Устройство для дистанционного управления пускателем с контролем сопротивления заземления

 

Использование: электрические сети, питающие передвижные горные машины, работающие в подземных шахтах. Сущность изобретения: выполнение измерительного элемента в виде интегрального таймера 12, работающего в режиме автогенератора с RC-цепью, включенной между выходом фильтра 27 низких частот и входом интегрального таймера 12, а также выполнение исполнительного органа на трансформаторе 21 звуковой частоты, выпрямителе 22 и реле 23, зашунтированном конденсатором 24, позволяет повысить надежность работы устройства. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для дистанционного управления пускателем с контролем сопротивления заземления на предприятиях угольной, нефтяной, химической и других отраслей промышленности.

Известное устройство дистанционного управления пускателем [1] содержит приемный блок со стабилизированным источником питания постоянного тока, импульсным трансформатором и выходным реле и кнопочный пуль управления с блокировочным реле, стабилизатором напряжения, ключевым элементом и генератором.

При нажатой кнопке "Пуск" возбуждается генератор и управляемый им ключ с частотой генератора закорачивает линию связи. Возникающие при этом пульсации тока выделяются импульсным трансформатором, в результате чего срабатывает выходное реле. Устройство исключает ложные срабатывания реле при обрыве и коротком замыкании линии связи или повреждении элементов устройства.

К недостаткам устройства следует отнести отсутствие защиты от перемежающегося короткого замыкания линии связи, что может привести к ложному включению устройства, сложность поста управления и приемного блока, снижающая надежность устройства; наличие блокировочного реле в посте управления, устанавливаемого на рабочей машине и подверженного значительным ударным и вибрационным нагрузкам, что может привести к самопроизвольному замыканию контактов блокировочного реле и ложному включению пускателя.

Известное устройство дистанционного управления [2], выбранное в качестве прототипа, содержит подключенный к сети разделительный трансформатор с двумя выходными обмотками, к первой обмотке через ограничительный резистор и линию связи с заземляющей жилой кабеля подключен кнопочный пост управления с концевым диодом, к первому выводу ограничительного резистора подключен общий вывод измерительного элемента, второй вывод ограничительного резистора через фильтр низких частот подключен к первому входу измерительного элемента, выводы питания которого через выпрямительный мост подключены к второй выходной обмотке разделительного трансформатора, параллельно выводам питания измерительного элемента подключен конденсатор, измерительный элемент выполнен в виде операционного усилителя, на второй вход которого подано напряжение, пропорциональное напряжению питания измерительного элемента, а к выходу - исполнительное реле.

В подземных выработках шахт корпуса пускателей подключаются к местным заземлителям, а заземляющими жилами кабелей, стационарно проложенных между пускателями и подстанцией, они соединены с заземляющим контуром. Благодаря этому сопротивление заземления пускателей практически равно нулю. Корпуса передвижных горных машин заземлены в результате их естественного контакта с почвой. Кроме того, заземляющей жилой гибкого кабеля, соединяющей пускатель с рабочей машиной, корпус последней соединен с корпусом пускателя.

Таким образом, заземляющая жила гибкого кабеля одним концом подключена к корпусу машины, а другим - к заземленному корпусу пускателя. Так как сопротивление естественного контакта с землей корпусов передвижных горных машин нестабильно и может изменяться в широких пределах, гибкие кабели между пускателями и передвижными горными машинами часто повреждаются, а подземные выработки шахт с точки зрения техники безопасности являются помещениями особо опасными, то по действующим правилам безопасности устройства дистанционного управления должны контролировать сопротивление заземляющей жилы гибкого кабеля между горной машиной и пускателем или сопротивление линии связи устройства дистанционного управления. При этом сопротивление заземляющей жилы гибкого кабеля и контактов в местах подключения заземляющей жилы к корпусам пускателя и горной машины условно принимается равным сопротивлению заземления рабочей машины.

Согласно нормативным документам устройствами дистанционного управления должно непрерывно контролироваться сопротивление линии связи дистанционного управления, практически равное сопротивлению заземления машины. Кроме того, учитывая тяжелые условия работы обслуживающего персонала в шахтах, устройства дистанционного управления должны сводить к минимуму вероятность ложных включений пускателей при повреждениях линии связи или самих устройств дистанционного управления.

Недостаток прототипа заключается в низкой надежности - различные повреждения измерительного элемента приводят к нарушению контроля сопротивления заземления или к ложному включению пускателя, что может вызвать воспламенение взрывоопасной смеси, поражение обслуживающего персонала электрическим током или травмирование самопроизвольно включившейся рабочей машиной.

Целью изобретения является повышение надежности устройств дистанционного управления.

Это достигается тем, что в устройстве дистанционного управления пускателем с контролем сопротивления заземления, состоящем из разделительного трансформатора с двумя выходными обмотками, к первой обмотке через ограничительный резистор и линию связи с заземляющей жилой кабеля подключен кнопочный пост управления с концевым диодом, причем к одному выводу ограничительного резистора подключен отрицательный вывод источника питания измерительного элемента, второй вывод ограничительного резистора через фильтр низких частот подключен к входу измерительного элемента, выводы питания которого через выпрямительный мост подключены к второй выходной обмотке разделительного трансформатора, параллельно выводам источника питания измерительного элемента включен конденсатор, а на выходе измерительного элемента включен исполнительный элемент, причем измерительный элемент выполнен в виде интегрального таймера, например, типа КР 1006ВИ1, в режиме автогенератора, времязадающая цепочка которого включена между выходом фильтра низких частот и отрицательным выводом источника питания таймера, а исполнительный элемент включен на выходе таймера и представляет собой, например, трансформатор звуковой частоты, ко вторичной обмотке которого через выпрямительный мост подключена катушка реле, зашунтированная конденсатором.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства.

На фиг. 2 - графики работы устройства: где U_ф - напряжение на выходе фильтра; U_с - напряжение на конденсаторе времязадающей цепочки; U_вых - напряжение на выходе триггера; U_тр - напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора звуковой частоты; U_р - напряжение на катушке реле; U_оп1 - напряжение на инверсном входе первого компаратора; U_оп2 - напряжение на прямом входе второго компаратора.

При этом рассматриваются следующие режимы работы: на фиг. 2а - нажата кнопка "Пуск", сопротивление линии связи меньше допустимого; на фиг. 2б - нажата кнопка "Пуск", сопротивление линии связи больше допустимого; на фиг. 2в - нажата кнопка "Стоп", обрыв или короткое замыкание линии связи.

Устройство состоит из подключенного к сети разделительного трансформатора 1 с первой 2 и второй 3 выходными обмотками. К первой выходной обмотке трансформатора через ограничительный резистор 4 и линию связи 5 с заземляющей жилой 6 кабеля подключен пост 7 управления с кнопками "Пуск" 8, "Стоп" 9 и концевым диодом 10.

Специальный разделительный трансформатор и ограничительный резистор обеспечивают при необходимости искробезопасность линии связи, что позволяет применять предлагаемое устройство во взрывоопасных помещениях и подземных выработках шахт. Для сохранения включенного состояния контактора после отпускания кнопки "Пуск" последняя может быть шунтирована, например, блокировочным контактом 11 контактора и резистором 34.

К одному выводу ограничительного резистора подключен отрицательный вывод источника питания измерительного элемента 12, выполненного в виде интегрального таймера, например, типа КР1006ВИ1. Таймер состоит из первого 13 и второго 14 компараторов, выход первого компаратора соединен с входом первого элемента И 15 и инверсным входом второго элемента И 16, выход первого элемента И соединен с S-входом RS-триггера 17; выход второго компаратора - с прямым входом второго элемента И, выход которого с R-входом RS-триггера. Прямой выход триггера через резистор 18 соединен с базой n-p-n-транзистора 19 и первым входом исполнительного элемента 20, второй вход которого подключен к отрицательному выводу источника питания таймера.

Исполнительный элемент состоит, например, из трансформатора 21 звуковой частоты, к вторичной обмотке которого через выпрямительный мост 22 подключена катушка реле 23, зашунтированная конденсатором 24.

Источник питания таймера состоит из включенного на зажимы второй выходной обмотки разделительного трансформатора выпрямительного моста 25 и конденсатора 26. К второму выводу ограничительного резистора подключен вход фильтра 27 низких частот.

При указанной на фиг. 1 полярности концевого диода, когда его анод соединен с заземляющей жилой кабеля, к выводу ограничительного резистора, соединенному с заземляющей жилой кабеля, подключается отрицательный вывод источника питания измерительного элемента, а к второму выводу ограничительного резистора подключен вход фильтра низких частот. При обратной полярности концевого диода к выводу ограничительного резистора, соединенному с заземляющей жилой кабеля, подключается вход фильтра низких частот, а к второму выводу ограничительного резистора - отрицательный вывод источника питания измерительного элемента.

К выходу фильтра низких частот подключена времязадающая цепочка таймера, состоящая из последовательно включенных первого резистора 28, второго резистора 29 и конденсатора 30. Первый резистор подключен к выходу фильтра низких частот, к точке соединения первого и второго резисторов подключен коллектор n-p-n-транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом источника питания таймера, к точке соединения второго резистора и конденсатора времязадающей цепочки подключены прямой вход первого компаратора и инверсный вход второго компаратора.

Инверсный вход первого компаратора и прямой вход второго компаратора подключены к делителю напряжения на резисторах 31, 32 и 33 таким образом, что опорное напряжение U_оп1, подаваемое на инверсный вход первого компаратора, равно
U_оп1=U_пит2/K₁, где U_пит2 - напряжение второй выходной обмотки разделительного трансформатора.

Опорное напряжение U_оп2, подаваемое на прямой вход второго компаратора, равно
U_оп2=U_пит2/K₂, при этом К₁<К
Устройство работает следующим образом. Когда кнопка "Пуск" отпущена, напряжение на выходе фильтра равно нулю. Когда оператор нажимает на кнопку "Пуск", на выходе фильтра появляется постоянное напряжение, величина которого при прочих равных условиях определяется сопротивлением заземления машины. Указанное напряжение поступает на времязадающую цепочку и конденсатор 30 начинает заряжаться.

Напряжение конденсатора поступает на прямой вход первого компаратора и на инверсный вход второго компаратора. Пока это напряжение меньше опорного напряжения U_оп2, поступающего на прямой вход второго компаратора с делителя напряжения, на выходах элементов 13, 15 и на S-входе триггера 17 сигналы будут равны логическому нулю, а на выходах элементов 14, 16 и на R-входе триггера 17 - логической единице. При этом сигнал на выходе триггера равен нулю и транзистор 19 закрыт. Когда напряжение U_с на конденсаторе 30 превысит напряжение U_оп2 (U_оп2<U<U), сигналы на выходах элементов 13-16 и на R- и S-входах триггера 17 станут равными нулю.

В соответствии с таблицей состояния RS-триггера сигнал на его выходе сохранится таким же, каким он был при предыдущем сочетании сигналов на R- и S-входах триггера, т.е. сигнал на выходе триггера будет по-прежнему равен нулю и транзистор 19 будет закрыт. Если напряжение на выходе фильтра не превысит величины U_оп1, то указанное состояние устройства сохранится и на выходе трансформатора 21 напряжение будет равно нулю. Такое напряжение на выходе фильтра может иметь место только в случае, когда кнопка "Пуск" нажата, но сопротивление заземления превышает допустимое (фиг. 2б). Таким образом, при отпущенной кнопке "Пуск" или при нажатой кнопке "Пуск", но сопротивлении заземления, превышающем допустимое, контактор пускателя отключен. Если же кнопка "Пуск" нажата при сопротивлении заземления, меньшем допустимого, то ток в линии связи возрастет и напряжение на выходе фильтра превысит напряжение U_оп1. Как только и напряжение на конденсаторе U_c станет больше U_оп1, сигналы на выходах элементов 13, 15 и на S-входе триггера 17 станут равными единице, а сигналы на выходах элементов 14, 16 и на R-входе триггера 17 останутся равными нулю.

При таком сочетании сигналов на входах сигнал на выходе триггера станет равным единице и транзистор 19 откроется. Конденсатор 30 при этом начнет разряжаться через транзистор 19 и резистор 29 и напряжение на нем начнет уменьшаться. При U_оп2<U<U, сигнал на выходе триггера будет сохраняться таким же, каким он был при предыдущем сочетании сигналов на его входах, т. е. равным единице. При этом транзистор 19 остается открытым и конденсатор 30 продолжает разряжаться. Лишь при достижении условия U_c<U транзистор 19 закроется и конденсатор 30 вновь начнет заряжаться. До тех пор, пока напряжение на выходе фильтра будет превышать U_оп1, процесс заряда-разряда конденсатора 30 будет продолжаться и на выходе таймера будет переменное напряжение, частота которого определяется параметрами времязадающей цепочки. При этом на выходе трансформатора 21 появляется напряжение, реле 23 срабатывает и включает контактор пускателя (фиг. 2а). Последний замыкает свой контакт 11 и после отпускания кнопки "Пуск" состояние устройства не изменится. Возможны и другие способы "подхвата", например изменением U_оп1 после включения контактора. При обрыве линии связи или нажатой кнопке "Стоп" в связи с отсутствием тока в линии связи напряжение на выходе фильтра равно нулю и реле 23 не включается (фиг. 2в). При коротком замыкании линии связи через резистор 4 протекает переменный ток и напряжение на выходе фильтра также равно нулю (фиг. 2в).

Как следует из приведенного описания работы устройства, таймер переходит в режим автогенератора и исполнительный элемент срабатывает только при нажатой кнопке "Пуск" и допустимом значении сопротивления заземления.

Частота выходного напряжения таймера определяется выражением
f_т=1,46(R₂₈+2R₂₉)C₃₀, где R₂₈ - сопротивление резистора 28;
R₂₉ - сопротивление резистора 29;
С₃₀ - емкость конденсатора 30.

При этом параметры элементов 28-30 выбираются такими, чтобы частота f_т как минимум на порядок превышала частоту сети, от которой питается разделительный трансформатор 1.

Соответственно трансформатор 21 звуковой частоты рассчитывается таким образом, чтобы трансформировать напряжение, частота которого не меньше f_т. При меньшей частоте напряжения на входе трансформатор насыщается и выходное напряжение резко снижается.

Так как повреждение элементов таймера приводит к срыву генерации, а при повреждении источника питания таймера на выходе таймера может появиться переменное напряжение лишь низкой частоты, равной частоте сети, которое не трансформируется повышающим трансформатором 21 звуковой частоты, то вероятность ложного включения пускателя или появления ошибок в измерении сопротивления заземления уменьшается. Это приводит к повышению надежности предлагаемого устройства дистанционного управления.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПУСКАТЕЛЕМ С КОНТРОЛЕМ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ, состоящее из разделительного трансформатора с двумя выходными обмотками, к первой обмотке через ограничительный резистор и линию связи с заземляющей жилой кабеля подключен кнопочный пост управления с концевым диодом, причем к одному выводу ограничительного резистора подключен отрицательный вывод источника питания измерительного элемента, второй вывод ограничительного резистора через фильтр низких частот подключен к входу измерительного элемента, выводы питания которого через выпрямительный мост подключены к второй выходной обмотке разделительного трансформатора, параллельно выводам источника питания измерительного элемента включен конденсатор, а на выходе измерительного элемента включен исполнительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, измерительный элемент выполнен в виде интегрального таймера, работающего в режиме автогенератора, времязадающая цепочка которого включена между выходом фильтра низких частот и отрицательным выводом источника питания таймера, а исполнительный элемент включен на выходе таймера и представляет собой трансформатор звуковой частоты, к вторичной обмотке которого через выпрямительный мост подключена катушка реле, зашунтированная конденсатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2