ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
VOLTAGE INDICATOR

Изобретение относится к области измерения токов или напряжений и индикации их наличия, а именно к устройствам индикации наличия напряжения. Устройство может быть использовано для индикации наличия высоковольтного напряжения как в сетях постоянного, так и в сетях переменного тока.
Известно устройство индикации напряжения (патент CN 107957513, класс G01R 19/155, Inductive voltage indicator, дата приоритета 17.10.2016 г., дата публикации 24.04.2018 г.), содержащее однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, конденсаторы, резисторы, транзисторы, тиристор, дроссель и светодиодный индикатор. Изобретением решается задача независимости яркости свечения светодиодного индикатора от величины напряжения контролируемой цепи. Кроме того известная схема может быть использована как на постоянном, так и переменном токе.
Недостатком известной схемы является гальваническая связь контролируемой цепи с контактами светодиодного индикатора.
Известен оптико-электронный датчик тока (патент RU 2365922, ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ТОКА, класс G01R 19/00, дата приоритета 07.04.2008 г., дата публикации 27.08.2009 г.), содержащий первичный преобразователь, кодирующий блок, оптический канал связи, приемный блок, блок питания информационной части, батарею светоизлучателей, дополнительные оптические каналы, батарею фотоэлементов, стабилизатор напряжения. Изобретение обеспечивает гальваническую развязку оптико-электронного датчика тока высокого напряжения от информационной цепи.
Недостатком известного устройства является необходимость питания информационной цепи от гальванически изолированного блока питания. Кроме того, для передачи информации о величине тока используется дорогое и недостаточно надежное оптоволокно. Кроме того, в случае повреждения оптоволокна не всегда имеется возможность его быстрой замены, т.к. при замене требуется соответствующая оснастка.
Наиболее близким по технической сущности является устройство индикатора напряжения (патент CN 2068688, HIGH EFFICIENCY ENERGY-SAVING INDICATOR LAMP, класс G01R 19/155; G01R 19/18, дата приоритета 02.01.1991 г., дата публикации 20.11.1991 г.), содержащее однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, конденсаторы, резисторы, транзистор, диоды, согласующий трансформатор и индикаторную лампу. На транзисторе, диодах, резисторах, конденсаторе и первичной обмотке трансформатора собран генератор импульсов, при этом электромагнитная энергия, накопленная в первичной обмотке согласующего трансформатора, передается на вторичную обмотку трансформатора для питания индикаторной лампы. При этом вторичная обмотка согласующего трансформатора имеет гальваническую связь с контролируемой цепью. Достоинством известного устройства является использование высокоэффективной энергосберегающей индикаторной лампы, которая обладает преимуществами идеальной яркости свечения и меньшим энергопотреблением.
Недостатком прототипа является наличие гальванической связи контролируемой цепи с контактами индикаторной лампы, которая в случае замыкания одного из контактов индикаторной лампы на корпус электроустановки может привести к поражению обслуживающего персонала электрическим током.
Предлагаемый индикатор напряжения позволяет обеспечить гальваническую развязку измерительной и индикаторной цепей и тем самым повысить электробезопасность при его использовании. Изобретение кроме того значительно упрощает схему устройства.
Для достижения технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: индикатор напряжения, (содержащий также как и прототип резистор, однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, трансформатор напряжения, конденсатор, диод и индикаторную лампу, причем конденсатор подключен к плюсовому и минусовому выводам однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения а выводы вторичной обмотки трансформатора напряжения подключены к выводам индикаторной лампы), в отличие от прототипа дополнительно содержит оптоэлектронный ключ, а выводы переменного тока однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключены к выводам контролируемой сети, плюсовой вывод однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения через резистор подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа и первому выводу ключа его выходной части, катод светодиода оптоэлектронного ключа подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора напряжения и катоду диода, анод которого соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора напряжения, вторым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа и минусовым выводом однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения.
Сущность изобретения заключается в том, что гальваническая развязка между измерительной и индикаторной цепями обеспечивается за счет того, что оптоэлектронный ключ совместно с первичной обмоткой трансформатора и балластным резистором реализуют однотактный релаксационный генератор, благодаря которому трансформатор напряжения способен передавать электромагнитную энергию на вторичную обмотку трансформатора, к которой подключена индикаторная лампа.
Предложенный индикатор напряжения может быть использован как на постоянном, так и переменном токе.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - обеспечение гальванической развязки измерительной и индикаторной цепей решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентноспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области измерения токов или напряжений и индикации их наличия не выявил отдельных отличительных признаков заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства
Индикатор напряжения содержит резистор 1, однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 2, трансформатор напряжения 3, конденсатор 4, диод 5 и индикаторную лампу 6. Конденсатор 4 подключен к плюсовому и минусовому выводам однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 2. Выводы вторичной обмотки трансформатора напряжения 3 подключены к выводам индикаторной лампы 6. Индикатор напряжения дополнительно содержит оптоэлектронный ключ 7. Выводы переменного тока однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 2 подключены к выводам контролируемой сети 8. Плюсовой вывод однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 2 через резистор 1 подключен к аноду светодиода оптоэлектронного ключа 7 и первому выводу ключа его выходной части. Катод светодиода оптоэлектронного ключа 7 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора напряжения 3 и катоду диода 5, анод которого соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора напряжения 3, вторым выводом ключа выходной части оптоэлектронного ключа 7 и минусовым выводом однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 2.
Работа индикатора напряжения происходит следующим образом.
При подключении индикатора напряжения к выводам контролируемой сети 8 однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 2 выпрямляет контролируемое напряжение, если оно переменного тока либо организует требуемую полярность питания измерительной цепи, если оно постоянного тока. Конденсатор 4 осуществляет сглаживание пульсации выпрямленного напряжения однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 2. Резистор 1 выполняет роль балласта и ограничивает ток, протекающий через светодиод оптоэлектронного ключа 7, первичную обмотку трансформатора 3 и через ключ выходной части оптоэлектронного ключа 7. Оптоэлектронный ключ 7 совместно с первичной обмоткой трансформатора 3 и резистором 1 реализуют однотактный релаксационный генератор, благодаря которому трансформатор напряжения 3 способен передавать электромагнитную энергию на вторичную обмотку трансформатора напряжения 3, к которой подключена индикаторная лампа 6. Произведем более подробное описание электромагнитных процессов происходящих в однотактном релаксационном генераторе. При наличии напряжения на выводах постоянного тока однофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 2 и на выводах конденсатора 4 происходит нарастание тока, протекающего через резистор 1 светодиод оптоэлектронного ключа 7 и первичную обмотку трансформатора напряжения 3. При достижении током, протекающим через светодиод оптоэлектронного ключа 7 величины достаточного для его срабатывания светодиод оптоэлектронного ключа 7 осветив ключ выходной части оптоэлектронного ключа 7 включит его, тем самым закоротив цепь светодиод оптоэлектронного ключа 7 и первичной обмотки трансформатора напряжения 3. Ток через светодиод оптоэлектронного ключа 7 спадет до нуля при этом ключ выходной части оптоэлектронного ключа 7 откроется тем самым вернув схему однотактного релаксационного генератора в начальное состояние. Таким образом напряжение на первичной обмотке трансформатора напряжения 3 имеет пульсирующую форму и трансформатор напряжения 3 производит передачу электромагнитной энергии во вторичную обмотку для питания индикаторной лампы 6. Таким образом, обеспечивается гальваническая развязка напряжения контролируемой сети 8 от напряжения на индикаторной лампе 6. При этом вся предложенная схема индикатора напряжения кроме индикаторной лампы 6 может и должна быть расположена возле контролируемой сети 8, а индикаторная лампа 6 может быть безопасна, вынесена в любое место. Данное схемное решение позволит защитить обслуживающий персонал от поражения электрическим током. Следует отметить, что при необходимости использования индикатора напряжения на постоянном токе из схемы могут быть исключены однофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 2 и конденсатор 4.
Предложенная схема может быть использована в любых высоковольтных сетях как переменного, так и постоянного тока либо может быть использована в преобразователях электрической энергии для осуществления безопасной индикации наличия напряжения. Устройство отличается простотой, минимальным энергопотреблением, содержит минимальное количество элементов и не требует дополнительного источника электропитания для индикаторной цепи, а также обеспечивает высокую степень электробезопасности как самой контролируемой установки, так и обслуживающего ее персонала. Кроме того схема индикатора напряжения отличается универсальностью и может работать как на постоянном, так и переменном токе.
Изобретение было создано специалистами кафедры «Электропривода и электрооборудования береговых установок» ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» и апробировано на имитационной математической модели. Полученные результаты позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».