ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ПЕРЕМЕННОМУ ТОКУ
ELECTRONIC RELAY WITH OVERLOAD PROTECTION BY ALTERNATING CURRENT

Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в устройствах коммутации силовых цепей. Электромагнитные пускатели, электродвигатели, лампы накаливания и целый ряд других электротехнических устройств в начальный момент коммутации характеризуются пусковыми токами, в несколько раз превышающими по величине их рабочие токи в установившемся режиме. Как правило, время протекания пускового тока в исправной нагрузке такого типа невелико, что позволяет применять для их управления электронные ключи, способные выдержать значительные импульсные перегрузки, но рассчитанные по мощности рассеяния на токи установившегося режима работы. Однако заклинивание электромагнитного пускателя, межвитковое замыкание в обмотке электродвигателя и другие неисправности могут привести к тому, что в течение продолжительного времени коммутируемый ток в цепи нагрузки будет сохраняться на уровне выше ее рабочего тока в установившемся режиме. Возникающая длительная перегрузка по току из-за неисправности нагрузки, практически всегда приводит к выходу из строя электронного реле, если в его конструкции не предусмотрены специальные меры защиты.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является электронное реле с защитой от перегрузок по току [1], содержащее соединенные последовательно с нагрузкой электронный ключ и датчик тока нагрузки, блок защиты от перегрузок по току на релейных элементах, одновибраторе, логических элементах, и блок управления электронным ключом на триггерных элементах.
Целью изобретения является упрощение схемы электронного реле с защитой от перегрузок по переменному току и повышение надежности его работы.
Поставленная цель достигается тем, что в электронном реле, содержащем соединенные последовательно с нагрузкой электронный ключ и датчик тока нагрузки, блок защиты от перегрузок по току и блок управления электронным ключом, выход которого подключен к входу электронного ключа, блок защиты от перегрузок по току представляет собой преобразователь снимаемого с датчика тока нагрузки переменного сигнала в серию импульсов логического уровня, которые поступают на счетный вход блока управления электронным ключом, вход установки которого является входом управления электронным реле.
На фиг.1 представлена блок-схема электронного реле с защитой от перегрузок по переменному току.
Между первой 1 и второй 2 шинами источника питания переменного тока 3 последовательно подключены нагрузка 4, электронный ключ 5 и датчик тока нагрузки 6, к выходам 7 и 8 которого подключены, соответственно, входы 9 и 10 блока защиты от перегрузок по току 11. К входу 12 электронного ключа 5 подключен выход 13 блока управления электронным ключом 14, первый вход 15 которого является входом управления 16 электронного реле 17. Второй вход 18 блока управления электронным ключом 14 подключен к выходу 19 блока защиты от перегрузок по току 11.
При подаче на вход управления 16 электронного реле 17 сигнала включения происходит установка выхода 13 блока управления электронным ключом 14 в активное состояние и, соответственно, включение электронного ключа 5. После этого в цепи датчика тока нагрузки 6 начинает протекать переменный пусковой ток In, а соответствующее ему переменное пусковое напряжение Uп на выводах 7 и 8 датчика тока нагрузки 6 становится больше порогового напряжения Uпор на входах 9 и 10 блока защиты от перегрузок по току 11. Включившись, блок защиты от перегрузок по току 11 вырабатывает на выходе 19 серию импульсов логического уровня, количество Nп которых пропорционально времени tn протекания переменного пускового тока Iп. После перехода нагрузки в установившийся режим работы переменный рабочий ток Iр в цепи датчика тока нагрузки 6 становится существенно меньше переменного пускового тока Iп, а соответствующее ему переменное рабочее напряжение Up на выводах 7 и 8 датчика тока нагрузки 6 - меньше порогового напряжения Unop на входах 9 и 10 блока защиты от перегрузок по току 11. После этого выработка импульсов логического уровня на выходе 19 блока защиты от перегрузок по току 11 прекращается. В случае неисправной нагрузки 5 в цепи датчика тока нагрузки 6 течет переменный теперь уже аварийный ток Iа. Если он окажется больше переменного рабочего тока Iр и будет протекать в течение времени ta, большем времени tп, выработка импульсов логического уровня на выходе 19 блока защиты от перегрузок по току 11 продолжится до некоторого количества Na, пропорционального времени протекания переменного аварийного тока ta.
Блок управления электронным ключом 14 ведет подсчет импульсов логического уровня, которые поступают на его вход 18. Если количество подсчитанных импульсов будет Nп, активное состояние на выходе 13 блока управления электронным ключом 14 не изменится и электронный ключ 5 останется включенным. Если количество подсчитанных импульсов достигнет Na, то состояние на выходе 13 блока управления электронным ключом 14 изменится на неактивное, и электронный ключ 5 выключится. Очередную попытку включить электронный ключ 5 можно предпринять, подав на вход управления 16 электронного реле 17 сигнал включения. Однако если не будет устранена неисправность нагрузки 5, через время ta электронный ключ выключится вновь.
На фиг.2 представлен пример схемы электронного реле с защитой от перегрузок по переменному току.
Датчиком тока нагрузки 6 служит резистор 20.
В качестве электронного ключа 5 использован оптоэлектронный коммутатор переменного тока 21, режим работы которого по входу 12 задается резистором 22.
Блок защиты от перегрузок по току 11 реализован на транзисторном оптроне 23 со встречно параллельным включением входных светодиодов 24 и 25 и триггере Шмитта 26. С выхода 27 транзисторного оптрона 23 однополярные импульсы, по форме соответствующие форме сигнала коммутируемого источника питания переменного тока 3, поступают на вход 28 триггера Шмитта 26, который преобразует их в прямоугольные импульсы логического уровня, соответствующего типу применяемых цифровых микросхем и напряжению источника питания 29. Режим работы по выходу 27 транзисторного оптрона 23 задается резистором 30. Уровень порогового напряжения Unор блока защиты от перегрузок по току 11 регулируется резисторами 20 и 31.
Блок управления электронным ключом 14 выполнен на микросхеме цифрового счетчика (или сдвигового регистра) 32. Второму входу 18 блока управления электронным ключом 14 соответствует счетный вход (или тактовый вход) 33 цифрового счетчика (или сдвигового регистра) 32. Функцию первого входа 15 блока управления электронным ключом 14 выполняет вход установки 34 микросхемы цифрового счетчика (или сдвигового регистра) 32. В качестве выхода 13 блока управления электронным ключом 14 выбирается тот выходной разряд 35 микросхемы цифрового счетчика (или сдвигового регистра) 32, состояние которого с активного на неактивное меняется только при поступлении на второй вход 18 блока управления электронным ключом 14 Na импульсов.
Поставленная в изобретении цель достигается благодаря тому, что в предлагаемом электронном реле с защитой от перегрузок по переменному току, его времязадающие элементы напрямую связаны с динамическими характеристиками источника питания переменного тока 3, а не с параметрами, как правило, используемых для этих целей различного рода элементов задержки.
Пусть нагрузкой 4 электронного реле 17 является управляющая катушка электромагнитного пускателя, время срабатывания которого, соответствующее времени tп протекания переменного пускового тока Iп, составляет, например, 30 мс. При частоте 50 Гц переменного тока источника питания 3 период следования импульсов логического уровня, вырабатываемых на выходе 19 блока защиты от перегрузок по току 11, составит 10 мс. Следовательно, количество импульсов логического уровня Nп, которое пропорционально времени tп протекания переменного пускового тока Iп, будет равно трем. Для защиты электронного реле 17 от перегрузок по переменному току остается выбрать выходной разряд 35 микросхемы цифрового счетчика (или сдвигового регистра) 32, состояние которого с активного на неактивное меняется только тогда, когда количество импульсов, поступивших на второй вход 18 блока управления электронным ключом 14, будет больше или равно четырем.