устройство для токовой защиты нагрузки с самовосстановлением

Формула изобретения

Устройство для токовой защиты нагрузки с самовосстановлением, содержащее подключенные к клеммам источника питания первый оптрон и последовательно соединенные нагрузку, датчик тока и ключ, при этом выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, а также блок индикации, отличающееся тем, что в него введены основной и резервный предохранители, второй и третий оптроны, элемент И, первый и второй триггеры и генератор, при этом выводы основного и резервного предохранителей подключены к одной из клемм источника питания, другой вывод основного предохранителя подключен к точке соединения нагрузки, датчика тока и первого оптрона, другой вывод резервного предохранителя подключен к одному из силовых выводов ключа, выход первого оптрона подключен к установочному входу второго триггера, к входу сброса которого подключена кнопка, а выход подключен к входу генератора и второму входу элемента И, выход которого подключен к входу третьего оптрона, выход которого подключен к управляющему входу ключа, при этом выход порогового элемента подключен к входу второго оптрона, выход которого подключен к входу сброса первого триггера, выход которого подключен к первым входам блока индикации и элемента И, а установочный вход соединен с выходом генератора и вторым входом блока индикации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики для защиты цепей от перегрузок и коротких замыканий.

Известно устройство для токовой защиты нагрузки, содержащее блок формирования импульса управления, транзисторный ключ, датчик тока и пороговый элемент (см. авт. св. СССР №1257737, кл. Н 02 Н 3/08, 1985 г.).

Недостатком устройства является отсутствие возможности повторного включения отключенной нагрузки и индикации режима короткого замыкания.

Из известных устройств наиболее близким является устройство для токовой защиты нагрузки, содержащее подключенные к клеммам источника питания первый оптрон и последовательно соединенные нагрузку, датчик тока и ключ, при этом выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, а также блок индикации (см. авт. св. СССР №1697167, кл. Н 02 Н 3/08, 1989 г.).

Недостатком устройства является низкая надежность, отсутствие пожарной безопасности (при возможном пробое ключа), отсутствие информации о срабатывании защиты после восстановления питания.

Задача изобретения - повышение надежности, обеспечение пожарной безопасности и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача реализуется следующим образом.

В устройство для токовой защиты нагрузки с самовосстановлением, содержащее подключенные к клеммам источника питания первый оптрон и последовательно соединенные нагрузку, датчик тока и ключ, при этом выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, а также блок индикации, введены основной и резервный предохранители, второй и третий оптроны, элемент И, первый и второй триггеры и генератор, при этом выводы основного и резервного предохранителей подключены к одной из клемм источника питания, другой вывод основного предохранителя подключен к точке соединения нагрузки, датчика тока и первого оптрона, другой вывод резервного предохранителя подключен к одному из силовых выводов ключа, выход первого оптрона подключен к установочному входу второго триггера, к входу сброса которого подключена кнопка 16, а выход подключен к входу генератора и второму входу элемента И, выход которого подключен к входу третьего оптрона, выход которого подключен к управляющему входу ключа, при этом выход порогового элемента подключен к входу второго оптрона, выход которого подключен к входу сброса первого триггера, выход которого подключен к первым входам блока индикации и элемента И, а установочный вход соединен с выходом генератора и вторым входом блока индикации.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для токовой защиты нагрузки с самовосстановлением.

Устройство подключено к источнику питания (не показан) с клеммами 1 и 2, к которым через нагрузку 3 подключен основной предохранитель 4, параллельно которому подключены цепь, состоящая из последовательно соединенных резервного предохранителя 5, ключа 6 и датчика тока 7, и первый оптрон 8, при этом выход датчика тока 7 через пороговый элемент 9, к другому входу которого подключено пороговое напряжение, подключен к входу второго оптрона 10, выход которого подключен к входу сброса первого триггера 11, выход которого подключен к первому входу блока индикации 12 и первому входу элемента И 13, выход которого подключен к входу третьего оптрона 14, выход которого подключен к управляющему входу ключа 6, а выход первого оптрона 8 подключен к входу установки второго триггера 15, к входу сброса которого подключена кнопка 16, а выход подключен к второму входу элемента И 13 и входу генератора 17, выход которого подключен к входу установки первого триггера 11 и второму входу блока индикации 12.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания (переменного или постоянного) на клеммы 1 и 2 нагрузка 3 оказывается подключенной к источнику питания через основной предохранитель 4. При токе нагрузки, не превышающем номинального тока предохранителя, предохранитель 4 шунтирует цепь, состоящую из последовательно включенных датчика тока 7, ключа 6 и резервного предохранителя 5, исключая прохождение тока через ключ и влияние на него помех от источника питания, соединительной линии и нагрузки и способствуя, тем самым, повышению их надежности. Если ток нагрузки превышает ток срабатывания предохранителя 4, то он срабатывает и подключает напряжение питания к последовательно соединенным элементам 5, 6 и 7, а также к первому оптрону 8. При этом второй триггер 15 переключается в состояние логической “1”, включая генератор 17, который начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с периодом повторения примерно 1 с. По фронту импульса первый триггер 11 устанавливается в состояние логической “1”, открывая через элемент И 13 и третий оптрон 14 ключ 6. При этом через датчик тока 7 идет ток, определяемый напряжением питания U и сопротивлением нагрузки 3. Напряжение, поступающее на вход порогового элемента 9, сравнивается с заранее установленным пороговым напряжением U_пор. В случае превышения порогового напряжения пороговый элемент 9 вырабатывает сигнал сброса, который через второй оптрон 10 поступает на вход сброса первого триггера 11, который при этом устанавливается в состояние логического “0”, закрывая через элемент И 13 и третий оптрон 14 ключ 6 и включая в блоке индикации 12 красный светодиод. При этом время открытого состояния ключа 6 определяется быстротой последовательного переключения элементов 9, 10, 11, 13, 14 и 6. При поступлении следующего фронта импульса с выхода генератора 17 на вход установки второго триггера 11 процесс проверки тока нагрузки повторяется. При этом в блоке индикации 12 красный светодиод мигает с частотой примерно 1 Гц. В случае восстановления номинального сопротивления нагрузки в очередном цикле проверки пороговый элемент 9 не вырабатывает сигнала сброса. При этом триггер 11 не сбрасывается, ключ 6 остается открытым, а в блоке индикации гаснет красный светодиод и начинает мигать зеленый светодиод с той же частотой, сигнализируя о том, что перегрузка по току прекратилась.

При использовании в качестве основного и резервного предохранителей самовосстанавливающихся (многоразовых) предохранителей (например, типа Polyswitch фирмы Raychem или Multifuse фирмы Bourns) происходит самовосстановление предохранителя 4. При открытом ключе цепь, состоящая из резервного предохранителя 5, ключа 6 и датчика тока 7, шунтирует предохранитель 4, который остывает и восстанавливает низкое номинальное сопротивление. Для восстановления исходного состояния устройства требуется кратковременно нажать кнопку 16. При этом в блоке индикации 12 зеленый светодиод прекращает мигание, и устройство переходит в исходное состояние. Резервный предохранитель 5 предназначен для повышения надежности устройства. В случае срабатывания основного предохранителя 4 и пробоя ключа 6 резервный предохранитель 5 своим срабатыванием предотвращает возникновение аварийного тока короткого замыкания между клеммами 1 и 2, обеспечивая тем самым пожарную безопасность.