устройство автоматического повторного включения

Формула изобретения

Устройство автоматического повторного включения, содержащее резистор, последовательно соединенные входной вывод, первый измерительный преобразователь, открытый канал коммутатора и выходной вывод, общий вывод, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй измерительный преобразователь, первый и второй компараторы, первый и второй задатчики опорных уровней и RS-триггер так, что второй измерительный преобразователь включен между выходным и общим выводами через закрытый канал коммутатора, выходы первого и второго измерительных преобразователей соединены с сигнальными входами первого и второго компараторов соответственно, входы установки опорных уровней которых соединены с выходами первого и второго задатчиков опорных уровней, вход S триггера соединен с выходом первого компаратора и вход R триггера соединен с выходом второго компаратора, а выход триггера соединен с управляющим входом коммутатора, причем резистор включен параллельно открытому каналу коммутатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизации энергосистем и может быть использовано в защите устройств электроснабжения от превышения токов нагрузки предельно-допустимых значений.

Известно устройство, содержащее измерительный преобразователь, включенный между входным выводом для подключения источника питания и выходным выводом для подключения цепи питания нагрузки с одной стороны, общий вывод для подключения источника питания и цепи питания нагрузки с другой стороны (см. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту устройств электроснабжения СЦБ / Министерство путей сообщения. Главное управление электрификации и энергетического хозяйства. М.: Транспорт, 1988, с.12, рис.7 на с.15).

Недостатком известного устройства является то, что при превышении предельно-допустимого уровня тока устройство периодически производит включение нагрузки, что может привести к перегреву и отказу источника питания.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство автоматического повторного включения, содержащее резистор, последовательно соединенные входной вывод, первый измерительный преобразователь, открытый канал коммутатора и выходной вывод, общий вывод и принятое за прототип (см. патент №2183894 «Устройство автоматического повторного включения» авторы Монолаков В.А., Юдин В.В. и др. Опубликовано 20.06.2002 г., Бюл. №17).

Недостатком известного устройства является то, что устройство работает в режиме короткого замыкания в цепи питания нагрузки. Наличие в цепи питания тока перегрузки, который больше рабочего тока, но меньше тока короткого замыкания и меньше тока срабатывания электромагнитного реле, не обеспечит аварийного отключения нагрузки от источника питания.

Сущность изобретения заключается в следующем. Катастрофический отказ источника питания и нагрузки может возникнуть как при протекании токов короткого замыкания, так и при превышении тока в цепи предельно-допустимого значения при перегрузке. Ток перегрузки меньше тока короткого замыкания. К причинам, вызвавшим протекание тока перегрузки, можно отнести неполное короткое замыкание в цепи питания нагрузки и в самой нагрузке, внешнее воздействие. Это может быть межвитковое замыкание катушки индуктивности, отказ элементов нагрузки, вызвавший изменение электрического режима, повышение температуры и т.д.

Величина предельно-допустимого тока может изменяться в широких пределах исходя из конкретных режимов работы источника питания, нагрузки, внешних воздействий. Как правило, величину предельно-допустимого значения тока задают. Для осуществления автоматического повторного включения устройством защиты, срабатываемой при превышении тока перегрузки заданного предельно-допустимого значения тока, величина тока повторного включения I_вкл меньше предельно-допустимого значения тока и больше рабочего тока в цепи при нормальном режиме работы. В противном случае, если, например, ток повторного включения будет больше предельно-допустимого значения, то при повторном включении опять сработает защитное отключение цепи и процесс включения и отключения будет повторяться периодически. Или, например, если ток повторного включения будет меньше рабочего тока, то автоматического повторного включения не произойдет. В частном случае, когда требуется осуществить автоматическое повторное включение после самоустранения полного короткого замыкания в цепи, ток повторного включения может быть выбран в интервале токов от рабочего тока до тока короткого замыкания. Предельно-допустимое значение тока можно выбрать из этого же интервала независимо от выбранного тока повторного включения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в восстановлении цепи питания нагрузки посредством автоматического повторного включения при самоустранении причин, вызвавших появление токов перегрузки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известное устройство автоматического повторного включения, содержащее резистор, последовательно соединенные входной вывод, первый измерительный преобразователь, открытый канал коммутатора и выходной вывод, общий вывод, согласно изобретению дополнительно введены второй измерительный преобразователь, первый и второй компараторы, первый и второй задатчики опорных уровней и RS-триггер так, что второй измерительный преобразователь включен между выходным и общим выводами через закрытый канал коммутатора, выходы первого и второго измерительных преобразователей соединены с сигнальными входами первого и второго компараторов соответственно, входы установки опорных уровней которых соединены с выходами первого и второго задатчиков опорных уровней, вход S триггера соединен с выходом первого компаратора и вход R триггера соединен с выходом второго компаратора, а выход триггера соединен с управляющим входом коммутатора, причем резистор включен параллельно открытому каналу коммутатора.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков, перечисленных выше из формулы изобретения, и вышеизложенным техническим результатом заключается в следующем. Допустим, сопротивление нагрузки R_н включается между выходным и общим выводами. Произошло уменьшение сопротивления нагрузки в К раз, что вызовет увеличение тока в цепи тоже в К раз при неизменном напряжении U на входе. При достижении тока перегрузки предельно-допустимого значения I_пд коммутатор размыкает цепь питания и включает последовательно с уменьшенным сопротивлением нагрузки R_н/К высокоомный резистор R. В цепи будет протекать небольшой по величине ток I_мин , который много меньше рабочего тока I_р, I _мин<I_р. Величина тока I_мин будет равна

I_мин=U/(R+R_н/К)=KUI_p /(KI_pR+U),

где R_н=U/I_р .

Напряжение U_мин на сопротивлении нагрузки R_н/К будет

При исчезновении причин, вызвавших изменение рабочего тока, напряжение на нагрузке будет увеличиваться и при достижении значения u_вкл осуществится автоматическое повторное включение

где K₁=I_вкл/I_р.

Таким образом, задаваясь значениями рабочего тока, предельно-допустимого тока и тока автоматического повторного включения, обеспечивают режим работы устройства, при котором I_p<I_авт <I_пд.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);

- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;

- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменение ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

На чертеже изображена структурная схема устройства автоматического повторного включения.

Устройство содержит первый измерительный преобразователь 1, второй измерительный преобразователь 2, первый компаратор 3, второй компаратор 4, первый задатчик опорного уровня 5, второй задатчик опорного уровня 6, RS-триггер 7, коммутатор 8, высокоомный резистор R, выводы «Вход», «Выход», «Общий».

Работа устройства осуществляется следующим образом. Источник питания подключается с выводом «Вход» и «Общий», а цепь питания нагрузки к выводам «Выход» и «Общий». Рабочий ток I_р через устройство с одной стороны протекает через вывод «Вход», первый измерительный преобразователь 1, замкнутые контакты коммутатора 8, вывод «Выход», с другой стороны через вывод «Общий». С первого задатчика опорного уровня 5 на вход установки опорного уровня первого компаратора 3 подается напряжение, пропорциональное предельно-допустимому току I_пд. На сигнальный вход первого компаратора 3 подается напряжение с первого измерительного преобразователя 1, пропорциональное току, проходящему через устройство.

При превышении рабочего тока I_р заданного предельно-допустимого значения тока I_пд происходит превышение уровня на сигнальном входе первого компаратора 3 опорного уровня. Первый компаратор 3 переключает RS-триггер 7 по входу S и с выхода RS-триггера 7 подается сигнал на управляющий вход коммутатора 8, который размыкает канал прохождения тока через устройство и нагрузку и соединяет параллельно к цепи питания нагрузки второй измерительный преобразователь 2. Между источником питания (вывод «Вход») и цепью питания нагрузки (вывод «Выход») включается высокоомный резистор R. Ток через устройство резко снизится до значения I _мин=KUI_p/(KI_pR+U) и нагрузка практически будет отключена. Напряжение, которое установится на входе второго измерительного преобразователя 2, будет определяться выражением (1). На вход подачи опорного уровня второго компаратора 4 со второго задатчика опорного уровня 6 поступает уровень напряжения, пропорциональный уровню напряжения повторного включения U _вкл, которое в свою очередь соответствует току повторного включения I_вкл. На сигнальный вход второго компаратора 4 подается напряжение со второго измерительного преобразователя 2. При самоустранении причин, вызвавших превышение тока в цепи, напряжение на сигнальном входе второго компаратора 4 повысится и достигнет уровня U_вкл. Второй компаратор 4 переключит по входу R RS-триггер 7, с выхода которого подается сигнал на управляющий вход коммутатора 8, переключающий его в исходное состояние. Через нагрузку вновь начнет протекать рабочий ток I_р.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для интенсификации сушки мелких легкодеформируемых продуктов и сыпучих материалов;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».