токоограничивающее устройство для цепи лампы накаливания постоянного тока, коммутируемой контактом

Формула изобретения

ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕПИ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, КОММУТИРУЕМОЙ КОНТАКТОМ, содержащее первый и второй входные выводы для включения устройства в цепь лампы накаливания, первый транзистор p - n - p-типа, первый опорный элемент со стабилитронной вольт-амперной характеристикой и два резистора, причем к первому входному выводу устройства подсоединены первые выводы первого опорного элемента и первого резистора, вторые выводы которых соединены соответственно с базой и эмиттером первого транзистора, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности защиты контакта от износа при дребезге, в устройство введены второй транзистор n - p - n-типа, три опорных элемента со стабилитронной вольт-амперной характеристикой и два резистора, причем база и коллектор первого транзистора соединены соответственно с коллектором и базой второго транзистора, эмиттер которого через второй резистор соединен с вторым входным выводом устройства, объединенные коллектор первого и база второго транзисторов соединены с первым выводом второго опорного элемента, второй вывод которого соединен с вторым входным выводом устройства, между эмиттером первого транзистора и вторым входным выводом устройства включена цепь, состоящая из последовательно соединенных третьего опорного элемента и третьего резистора, причем третий опорный элемент обращен к второму входному выводу устройства своим вторым выводом, а между первым входным выводом устройства и эмиттером второго транзистора включена цепь, состоящая из последовательно соединенных четвертого резистора и четвертого опорного элемента, который обращен к первому входному выводу устройства своим первым выводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике/ конкретнее к области электрозащиты контакта как у сухого геркона (с "дребезгом")/ полезное особенно для режима редких включений при нагрузке типа лампа накаливания (далее - ЛН)/ с повышенной электропроводностью/ вызывающей экстратоки первокоммутаций/ более чем на порядок превосходящие режимный (номинальный) ток указанной нагрузки.

Известно токоограничивающее устройство для цепи ЛН постоянного тока/ коммутируемой контактом/ содержащее первый и второй входные выводы для включения устройства в цепь ЛН/ выполненное в виде постоянного резистора (см. / например/ Руководство по применению. ОСТ 11.0152-85/ п. 4.1.1/ 1985 г./ с.47).

Использование такого устройства при стандартном режиме питания ЛН либо малоэффективно/ либо требует дополнительных энергозатрат и повышенного напряжения питания. Или приходится выбирать ослабленный режим нагрузки.

Указанные недостатки преодолеваются в устройстве для упомянутой цепи/ содержащем первый и второй входные выводы для включения устройства в цепь ЛН/ первый транзистор p-n-p-типа/ первый опорный элемент со стабилитронной вольтамперной характеристикой (ВАХ) и два резистора/ причем к первому входному выводу устройства подключены первые выводы первого опорного элемента и первого резистора/ вторые выводы которых соединены соответственно с базой и эмиттером первого транзистора (ж. Радио/ 1982/ N 4/ с.36).

Однако реализация такого устройства затруднена необходимостью использования дорогостоящих высококачественных быстродействующих транзисторов/ для отслеживания высокоскоростных (коммутационных) процессов в контакте. Экономичность электрозащиты относительно невысока из-за повышенного уровня энергопотерь при линейном режиме усиления транзисторов уже при наименьшем напряжении токостабилизации ( 5В). Относительно низка и надежность электрозащиты ввиду повышенной мощности/ коммутируемой в нагрузку (более чем на 30 %). Надежность электрозащиты понижена и ввиду ужесточения условий функционирования такого устройства в статике (при замкнутом после "дребезга" контакте и установлении номинального тока нагрузки). Кроме того/ понижается надежность электрозащиты от затягивания в динамике (при микросрабатываниях - в фазах микровыключений) из-за затягивания токостабилизацией размыкания - включение геркона на практически короткозамкнутую нагрузку. Короче говоря/ это означает эффективность защиты контакта в "дребезге".

Цель изобретения - повышение эффективности защиты контакта от износа в "дребезге".

Поставленная цель достижима тем/ что в токоограничивающее устройство для цепи ЛН постоянного тока/ коммутируемой контактом/ содержащее первый и второй входные выводы для включения устройства в цепь ЛН/ первый транзистор p-n-p-типа/ первый опорный элемент со стабилитронной ВАХ и два резистора/ причем к первому входному выводу устройства подсоединены первые выводы первого опорного элемента и первого резистора/ вторые выводы которых соединены соответственно с базой и эмиттером первого транзистора/ в это устройство введены второй транзистор p-n-p-типа/ три опорных элемента со стабилитронной ВАХ и два резистора/ причем база и коллектор первого транзистора соединены соответственно с коллектором и базой второго транзистора/ эмиттер которого через второй резистор соединен со вторым входным выводом устройства/ объединенные коллектор первого и база второго транзисторов соединены с первым выводом второго опорного элемента/ второй вывод которого соединен со вторым входным выводом устройства/ между эмиттером первого транзистора и вторым входным выводом устройства включена цепь/ состоящая из последовательно соединенных третьего опорного элемента и третьего резистора/ причем третий опорный элемент обращен ко второму входному выводу устройства своим вторым выводом/ а между первым входным выводом устройства и эмиттером второго транзистора включена цепь/ состоящая из последовательно соединенных четвертого резистора и четвертого опорного элемента/ который обращен к первому входному выводу устройства своим первым выводом.

Суть дела в том/ что силовая скоростная коммутация при каждом выключении нагрузки поручена потенциально-смещенному резисторному делителю/ составленному резистором обратной связи и резисторно-стабилитронной цепочкой/ соответствующего из своих транзисторов устройства. Этим предотвращается дугообразование/ которому обычно способствует токостабилизация. (Действуя в интервалах микрозамыканий в дребезге/ последняя обычно способствует усиленному износу контакта/ а также и при штатных размыканиях).

Существенность отличий определяется неизвестностью введения потенциально-смещенного резисторного делителя напряжения ибо существенно изменяется алгоритм функционирования как при коммутациях в дребезге (микросрабатывания в динамике)/ так и в статике при замкнутом контакте/ непосредственно вослед "дребезга"/ который (алгоритм) характерен появлением релейности.

На чертеже показан вариант электросхемы заявленного устройства для ЛН - цепи постоянного тока.

Токоограничивающее устройство 1 подключено к электроцепи ЛН 2 источника 3 постоянного тока через коммутирующий контакт сухого геркона 4. В устройстве 1 содержатся первый и второй входные выводы 5/ 6/ первый транзистор 7 p-n-p-типа/ первый стабилитрон 8 и два резистора 9/ 10 обратной связи/ причем к первому входному выводу 5 подсоединены первые выводы первого стабилитрона 8 и первого резистора 9 обратной связи/ вторые выводы которых соединены/ соответственно/ с базой и эмиттером первого транзистора 7. В устройстве 1 имеется и второй транзистор 11 n-p-n-типа/ три стабилитрона 12/ 13/ 14 и два резистора 15/ 16/ причем база и коллектор первого транзистора 7 соединены соответственно с коллектором и базой второго транзистора 11/ эмиттер которого через второй резистор 10 обратной связи соединен со вторым входным выводом 6/ объединенные - коллектор и база транзисторов 7 и 11 соединены с первым выводом второго стабилитрона 12/ второй вывод которого соединен со вторым выводом 6/ между эмиттером первого транзистора 7 и вторым входным выводом 6 устройства 1 включена цепь/ состоящая из последовательно соединенных третьего стабилитрона 13 и третьего резистора 15/ которые совместно с резистором 9 обратной связи образуют запорный потенциально-смещенный резисторный делитель (для транзистора 7). Между первым выводом 5 и эмиттером второго транзистора 11/ включена цепь/ состоящая из последовательно соединенных 4 резистора 16 и четвертого стабилитрона 14/ которая совместно с резистором 10 образует второй запорный делитель напряжения (для транзистора 11).

Устройство функционирует так. При срабатывании геркона 4 с "дребезгом" замыкаются его контакты в цепи постоянного тока источника 3 с ЛН 2. Особенность функционирования схемы рассмотрим на статическом режиме контакта с момента окончания "дребезга"/ когда контакты геркона гальванически замкнуты (статика). За время "дребезга" ЛН 2 прогревается незначительно/ а триоды 7 и 11 успевают включиться. Вначале устройство 1 функционирует как токостабилизатор/ в котором часть мощности рассеивается на делителях. Однако затем при нарастании напряжения транзисторы запираются делителями 9/ 15/ 13 и 10/ 16/ 14/ поэтому максимальные ток и напряжения достигают меньших значений/ чем если бы отсутствовали цепочки 15/ 13 и 14/ 16. По запирании транзисторов 7/ 11 ЛН 2 прогревается через делители относительно медленно с тепловой постоянной нити ЛН и между точками 5/ 6 напряжение и ток достигают минимума (начало участка отрицательного сопротивления). Величина динамического сопротивления ЛН при этом примерно равна 2/3 Rгop). Здесь происходит скачок рабочей точки с возвратом ее на токостабилизирующий участок ВАХ и дальнейший прогрев ЛН идет стабилизированным током/ ибо триоды 7/ 11 теперь открыты. Аналогично функционирует схема и при микросрабатываниях в "дребезге"/ только сопротивление ЛН 2 при этом меняется незначительно и процессы/ аналогичные описанным (в статике)/ происходят значительно быстрее/ ибо определяются - сверхскоростными процессами "дребезга" контакта 4.

Было установлено/ что напряжение стабилитронов должно быть не менее чем минимальное напряжение стабилизации устройства при отключенных стабилитрон-резисторных цепочках и для германиевых транзисторов составляет примерно 0/25 номинального напряжения - U_ном- (паспортное напряжение ЛН). При этом рабочая точка срыва (минимальное напряжение - начало отрицательного сопротивления находится над статической ВАХ ЛН) - условие работоспособности устройства токоограничения).

Использование изобретения удешевляет и упрощает устройство за счет возможности применения невысокоскоростных транзисторов/ например/ германиевых при элетрозащите герконового типа контактов при их работе на нагрузку типа ЛН. Повышается надежность электрозащиты как за счет облегчения работы самого устройства/ так и геркона. Возрастает эффективность электрозащиты.