Трехпозиционное реле

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ боез Сюавтских

Сеециалкстическин

Реслублик

<11 714367 и АВХОе СКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.05.77 (21) 2487972/! 8-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Ci 05 D 23/19

Государственный нвинтет

СССР но делам нзооретеннй н отнрытнй

Опубликовано 05.02.80. Бюллетень №5 (53) УДК 621,374 (088.8) Дата опубликования описания 15.02.80 (72) Автор изобретения

Л. П. Дмитренко (71) Заявитель (54) ТРЕХПОЗИЦИОННОЕ РЕЛЕ

Изобретение относится к области автоматики и предназначено в сочетании с различными датчиками сопротивления (терморезисторами, фоторезисторами, гигристорами и др.), тока, напряжения и т. п. для трехпозиционного регулирования температуры, давления, тока, напряжения и др. неэлектрических и электрических величин.

Известно трехпозиционное реле, содержащее трехпозиционное чувствительное устройство, блокинг-генератор, разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на тиристорах. Недостатком известного устройства является отсутствие зоны нечувствительности и дифференциала между переключениями исполнительных аппаратов (1).

Известно также бесконтактное реле с пороговым устройством на однопереходном транзисторе с RC-контуром в цепи эмиттера транзистора. Недостаток известного устройства — не обеспечивается трехпозиционная характеристика срабатывания исполнительных аппаратов (2) .

Целью изобретения является обеспечение возможности трехпозиционного регулирования параметров управляемого объекта с высокой достоверностью функционирования.

Для достижения поставленной цели в трехпозиционное реле, содержащее порого5 вый элемент на первом однопереходном транзисторе, первая база которого соединена с управляющим электродом первого тиристора, катод которого подключен к общий шине, к которой подсоединен один вывод резистора, другой вывод которого подключен к первой базе первого однопереходного транзистора, эмиттер которого подсоединен через конденсатор к общей шине и через резистор к точке соединения первых выводов датчйка сопротивления и переменного резистора, npui 5 чем второй вывод датчика сопротивления подключен к общей шине, а второй вывод переменного ре."истора к подвижному контакту потенциометра, один неподвижный вывод которого через переменный резистор подключен к общей шине, а второй неподвижный вывод к плюсовой шине источника питания постоянного тока, дополнительно введены пороговые элементы на однопереходных транзисторах, конденсаторы, резисторы, ди714367 и / оды, потенциометры, симистсры, причем в,:рая база пе вого однопереходного транз :тора через конденсатор соединена со своим эмиттером и че, -.з резистор с подвижным K0: = тактом потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к пл:осовой шине источника питан..я постоянного тока второй неподвижный в.;вод через постояннь,й резистор и переменный резистор подключен к общей шине и непос,едственно — — к аноду диода, катод которого ерез резистор подключен к точке соединения анода первого тиристора с первым выводо л резистора, второй вывод которого подключ н к упраьляющему электроду первого симистора, и первым выводом конденсатора, в орой вывод которого подключен к первой шине источника переменного тока и к первому токовому выводу первого симистора, котор .е через резистор подключены к плюсовой шине источника питания постоянного тока, к которой подключена одна обкладка конденса-.ора., вторая обкладка которого соединена с эмиттером второго однопереходного транзистор,, первая база которого соединена с управля. ющ»м электродом второго тиристора, катод которого подключен к общей шине, к которой подсоединен один вывод резистора, второй вывод которого подключен к первой базе второго однопереходного транзистора, эмпттер которого через конденсатор подсоеi»»e» ко второй базе своего однопереходного тра»зистора, которая через резистор подклю| ена к подвижному контакту потенциомстра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине источника»остоянного тока, второй неподвижный вывод через резистор подключен к общей шине и

»оср«дстве»»о к аноду диода, катод которо го через резистор подключен к аноду второго тиристора, который через параллельное со«дине»ие резистора и конденсатора под:.:.лючен к первой шине источника переменного тока, к которой подключен первый токо»ый вывод второго симистора, управляющий электрод которого через резистор подключе» к точке соединения первой обкладки

: 0!Iд«нсатора, вторая обкладка которого подключе»3 к первому токовому выводу второго симистора и анода третьего тиристора, катод которого подключен к общей шине, уйравляюгций электрод — к первой базе тр«тьего однопереходного транзистора непосредственно и через резистор — к общей шине, к которой подключен один вывод резистора, второй вывод которого подключен через резистор к плюсовой шине источника постоянного тока и непосредственно — ко второи базе третьего однопереходного транзистора, эмиттер которого через конденсатор подклюJ чен к общей шине, через резистор — к плюсовои шине источника питания постоянного тока и непосредственно — к аноду диода, катод которого подключен к эмиттеру в орого од .;зпереходного транзистора и к точке соедчнения анода диода и первого вывода резистора, причем катод диода подключен к эмиттеру первого однопереходного транзистора, а второй вывод резистора — к точке соединения датчика сог;,зтивления и переменного резистора, вторая шина источника переменного тока через соответствующие исполнительные органы подключена ко вторым токовым выводам первого и второго симисторов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства.

Е трехпозиционное реле, содержащее пороговый элемент на однопереходном транзисторе 1, первая база которого соединена с управляющим электродом тиристора 2, катод которого подключен к общей шине 3, к которой подсоединен один вывод резистора 4, другой вывод которого подключен к первой базе однопереходного транзистора 1, эмиттер которого подсоединен через конденсатор 5 к общей шине 3 и через резистор 6 к точке соединения первых выводов датчика 7 сопротивления и переменного резистора 8, причем второй вывод датчика 7 сопротивления подключен к общей шине 3, а второй вывод переменного резистора 8 — к подь. ж»ому контакту потенциометра 9, один неподвижный вывод которого через переменный резистор 10 подключен к общей шине 3, а втсоой неподвижный вывод — — к плюсовой шике 11 источника питания постоянного тока допьчнительно введены пороговые элементы на однопереходных транзисторах, конденсаторы, резисторы, диоды, потенциометры, симисторы, причем вторая база однопереходного транзистора 1 через конденсатор 12 соединена со своим эмиттером и через резистор

13 — — с подвиж ым контактом потенциометра

14, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине 11 источника литания постоянного тока, второи неподвижныи вывод через постоя«ный резистор 15 и переменный резистор 16 и дключен к общей шине

3 и»епосредственно — к аноду диода 17, катод которого через резистор 18 подключен к точке соединения анода т оистора 2 с первым выводом резистора 19, в1 )poH вывод которого подключен к управляк щему электроду симистора 20, и первым выводом конденсатора 21, второй вывод которого подключен к первой шине 22 источника переь енного тока и к первому токовому выводу симистора 20, которые через резистор 23 подключены к плюсовой шине 11 источника питания постоянного тока, к которой подключена о. на обкладка конденсатора 24, вторая обкладка которого соединена с эмиттером однопереходного транзистора 25, первая база коорого соединена с управляющим электродом тиристора 26, катод которого подключен к общей шине 3, к которой подсоединен один

714367

3 вывод резистора 27., второй вывод которого подключен к первой базе однопереходного транзистора 25, эмиттер которого через конденсатор 28 подсоединен ко второй базе своего однопереходного транзистора 25, которая через резистор 29 подключена к подвижному контакту потенциометра 30, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине 11 источника постоянного тока, второй неподвижный вывод через резистор 31 подключен к общей шине и непосредственно — — к аноду диода 32, катод которого через <О резистор 33 подключен к аноду тиристора 26, который через параллельное соединение резистора 34 и конденсатора 35 подключен к первой шине 22 источника переменного тока, к которой подключен первый токовый вывод

45 симистора 36, управляющий электрод которого через резистор 37 подключен к точке соединения первой обкладки конденсатора 38, вторая обкладка которого подключена к первому токовому выводу симистора 36, и анода тиристора 39, катод которого подключен м к общей шине 3, управляющий электрод— к первой базе оди транзистора

40 непосредственного и через резистор

41 — к общей шине 3, к которой подключен один вывод резистора 42, второй вывод которого подключен через резистор 43 к плюсовой шине 11 источника постоянного тока и непосредственно — ко второй базе однопереходного транзистора 40, эмиттер которого через конденсатор 44 подключен к общей шине 3, через резистор 45 — к плюсовой шине зо

11 источника питания постоянного тока и непосредственно — к аноду диода 46, катод которого подключен к эмиттеру однопереходного транзисторг 25 и к точке соединения анода диода 47 и первого выводг резистора

48, причем катод диода 47 подключен к эмиттеру однопереходного транзистора 1, а второй вывод резистора 48 к точке соединения датчика сопротивления 7 и переменного резистора 8, вторая шина 49 источника переменного тока через соответствующие испол- до нительные органы 50, 51 подключена ко вторь .м токовым выводам симисторов 20, 36 и нспосрсдственно — к одному выводу первичной обмотки трансформатора 52 источника питания постоянного тока, второй вывод ко45 торой подкгночен к первой шине 22 источника переменного тока, вторичнгя обмотка трансформатора источника питания постоянного тока подключена к входам выпрямительного моста 53, положительный вывод которого подкл очен .к положительной обкладке 5о конденсатора 54 фильтра и к плюсовой шине

11 истопника питания постоянного тока, а отрицательный вывод — к отрицательной обкладке конденсатора 54 фильтра и к общей шине 3.

Нг фиг. 2 представлены временные диаграммы в характерных точках трехпозиционб ного реле, при температуре больше нормы (фиг. 2а), равной норме (фиг. 2б) и меньшей нормы (фиг. 2в), где11 — эпюры напряжений на конденсаторе 44

U I,0 — порог срабатывания порогового элемента на однопереходном транзисторе 40

U: + — эпк ры напряжений на конденсаторе 24

E щ — напряжение источника питания постоянного тока

Ь с g — эпюры напряжени и на конденсаторе 5

Uz — порог срабатывания порогового элемента на однопереходном тргн— зисторе

Uz — порог срабатывания порогового

"М элемента на однопереходном транзисторе 25

U7 — напряжение на верхнем выводе датчика сопротивлений 7 относительно общей шины 3

Т40 — период колебаний генератора на транзисторе 40

Т qq — период колебаний генератора на транзисторе 25

Т, — период колебаний генератора »а транзисторе 1

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания отпирается транзистор 25, поскольку его э IHTTcр подключен к плюсу источника питания через конденсатор 24, и последний пропускает через себя, транзистор 25 и промежуток управляющий электрод-катод тиристора 26 импульс тока. При этом конденсатор 24 заряжается до напряжения источника питания, а тиристор 26 открывается и удерживается в открытом положении за счет постоянного тока, протекающего по его анодной цепи. Когда, например, контролируемая температура в зоне установки датчика 7 сопротивления выше нормы, его сопротивление невелико и падение напряжения на нем будет ниже напряжения отпирания транзисторов 1 и 25.

А -.ак кгк RC-контур 45, 44 подключен непосредственно к источнику питания, кондеHсатор 44 заряжается до напряжения, при котором переход эмиттер-база транзистора 40 смещается в прямом направлении. В эти моменты будет включаться транзистор 40, и конденсатор 44 разряжается на резистор 41, вызывая отпирание тиристора 39. При этом за счет коммутирующих конденсаторов 35 и 38 и общего резистора 23 запирается тиристор 26. Через промежуток катод-управляющий электрод симистора 36, резистор 37 и анодную цепь тиристора 39 течет ток, под действием которого симистор 36 отпирается.

Исполнительный орган 51, например реле, электромагнит, двухфазный электродвига7!4367 тель вк;почается, уменьшая, например, поступление теплоносителя к ооъекту регулирования. При помощи резисторов 42 и 43 «орог срабатывания транзистора 40 устанавливается заведомо ниже порога срабатывания транзисторов 1 и 25. Поэтому хотя ко«де«сатор 44 через разделительные диоды 46 и 47 соединен с эмиттерами транзисторов 25 и 1, в этом случае будет отпираться периодически ли шь транзистор 40.

Когда температура объекта регулирования уменьшается до номинального з«ачения, сопротивление датчика 7 сопротивления увеличится и возрастет падение «апряжения на нем до величины, превышающей напряжение отпирания транзистора 25, «о ниже напряжения отпирания транзистора 1 на величину, определяющую зону нечувствительности трехпозиционного реле. Поэтому конденсатор 24 начинает периодически заряжаться через переход эмиттер-база тра«зистора 25 на резистор 27, вызывая отпирание тиристора 26. Тиристор 26, отпираясь, вызывает с помощью конденсаторов 36, 38 и резистора 23 запирание тиристора 39. Симистор 36 закрывается, и исполнительный орган 51 отключается. Через разделительный диод 46 конденсатор 44 разряжается на эмиттер-базу транзистора 25, блокируя тра«зистор 40 от периодических срабатываний. Как только отпирается тиристор 26, за счет шу«тирования резистор 31 через разделительный диод 32 резистором 33 уменьшается напряжение второй базы транзистора. Это обеспечивает создание дифференциала между переключениями исполнительного органа 51.

В случае уменьшения температуры ниже нормы падение напряжения на датчике 7 сопротивления превысит порог сраба г»1вaния транзистора 1. Следовательно, конденсатор 5 будет периодически разряжаться через эмиттер-базу транзистора 1 на резистор

4. При этом будут отпираться тиристор 2 и симистор 20, и вкл1очится исполнительный орган 50, осуществляя увеличение подачи теплоносителя. С помощью конденсаторов

21 и 35 и резистора 23 тиристор 26 запирается. Периодически отпираясь, транзистор

1 будет осуществлять через разделительные диоды 46 и 47 разряд конденсатора 44 и заряд конденсатора 24, разряжающегося на резисторы 48 и 8, блокируя отпирание транзисторов 25 и 40. За счет шунтирования резистора 15 резистором 18 через диод !7 и тиристор 2 уменьшается порог отпирания транзистора 1. Этим создается дифференциал между порогом срабатывания и отключения исполнительного органа 50. В дальнейшем работа регулятора повторяется.

Постоянная времени RC-контура 48, 24 выбирается выше чем постоянная време«и

RC-контура 5, 6 и ниже чем в RC-контура

46, 44. Напряжение срабатывания трехпозицио1;ного реле регулируется с помощью пот< «циометров 14, 30. Уставка срабатыва«ия релс задается потенциометром 9. Общая зона «счувствительности между срабатывания 1« исполнительных органов 50 и 51 изме5

««ется при помощи переменного резистора

16. Конденсаторы !2 и 28 обеспечивают помсхозащигценпость схемы реле.

Ска".ан«ое выше иллюстрируется эпюрами «апряже«ий в характерных точках трехпозиционного реле.

1о При температуре в зоне датчика больше нормы (рис. 1а) релаксирует лишь генератор на транзисторе 40. Напряжение на ко«де«саторе 24 уменьшается HB величину напряжения на датчике !)г. На конденсаторе 5 напряжение равно U<

Если температура датчика равна температуре уставки, релаксирует генератора на тра«зисторс 25. В этом случае напряжение

«а конденсаторе 24 (Uee4) изменяется, примерно, на величину порога отпирания транго зистора 25 (1 ра5). На конденсаторе 44 напряжение Ue44 не достигает порога отпираHHH транзистора 40 (UT4p). Напряжение на ко«денсаторе 5 (U45) меньше порога сраоатывания транзистора (Uctl).

25 !

1ри температуре ме«ьше заданной pe,;l:.1«сирует генера "îð на транзисторе 1. В это : случае ко«де11сатор 5 заряжается до

1«эрога срабатыва«ия тра1гзистора 1 и заряжается до остаточного напряжения тра«30:Hcтора. Конденсатор 24 не успевает разрядиться на величину Utp5 из-за подзаряда через диод 47 до напряжения источника пита«ия F. H . Конденсатор 44, разряжаясь чер диоды 46 и 47 «а тра«зистор 1, не ус35 псвает запядиться до напряжения срабатыв!«Ha транзистора 40 (Uxlg,). Как видно из диаграмм, время Т4 > Tp,5 >Т1 для чего постоянные времени выбираются т 4 45 >

> 5 4,5,4454>т5455. Порог срабатывания Ux4p (1Ъ5 (Поскольку однопереходные транзисторы, ис«ользуемые в схеме реле в качестве пороговых элементов, характеризуются высокой стабильностью порога срабатыва«ия при колебаниях в широких пределах напряжения питания и температуры окружающей среды, предложенное реле обладает высокой точ«остью работы. Схема трехпозиционного реле характеризуется простотой и бесконтактностью, что делает ее высоконадежной в работе. Устройство характеризуется высокой гувствительностью, его входное сопротивле«ие может достигать сотен кОм, а к его выходу могут быть подключены исполнитель„ные механизмы значительной мощности.

Предлагамое реле может найти применение не только в сочетании с датчиками температуры, но может быть использовано и с другими датчиками, например, фоторезисторами, гигристорами, датчиками давления, тока, 714367

10 напряжения и т. п. В этом случае предложенное устройство обеспечивает трехпозиционное регулирование освещенности, влажности, давления, тока и других величин.

Формула изобретения

Трехпозинионное реле, содержащее пороговый элемент на первом однопереходном транзисторе, первая база которого соединена с управляющим электродом первого ти- 1о ристора, катод которого подключен к общей шине, к которой подсоединен один вывод резистора, другой вывод которого подключен к первой базе первого однопереходного транзистора, эмиттер которого подсоединен через конденсатор к общей шине и через резистор к точке соединения первых выводов датчика сопротивления и переменного резистора, второй вывод датчика сопротивления подключен к общей шине, а второй вывод переменного резистора к подвижному кон- ?» такту потенциометра, один неподвижный вывод которого через переменный резистор подключен к общей шине, а второй неподвижный вывод к плюсовой шине источника питания постоянного тока, отличающ, ется тем, что, с целью обеспечения возможности трех .? j позиционного регулирования параметров управляемого объекта с высокой достоверностью функционирования, в него дополнительно введены пороговые элементы на однопереходных транзисторах, конденсаторы, ре- з» зисторы, диоды, потенциометры, симисторы, причем вторая база первого однопереходного транзистора через конденсатор соединена со своим эмиттером и через резистор с подвижным контактом потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине источника питания постоянного тока, второй неподвижный вывод через постоянный резистор и переменный резистор подключен к общей шине и непосредственно — к аноду диода, катод которого 4О через резистор подключен к точке соединения анода первого тиристора с первым выводом резистора, второй вывод которого подключен к управляющему. электроду первого симистора, и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к первой шине источника переменного тока и к первому токовому выводу первого симистора, которые через резистор подключены к плюсовой шине источника питания постоянного тока, к которой подключена одна обкладка щ конденсатора, вторая обкладка которого соединена с эмиттером второго однопереходного транзистора, первая база которого соединена с управляющим электродом второго тиристора, катод которого подключен к общей шине, к которой подсоединен один вывод резистора, второй вывод которого подключен к первой базе второго однопереходного транзистора, эмиттер которого через конденсатор подсоединен ко второй базе своего однопереходного транзистора, которая чс роз резистор подключена к подвижному контакту потенциометра, первый неподвижный вывод которого подключен к плюсовой шине источника постоянного тока, второй неподвижный вывод через резистор подключен к общей шине и непосредственно -- к аноду диода, катод которого через резистор подключен к аноду второго тиристора. который через параллельное соединение резистора и конденсатора подключен к первой шине источника переменного тока, к которой подключен первый токовый вывод второго симистора, управляющий электрод которого через резистор подключен к точке соединения первой обкладки конденсатора, вторая обкладка которого подключен к IJE ðâoìó токовому выводу второго симистора, и 3H03à третьего тиристора, катод которого подключен к общей шине, управляющий электрод — к первой базе третьего однопереходного транзистора, непосредственно и через резистор — к общей шине, к которой подключен один вывод резистора, второй вывод которого подключен через резистор к плюсовой пгине источника постоянного тока и непосре jcTB(íHo — ко второй базе третьего однопереходного транзистора, эмиттер которого через конденсатор подключен к общей шине, через резистор — к плюсовой шине источника питания постоянного тока и непосредственно —— к аноду диода, катод которого подключен к эмиттеру второго однопереходного транзистора и к точке соединения анода диода и первого вывода резистора, причем катод диода подключен к эмиттеру первого однопсреходного транзистора, а второй вывод резистора — к точке соединения датчика сопротивления и переменного резистора, вторая шина источника переменного тока через соответствующие исполнительные органы подключена ко вторым токовым выводам первого и второго симисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 455330, кл. G 05 D 23/19, 07.09.78.

2. Тиристоры. Технический справочник.

Пер.с англ. под ред. Лабунцова В. A. и др., 1971, с. 336, рис. 13 — 12.

714367

/иг г " (Л

ЬИ

Составитель Г. Пешков

Редактор Д. Милитеев Техред K. 1Пуфрич Корректор Н. Задерновская

Заказ 9287/45 Тираж 956 Боднисное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4