоянным магнитом, на 2 — 3 порядка, и магнитоуправляемый контакт остается зам-25 кнутым.

В пусковых режимах, когда сопротивление нелинейной нагрузки R.. близ1» ко к нулю, в цепи протекает ток короткбго замыкания, и на датчике тока . возникает падение напряжения, которое по своему значению превышает напряжение отсечки кремниевых транзисторов U >US .. В результате в цепи

g ьт коллектора транзисторного ключа протекает .шунтирующий ток, который воз35 буждает в катушке индуктивности колебательного контура 5 магнитный поток Р, направленный встречно потоку Р . Поэтому разностный магнитный по1 ток, воздействующий на продольно расположенный магнитоуправляемый контакт, становится значительно меньше

24 4 источника возобновляется до тех пор, пока не завершится переходный про- цесс, обусловленный действием нелинейной нагрузки °

Изменение параметров колебательного процесса в пусковых режимах, а именно амплитуды, длительности и периода следования протекающего в цепи тока обусловлено изменением со противления нелинейной нагрузки. Изменение протекающего в цепи датчика тока изменяет падение напряжения на входе транзисторного ключа и, как следствие, его базового тока, пропорционально которому увеличивается коллекторный ток, что влечет за собой изменение тока в катушке индуктивности. Изменение протекающего в кол- лекторной и индуктивной цепи тока вызывает изменение магнитного потока и, как следствие, величины запасенной в колебательном контуре энергии.

Характер изменения магнитного потока обусловлен протеканием в цепи катушки индуктивности тока и запасенной в колебательном контуре энергии, а величина сопротивления нагрузки — длительностью и периодом коммутации магнитоуправляемых контактов. Частота коммутации магнитоуправляемых контактов ограничена их механической инерцией.

В импульсном режиме питания, когда выделенная источником энергия значительно меньше энергии, способствующей формированию минимального ядра пламени, размыкание контактов не происходит, и рассматриваемый режим имеет стационарный характер.

При допушении, что контур подвержен действию единичного импульса в момент его замыкания, в нем возникает затухающий колебательный процесс, декремент затухания которого связан с добротностью колебательного конту" ра. Обеспечение необходимого порога . срабатывания ключа и соответствующих искробезопасных параметров источника достигается подбором значения резистивного датчика 6 тока..

В аварийном режиме, когда сопротивление нагрузки R =О, ток коротко го замыкания можно изменять магнитным потоком Р посредством изменения

1 расстояния 1 от продольной оси магнитоуправляемого контакта и оси постоянного магнита.

Таким образом, постоянный магнит

2, колебательный контур 5, ключевой

13!41

5 элемент 4, датчик 6 тока совместно с нагрузкой 7 образуют единую автоколебательную ячейку, работающую от источника I постоянной электрической эйергии и характеризующуюся колебательным переходным режимом под действием нелинейной нагрузки, основанном на действии результирующего магнитного потока катушки индуктивности и постоянного магнита. Колеба- 10 тельный процесс, обусловленный действием нелинейной нагрузки, возникает при условии Р

1 где " Ь. ра рабочий магнитный поток магнитоуправляемого контакта; соответствующие магнитные потоки постоянного магии- 20 та и катушки индуктивности. P и Р

Таким 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 30 накачки оптических излучателей, а, следовательно, повысить мощность их излучения; ограничить величину энергии, выделяемой на нагрузке в импульсном режиме работы, за счет уменьшения длительности протекания тока и увеличения периода повторений импульсов тока пропорционально увеличению амплитуды импульсов тока; обеспечить комбинированное питание на- 40 грузки: в стационарном режиме питание нагрузки осуществляется постоянным током при сопротивлении нагрузки большем или равном номинальному значению и в переходном режиме пита- 45 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 счет управления режимами работы источника от постоянного магнита.

Кроме того, постоянный магнит можно закрепить на поворотной оси.

24 корпуса приемника электрической энергии и конструктивно совместить

его с элементами механической блокировки, сделав его одновременно и выключателем. Угол механической блокировки конструкции йскробезопасного источника соответствует, например, д =90

Формула и з о 6 р е т е н и я

1. 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, отличающийся 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.

1314124

Составитель Г.Нунупаров

Редактор Н.Киштулинец Текред В.Кадар

Корректор С.Черни

Заказ 2196/39

Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4