[go: up one dir, main page]

RU2570933C2 - Alternating-current spark protection unit - Google Patents

Alternating-current spark protection unit Download PDF

Info

Publication number
RU2570933C2
RU2570933C2 RU2013138065/07A RU2013138065A RU2570933C2 RU 2570933 C2 RU2570933 C2 RU 2570933C2 RU 2013138065/07 A RU2013138065/07 A RU 2013138065/07A RU 2013138065 A RU2013138065 A RU 2013138065A RU 2570933 C2 RU2570933 C2 RU 2570933C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
voltage
protection unit
spark
spark protection
Prior art date
Application number
RU2013138065/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013138065A (en
Inventor
Сергей Михайлович Оржеховский
Илья Борисович Захаров
Владимир Иванович Деордиев
Татьяна Петровна Рожина
Андрей Николаевич Нужный
Михаил Витальевич Грозных
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы"
Priority to RU2013138065/07A priority Critical patent/RU2570933C2/en
Publication of RU2013138065A publication Critical patent/RU2013138065A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2570933C2 publication Critical patent/RU2570933C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: alternating-current spark protection unit comprises transformer with magnetic shunt, two bilateral triode switches, two voltage-limiting circuits consisting of in-series suppressor and resistor, which common point is coupled to control electrode of the respective bilateral triode switch; each circuit is connected by its one end to the ground while the other ends and power leads of the triode switches are coupled to the respective outputs of the transformer secondary windings. The common point of suppressor and resistor may be connected to control electrode of the triode switch thorough an element with non-linear volt-ampere characteristic. Primary winding of the transformer may be coupled to source of spark voltage through a fuse. Primary and secondary windings of the transformer may be placed at lateral rods of E-core, which medium rod has a non-magnet gap. Two voltage-limiting circuits with triode switches may be doubled or tripled depending on the required level of intrinsic safety.
EFFECT: increasing spark-proof power.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение предназначено для питания устройств, находящихся во взрывоопасных средах, например на рудниках и шахтах, в том числе угольных, опасных по газу и пыли.The invention is intended to power devices located in explosive atmospheres, for example, in mines and mines, including coal, gas and dust hazardous.

Может найти применение в других отраслях промышленности, - нефтехимии, взрывоопасных производствах, подземных коммуникациях, тоннелях, метро и т.п.It can find application in other industries, such as petrochemistry, explosive industries, underground utilities, tunnels, subways, etc.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (авторское свидетельство на изобретение SU №319923 с приоритетом от 1969.07.25), содержащий трансформатор с магнитным шунтом, выпрямитель, стабилизатор на тиристоре и стабилитроне, тиристор опережающего отключения и сглаживающий фильтр на дросселе и конденсаторе, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы и снижения потерь на нагрев, анод тиристора опережающего отключения, силовая цепь которого шунтирована стабилитроном, соединен с дросселем сглаживающего фильтра, а катод - с управляющим электродом тиристора стабилизатора.The closest analogue (prototype) of the invention is a spark-safe power supply (copyright certificate for invention SU No. 319923 with priority from 1969.07.25), containing a transformer with a magnetic shunt, a rectifier, a stabilizer on a thyristor and a zener diode, a lead-out thyristor and a smoothing filter on the inductor and a capacitor, characterized in that, in order to simplify the circuit and reduce heating losses, the anode of the thyristor of the advanced shutdown, the power circuit of which is shunted by a zener diode, is connected to the throttle inductor ivayuschego filter, and the cathode - to the control electrode of the thyristor regulator.

Упомянутый ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ предназначен для питания устройств постоянного тока, что ограничивает область его применения, кроме того, он недостаточно защищен от существенных перенапряжений по входу.Mentioned ISKROPESENNY POWER SUPPLY is intended for power supply of direct current devices, which limits the scope of its application, in addition, it is not sufficiently protected from significant input overvoltages.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение искробезопасной мощности цепей переменного тока, снижение тепловых потерь на элементах в аварийных режимах, введение защиты от перенапряжений по входу, повышение помехоустойчивости.The technical problem to which this invention is directed is to increase the intrinsically safe power of AC circuits, reduce heat losses on elements in emergency conditions, introduce protection against input overvoltages, and increase noise immunity.

Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

Блок искрозащиты переменного тока содержит трансформатор с магнитным шунтом, два симистора, две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора и резистора, общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора, каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов, - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора.The AC spark protection unit contains a transformer with a magnetic shunt, two triacs, two voltage limiting circuits consisting of a suppressor and a resistor connected in series, a common point of which is connected to the control electrode of the corresponding triac, each circuit is connected at one end to ground, the second ends and power leads of the triacs , - with the corresponding terminals of the secondary winding of the transformer.

Общая точка супрессора и резистора может быть подключена к управляющему электроду симистора через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой.The common point of the suppressor and resistor can be connected to the control electrode of the triac through an element with a non-linear current-voltage characteristic.

Первичная обмотка трансформатора может быть подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель.The primary winding of the transformer can be connected to a source of spark hazard voltage through a fuse.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор.The primary and secondary windings of the transformer can be located on the side rods of the U-shaped core, the middle core of which has a non-magnetic gap.

Две цепи ограничения напряжения с симисторами могут дублироваться или троироваться в зависимости от требуемого уровня искробезопасности.Two voltage limiting circuits with triacs can be duplicated or tripled depending on the required level of intrinsic safety.

Предлагаемый блок искрозащиты переменного тока, а также варианты его исполнения обеспечивают оптимальный выбор для конкретных применений и могут работать, например, при передаче звуковых сигналов по проводным линиям связи.The proposed AC spark protection unit, as well as its variants, provide an optimal choice for specific applications and can work, for example, when transmitting audio signals through wired communication lines.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого блока искрозащиты переменного тока.Figure 1 shows a functional diagram of the proposed block spark protection AC.

Блок искрозащиты переменного тока содержит трансформатор Т1 с магнитным шунтом, два симистора, 1VS1 (2VS1), две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора 1VD1 (2VD1) и резистора 1R1 (2R1), общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора 1VS1 (2VS1), каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов 1VS1 (2VS1), - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора Т1.The AC spark protection unit contains a transformer T1 with a magnetic shunt, two triacs, 1VS1 (2VS1), two voltage limiting circuits consisting of a suppressor 1VD1 (2VD1) and a resistor 1R1 (2R1) connected in series, the common point of which is connected to the control electrode of the corresponding triac 1VS1 (2VS1), each circuit is connected at one end to the ground, the second ends and power terminals of the triacs 1VS1 (2VS1), - with the corresponding terminals of the secondary winding of the transformer T1.

Две цепи ограничения напряжения 1VD1, 1R1 (2VD1, 2R1) с симисторами 1VS1 (2VS1) могут дублироваться или троироваться в зависимости от требуемого уровня искробезопасности.Two voltage limiting circuits 1VD1, 1R1 (2VD1, 2R1) with triacs 1VS1 (2VS1) can be duplicated or tripled depending on the required level of intrinsic safety.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор.The primary and secondary windings of the transformer can be located on the side rods of the U-shaped core, the middle core of which has a non-magnetic gap.

Блок искрозащиты переменного тока может иметь варианты исполнения, показанные на Фиг.2:The AC spark protection unit may have the options shown in FIG. 2:

Общая точка супрессора 1VD1 (2VD1) и резистора 1R1 (2R1) может быть подключена к управляющему электроду симистора 1VS1 (2VS1) через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например цепь из встречно-параллельно включенных диодов 1VD2, 1VD3 (2VD2, 2VD3).The common point of the suppressor 1VD1 (2VD1) and the resistor 1R1 (2R1) can be connected to the control electrode of the triac 1VS1 (2VS1) through an element with a non-linear current-voltage characteristic, for example, a circuit from counter-parallel connected diodes 1VD2, 1VD3 (2VD2, 2VD3).

Первичная обмотка трансформатора Т1 может быть подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель F1.The primary winding of transformer T1 can be connected to a source of spark hazard voltage through fuse F1.

Трансформатор Т1 с магнитным шунтом имеет замкнутый магнитопровод, который состоит из двух Ш-образных сердечников. Обмотки трансформатора расположены на разных боковых стержнях сердечника, что облегчает достижение его неповреждаемости на замыкание между обмотками. Шунтирующий средний стержень имеет зазор, образованный за счет уменьшения высоты среднего стержня одного или двух Ш-образных сердечников.The transformer T1 with a magnetic shunt has a closed magnetic circuit, which consists of two W-shaped cores. The transformer windings are located on different lateral rods of the core, which facilitates its immunity to short circuit between the windings. The shunting middle rod has a gap formed by reducing the height of the middle rod of one or two U-shaped cores.

Данная конструкция позволяет применить стандартные Ш-образные сердечники из магнитомягких ферритов, широко используемых в радиоаппаратуре.This design allows the use of standard W-shaped cores made of soft magnetic ferrites, widely used in radio equipment.

Благодаря наличию зазора в шунтирующем среднем стержне сердечника вольтамперная характеристика трансформатора (Фиг.3) имеет крутопадающий характер. Изменением величины этого зазора добиваются, чтобы значение тока короткого замыкания I2 кз не превышало допустимого по условиям искробезопасного уровня.Due to the presence of a gap in the shunting middle core core, the current-voltage characteristic of the transformer (Figure 3) has a steeply falling character. By changing the value of this gap, they achieve that the value of the short-circuit current I2 kz does not exceed the intrinsically safe level acceptable under the conditions.

В качестве шунтирующих ограничителей напряжения до искробезопасного уровня используются супрессоры и управляемые полупроводниковые элементы - симисторы.Suppressors and controlled semiconductor elements - triacs are used as shunt voltage limiters to an intrinsically safe level.

Предлагаемый блок искрозащиты переменного тока работает следующим образом.The proposed unit spark protection AC works as follows.

При нормальной работе источника выходное напряжение находится ниже порога срабатывания супрессоров, и блок искрозащиты не влияет на работу источника. В момент разрыва выходной цепи, когда резко изменяется ток нагрузки, возникает скачок напряжения на выходе, который ограничивает цепь ограничения напряжения из стабилитрона 1VD1, (2VD1) и резистора 1R1, (2R1), поэтому напряжение на каждом выводе вторичной обмотки трансформатора относительно земли не может превысить порог срабатывания супрессора. При появлении более значительного тока через цепь ограничения напряжения падение напряжения на резисторе 1R1, (2R1) приводит к срабатыванию симистора 1VS1, (2VS1) с замыканием вторичной обмотки трансформатора с одновременным полным шунтированием супрессоров во избежание их чрезмерного нагрева. Рассеиваемая на включенном симисторе мощность пренебрежимо мала, что позволяет элементам схемы надежно выдерживать работу в аварийном режиме длительное время.During normal operation of the source, the output voltage is below the suppressor threshold, and the spark protection unit does not affect the operation of the source. At the time of breaking the output circuit, when the load current changes sharply, a voltage jump occurs at the output, which limits the voltage limiting circuit from the zener diode 1VD1, (2VD1) and the resistor 1R1, (2R1), so the voltage at each terminal of the secondary winding of the transformer relative to the ground cannot exceed suppressor threshold. When a more significant current appears through the voltage limiting circuit, a voltage drop across the resistor 1R1, (2R1) leads to the tripping of the triac 1VS1, (2VS1) with the closure of the secondary winding of the transformer with simultaneous complete shunting of the suppressors to avoid excessive heating. The power dissipated on the switched-on triac is negligible, which allows the circuit elements to reliably withstand emergency operation for a long time.

Схема восстанавливается в каждой полупериоде при значении тока через симистор ниже тока удержания. Включение в цепь управляющего электрода симистора элемента с нелинейной вольт-амперной характеристикой позволяет эффективно бороться со случайными срабатываниями симистора от помех и уменьшить разброс порога срабатывания симистора.The circuit is restored in each half-cycle when the current through the triac is lower than the holding current. The inclusion in the circuit of the control electrode of the triac element with a non-linear current-voltage characteristic allows you to effectively deal with random trips of the triac from interference and reduce the spread of the triac threshold.

Так как для питания вторичной цепи используется неповреждаемый трансформатор с магнитным шунтом (увеличенным магнитным рассеянием), ток короткого замыкания ограничен искробезопасным уровнем.Since an intact transformer with a magnetic shunt (increased magnetic scattering) is used to power the secondary circuit, the short circuit current is limited to an intrinsically safe level.

В случае повышения напряжения питания трансформатора значение тока увеличивается, но в этом случае срабатывает предохранитель в первичной цепи.In case of increasing the supply voltage of the transformer, the current value increases, but in this case, the fuse in the primary circuit is activated.

Использование двух цепей ограничения напряжения, симметрично включенных относительно земли, позволяет в некоторых случаях удвоить напряжение, подаваемое в нагрузку по отношению к допустимому по соображениям искробезопасности. Например, требуется запитать передающую антенну шахтной системы оповещения, выполненную в соответствии с патентом на полезную модель №61949 с приоритетом от 27.10.2006, работающую в диапазоне сверхдлинных волн и представляющую собой электрический диполь; один конец каждого луча подключается к соответствующему выводу вторичной обмотки трансформатора, а второй заземляется. Пространственно оба луча разнесены и электрическое замыкание между ними невозможно. Не исключено, однако, повреждение луча антенны с замыканием на землю. При этом одна из шунтирующих цепей оказывается закороченной, а вторая ограничит напряжение вторичной обмотки трансформатора (на втором незакороченном луче антенны относительно земли) на искробезопасном уровне.The use of two voltage limiting circuits symmetrically connected relative to the ground allows in some cases to double the voltage supplied to the load with respect to the permissible voltage for reasons of intrinsic safety. For example, it is required to power the transmitting antenna of the mine warning system, made in accordance with the patent for utility model No. 61949 with a priority of 10.27.2006, operating in the ultra-long wavelength range and representing an electric dipole; one end of each beam is connected to the corresponding terminal of the secondary winding of the transformer, and the second is grounded. Spatially, both beams are spaced and an electrical circuit between them is impossible. It is not excluded, however, damage to the beam of the antenna with a ground fault. In this case, one of the shunt circuits is shorted, and the second will limit the voltage of the secondary winding of the transformer (on the second shorted antenna beam relative to the ground) at an intrinsically safe level.

Claims (5)

1. Блок искрозащиты переменного тока, содержащий трансформатор с магнитным шунтом, два симистора, две цепи ограничения напряжения, состоящие из последовательно соединенных супрессора и резистора, общая точка которых соединена с управляющим электродом соответствующего симистора, каждая цепь соединена одним концом с землей, вторые концы и силовые выводы симисторов - с соответствующими выводами вторичной обмотки трансформатора.1. An AC spark protection unit comprising a transformer with a magnetic shunt, two triacs, two voltage limiting circuits, consisting of a suppressor and a resistor connected in series, a common point of which is connected to the control electrode of the corresponding triac, each circuit is connected at one end to ground, the second ends and power terminals of the triacs - with the corresponding terminals of the secondary winding of the transformer. 2. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, общая точка супрессора и резистора которого подключена к управляющему электроду симистора через элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой.2. The AC spark protection unit according to claim 1, the common point of the suppressor and resistor of which is connected to the control electrode of the triac through an element with a non-linear current-voltage characteristic. 3. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, первичная обмотка трансформатора которого подключена к источнику искроопасного напряжения через предохранитель.3. The AC spark protection unit according to claim 1, the primary winding of the transformer of which is connected to a source of spark hazard voltage through a fuse. 4. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, первичная и вторичная обмотки трансформатора которого расположены на боковых стержнях Ш-образного сердечника, средний стержень которого имеет немагнитный зазор.4. The AC spark protection unit according to claim 1, the primary and secondary windings of the transformer of which are located on the side rods of the U-shaped core, the middle core of which has a non-magnetic gap. 5. Блок искрозащиты переменного тока по п.1, две цепи ограничения напряжения с симисторами которого дублируются или троируются в зависимости от требуемого уровня искробезопасности. 5. The AC spark protection unit according to claim 1, two voltage limiting circuits with triacs which are duplicated or tripled depending on the required level of intrinsic safety.
RU2013138065/07A 2013-08-13 2013-08-13 Alternating-current spark protection unit RU2570933C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138065/07A RU2570933C2 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Alternating-current spark protection unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013138065/07A RU2570933C2 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Alternating-current spark protection unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013138065A RU2013138065A (en) 2015-02-20
RU2570933C2 true RU2570933C2 (en) 2015-12-20

Family

ID=53282092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013138065/07A RU2570933C2 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Alternating-current spark protection unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2570933C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1425353A1 (en) * 1986-12-19 1988-09-23 Ворошиловградский Филиал Государственного Проектно-Конструкторского И Научно-Исследовательского Института По Автоматизации Угольной Промышленности "Гипроуглеавтоматизация" Arrangement for ensuring spark safety of a.c. electric circuits
SU1567797A1 (en) * 1988-07-05 1990-05-30 Украинский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Горной Геомеханики И Маркшейдерского Дела Spark-proof power-supply source
CN2089664U (en) * 1991-05-07 1991-11-27 张效胤 Improved explosion-proof magnetic starter
RU142378U1 (en) * 2013-08-13 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы" AC SPARE PROTECTION UNIT

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1425353A1 (en) * 1986-12-19 1988-09-23 Ворошиловградский Филиал Государственного Проектно-Конструкторского И Научно-Исследовательского Института По Автоматизации Угольной Промышленности "Гипроуглеавтоматизация" Arrangement for ensuring spark safety of a.c. electric circuits
SU1567797A1 (en) * 1988-07-05 1990-05-30 Украинский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Горной Геомеханики И Маркшейдерского Дела Spark-proof power-supply source
CN2089664U (en) * 1991-05-07 1991-11-27 张效胤 Improved explosion-proof magnetic starter
RU142378U1 (en) * 2013-08-13 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы" AC SPARE PROTECTION UNIT

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013138065A (en) 2015-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9640951B2 (en) Triggering circuit of overvoltage protection with an asymmetric element
CN113748479A (en) Multiphase AC power contact arc suppressor
US3848156A (en) Surge arrestor for high voltage electric power applications
KR101544573B1 (en) Surge protector system
EP2523292A1 (en) A method and a system for protecting a power transformer against voltage surges while the circuit breaker is opening
US8599522B2 (en) Circuit interrupter with improved surge suppression
US3372285A (en) Transient voltage suppressors
RU142378U1 (en) AC SPARE PROTECTION UNIT
RU2570933C2 (en) Alternating-current spark protection unit
Hassan et al. Review of ferroresonance in power distribution grids
Abdul-Malek et al. Investigation of ferroresonance mitigation Techniques in voltage Transformer using ATP-EMTP Simulation
CN103178492A (en) Leakage protector with electrified earth line protection function
US7446436B2 (en) Waveform correction filters
KR102445966B1 (en) An Arc Fault Circuit Interrupter
KR102099037B1 (en) An Arcing Current Sensor Circuit
CN217769485U (en) Overvoltage protection device for test transformer
CN104836204A (en) De-excitation and overvoltage protection device of generator rotor
KR102853409B1 (en) A Selective Residual Current Fault Circuit Interrupter
KR102537629B1 (en) An Arc Fault Circuit Interrupter
Liu et al. Application of auto-reclosing residual current device in lightning protection for communications power supply
KR100971890B1 (en) Low Impedance Arc Discharge Detection Device of Low Voltage Circuit Breaker
SU1274069A1 (en) Device for protection against overvoltage
KR20240176922A (en) Three Power Control Residual Current Fault Circuit Interrupter
KR100398824B1 (en) Lightning arrester device
KR200212603Y1 (en) Lightning arrester device