RU2039387C1

RU2039387C1 - Commutation device

Info

Publication number: RU2039387C1
Application number: SU914895339A
Authority: RU
Inventors: Лиллемо Сверре; Иверсен Хьелль
Original assignee: Лиллемо Сверре; Иверсен Хьелль
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: switching systems. SUBSTANCE: communication device contains electromagnetic relay with a contact and double-directions controlled contacts- free commutator able to close and break capacitive, inductive and resistant load without electric arc and considerable heat loss. To close the load voltage is applied to double-directions controlled contacts-free commutator through phase detecting optical element. The same voltage is applied to RC time delay circuit, for example to RC-circuit which energizes electromagnetic relay. While breaking, this sequence is reverse. EFFECT: increased longevity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к переключающей схеме для создания и размыкания емкостной, индуктивной и резистивной нагрузки. The invention relates to a switching circuit for creating and opening capacitive, inductive and resistive loads.

Электрические переключающие устройства известны в различных примерах, известных под названием "релейных схем". Имеются известные электромагнитные реле, но для них требуется много пространства, энергии и, кроме того, они создают электрический шум при замыкании и размыкании. Для таких устройств также требуется относительно большая мощность управления, а поэтому они противопоказаны для ряда задач, например, когда управление осуществляется от компьютера. Electrical switching devices are known in various examples, known as “relay circuits”. There are well-known electromagnetic relays, but they require a lot of space, energy and, in addition, they create electrical noise when closing and opening. Such devices also require a relatively large control power, and therefore they are contraindicated for a number of tasks, for example, when control is carried out from a computer.

Другой тип электрических переключающих схем основан только на электронике, т. е. замыкание и размыкание осуществляется без механических контактов, а наоборот используется полупроводниковая технология. Эти так называемые "SSR-реле" (твердотельные реле) обладают большими тепловыми потерями при больших нагрузках, особенно при нагрузках индуктивных. Поэтому их необходимо охлаждать, для чего они исключаются из ряда задач, в частности для использования в течение длительного периода времени. Another type of electrical switching circuits is based only on electronics, i.e., closing and opening are carried out without mechanical contacts, but on the contrary semiconductor technology is used. These so-called "SSR relays" (solid state relays) have large heat losses at high loads, especially with inductive loads. Therefore, they must be cooled, for which they are excluded from a number of tasks, in particular for use over a long period of time.

Наиболее близким к заявленному является коммутационное устройство, содержащее входные выводы для подключения к источнику управляющего двоичного сигнала, выходные выводы для включения устройства в цепь нагрузки, электромагнитное реле, контакт которого включен между выходными выводами устройства, двунаправленно управляемый бесконтактный коммутатор, выходной цепью включенный параллельно контакту электромагнитного реле между выходными выводами устройства, цепь управления электромагнитным реле, входными выводами подключенную к входным выводам устройства, а выходными выводами к обмотке электромагнитного реле, и элемента оптической связи со светоизлучателем в цепи управляющего входа, выходом подключенный к управляющим входу бесконтактного коммутатора, причем цепь управления электромагнитным реле выполнена в виде повторителя двоичного сигнала с временной задержкой переднего фронта его выходного сигнала относительно переднего фронта входного сигнала. Closest to the claimed one is a switching device containing input terminals for connecting to a control binary signal source, output terminals for connecting the device to the load circuit, an electromagnetic relay whose contact is connected between the device output terminals, a bi-directional contactless switch, an output circuit connected in parallel with the electromagnetic contact relay between the output terminals of the device, the control circuit of the electromagnetic relay, the input terminals connected to the input the output terminals of the device, and the output terminals to the coil of the electromagnetic relay, and the optical communication element with a light emitter in the control input circuit, the output connected to the control input of the contactless switch, and the control circuit of the electromagnetic relay is made in the form of a binary signal repeater with a time delay of the leading edge of its output signal relative to the rising edge of the input signal.

Недостатком известного устройства является то, что оно содержит относительно сложную схему, включающую в себя множество относительно сложных схемных элементов. A disadvantage of the known device is that it contains a relatively complex circuit, including many relatively complex circuit elements.

Целью изобретения является создание переключающего средства для замыкания и размыкания различных типов нагрузки с любой схемой переменного тока, особенно в случаях, когда любое возникновение теплового эффекта или высокочастотного шума при замыкании и размыкании является нежелательным или неприемлемым, или же когда имеется риск возникновения взрыва. К этому присовокупляется важность создания переключающего средства, которое является компактным, простым, надежным и недорогим при изготовлении. The aim of the invention is to provide a switching means for closing and opening various types of loads with any AC circuit, especially in cases where any occurrence of thermal effect or high-frequency noise during closing and opening is undesirable or unacceptable, or when there is a risk of explosion. Added to this is the importance of creating a switching tool that is compact, simple, reliable and inexpensive to manufacture.

Для достижения положительного эффекта в устройство введена цепь управления бесконтактным коммутатором, входными выводами подключенная к входным выводам устройства параллельно цепи управления электромагнитным реле, а выходными выводами к управляющему входу элемента оптической связи, включенного фазосдвигающим с встроенным интегральным детектором пересечения нуля нагрузки, двунаправленно управляемый бесконтактный коммутатор выполнен с управляющими входом силиcторного типа с общим управляющим электродом для обоих направлений, выход элемента оптической связи включен между управляющим электродом и соответствующим силовым электродом бесконтактного коммутатора. To achieve a positive effect, a contactless switch control circuit is introduced into the device, input leads connected to the input terminals of the device in parallel to the electromagnetic relay control circuit, and output terminals to the control input of the optical communication element connected by phase shifting with integrated integrated zero crossing detector, the bi-directional managed contactless switch is made with control input of a silicon type with a common control electrode for both directions, output One optical coupling element is connected between the control electrode and the corresponding power electrode of the proximity switch.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства. The drawing shows a diagram of the proposed device.

Коммутирующее устройство содержит входные выводы 1 для подключения к источнику управляющего двоичного сигнала, выходные выводы для включения устройства в цепь нагрузки 2, электромагнитное реле 3, контакт 4 которого включен между выходными выводами устройства, двунаправленно управляемый бесконтактный коммутатор 5, выходной цепью включенный параллельно контакту электромагнитного реле между выходными выводами устройства, цепь 6 управления электромагнитным реле, входными выводами подключенную к входным выводам устройства, а выходными выводами к обмотке электромагнитного реле, и элемента оптической связи со светоизлучателем 7 в цепи управляющего входа, выходом светочувствительного элемента 8, подключенный к управляющему входу бесконтактного коммутатора 5, причем цепь управления электромагнитным реле выполнена в виде повторителя двоичного сигнала с временной задержкой переднего фронта его выходного сигнала относительно переднего фронта входного сигнала, цепь управления 9 бесконтактным коммутатором, входными выводами подключенная к входным выводам устройства параллельно цепи управления электромагнитным реле, а выходными выводами к управляющему входу элемента оптической связи, выполненного фазосдвигающим с встроенным интегральным детектором пересечения нуля нагрузки, двунаправленно управляемый бесконтактный коммутатор 5 выполнен с управляющим входом силисторного типа с общим управляющим электродом для обоих направлений, выход элемента 8 оптической связи (светочувствительный элемент) включен между управляющим электродом и соответствующим силовым электродом бесконтактного коммутатора 5. Цепь 6 управления электромагнитным реле выполнена на резисторе 10 и конденсаторе 11, соединенных последовательно, в которую может быть дополнительно введен усилитель на транзисторе 12. Цепь управления бесконтактным коммутатором 5 выполнена в виде последовательно соединенных резисторе 13 и конденсаторе 14 (2-я RC-цепь), один вывод которой подключен к общей точке соединенных последовательно диода 15 и резистора 16. The switching device contains input terminals 1 for connecting to the source of the control binary signal, output terminals for connecting the device to the load circuit 2, an electromagnetic relay 3, contact 4 of which is connected between the output terminals of the device, a bi-directional contactless switch 5, the output circuit connected in parallel with the contact of the electromagnetic relay between the output terminals of the device, the electromagnetic relay control circuit 6, the input terminals connected to the input terminals of the device, and the output you odes to the coil of the electromagnetic relay, and the element of optical communication with the light emitter 7 in the control input circuit, the output of the photosensitive element 8, connected to the control input of the proximity switch 5, and the control circuit of the electromagnetic relay is made in the form of a binary signal repeater with a time delay of the leading edge of its output signal relative to the leading edge of the input signal, the control circuit 9 of the proximity switch, the input pins connected to the input pins of the parallel device only the control circuit of the electromagnetic relay, and the output terminals to the control input of the optical communication element, made phase-shifting with an integrated integrated detector for crossing zero load, bi-directional controlled contactless switch 5 is made with a control input silistor type with a common control electrode for both directions, the output of the optical communication element 8 (photosensitive element) is connected between the control electrode and the corresponding power electrode of the proximity switch 5. Circuit 6 the control of the electromagnetic relay is made on the resistor 10 and the capacitor 11 connected in series, into which the amplifier on the transistor 12 can be added. The control circuit of the contactless switch 5 is made in the form of a series-connected resistor 13 and a capacitor 14 (2nd RC circuit) the output of which is connected to the common point of the diode 15 and the resistor 16 connected in series.

Работа данного примера реализации заключается в том, что напряжение управления подается для замыкания и размыкания схемы. Если используется напряжение переменного тока, оно должно выпрямляться. При наличии напряжения управления ток пойдет через диод 15, резистор 16 и светоизлучатель 7 оптического элемента связи. Это, в свою очередь, обеспечит запуск светочувствительного элемента 8. Оптический элемент сопряжения выполнен таким, какое применяется для управления бесконтактным коммутатором 5 силисторного типа, и в дополнение задерживает замыкание до тех пор, пока фазовый угол не будет нулевым. Оптический элемент сопряжения соединен с управляющим входом бесконтактного коммутатора 5, который подключает нагрузку. Эта нагрузка может быть индуктивной, емкостной или чисто резистивной. The operation of this example implementation is that the control voltage is supplied to close and open the circuit. If AC voltage is used, it must be rectified. If there is a control voltage, the current will flow through the diode 15, the resistor 16, and the light emitter 7 of the optical communication element. This, in turn, will ensure the start of the photosensitive element 8. The optical interface element is designed to be used to control the contactless switch 5 of the silistor type, and in addition delays the closure until the phase angle is zero. The optical interface element is connected to the control input of the proximity switch 5, which connects the load. This load can be inductive, capacitive or purely resistive.

Одновременно с запуском бесконтактного коммутатора, через контакт 4 управляющим напряжением то же напряжение запускает выработку электрического поля в конденсаторе 11 через резистор 10. Конденсатор 11 создает вместе с резистором 10 схему задержки (RC-цепочку), которая будет в течение промежутка времени, определенного выбранными величинами резистора 10 и конденсатора 11, вырабатывать напряжение между базой транзистора 12 и землей, так что резистор 12 будет проводить ток по управляющей обмотке электромагнитного реле 3, которое шунтирует контакт 4 реле замыкания нагрузку 2. При использовании транзистора 12 для усиления уровня напряжения RC-цепочка развитие большого заряда в RC-цепочке стремится к избыточному, а следовательно, конденсатор может иметь существенно меньшую емкость. Simultaneously with the launch of the contactless switch, via the control voltage contact 4, the same voltage starts generating an electric field in the capacitor 11 through the resistor 10. The capacitor 11 creates, together with the resistor 10, a delay circuit (RC circuit), which will be for a period of time determined by the selected values resistor 10 and capacitor 11, generate a voltage between the base of transistor 12 and ground, so that resistor 12 will conduct current through the control winding of electromagnetic relay 3, which shunts pin 4 barely load circuit 2. When the transistor 12 for amplification level RC-chain large charge development voltage RC-chain tends to excess, and consequently, the capacitor may be significantly smaller capacity.

Поскольку управляющее напряжение запускает силистор и запускает заряд конденсатора 11, то же управляющее напряжение начинает заряжать конденсатор 14 через резистор 13. Резисторы 13 и 16 являются вместе с конденсатором 14 составляющими схемами задержки. Эта схема задержки используется при размыкании соединения нагрузки. Since the control voltage starts the silistor and starts the charge of the capacitor 11, the same control voltage starts charging the capacitor 14 through the resistor 13. Resistors 13 and 16 are, together with the capacitor 14, constituent delay circuits. This delay circuit is used to open the load connection.

Как только происходит отсечка управляющего напряжения, RC-цепочка, образованная из резисторов 12 и 16 и конденсатора 14, подает ток на оптический элемент на период времени, определенный этой RC-цепочкой. С другой стороны, транзистор 12 сразу же выключится, размыкая электромагнитное реле. Однако, соединение с нагрузкой будет поддерживаться посредством коммутатора 5 до тех пор, пока полностью не исчезнет управляющее напряжение, когда конденсатор 14 существенно разряжен. Для того, чтобы коммутатор 5 разомкнул схему при пересечении нулевого напряжения, постоянная времени RC-цепочки, образованной элементами 16, 13 и 14, должна соответствовать по меньшей мере половине периода нагрузки 2. Однако, она может быть больше, поскольку именно определяющий фазу оптический соединитель задает размыкание, возникающее точно при пересечении нулевого напряжения. Это подразумевает, что малый допуск составляющих не является критическим и можно использовать недорогие компоненты для получения того же результата, что и с более точными и дорогими компонентами. As soon as the control voltage is cut off, an RC circuit formed of resistors 12 and 16 and a capacitor 14 supplies current to the optical element for a period of time determined by this RC circuit. On the other hand, the transistor 12 immediately turns off, opening the electromagnetic relay. However, the connection to the load will be maintained through the switch 5 until the control voltage disappears completely when the capacitor 14 is substantially discharged. In order for the switch 5 to open the circuit when crossing the zero voltage, the time constant of the RC chain formed by elements 16, 13 and 14 must correspond to at least half of the load period 2. However, it can be longer, since it is the phase-determining optical connector sets the trip that occurs exactly when the zero voltage crosses. This implies that low component tolerance is not critical and low-cost components can be used to achieve the same result as with more accurate and expensive components.

За счет использования оптического элемента для замыкания и размыкания коммутатора 9 можно также получить гальваническое разделение между управляющей схемой и нагрузкой. By using an optical element to close and open the switch 9, it is also possible to obtain a galvanic separation between the control circuit and the load.

Claims

1. SWITCHING DEVICE containing input terminals for connecting to the source of the control binary signal, output terminals for connecting the device to the load circuit, an electromagnetic relay, the contact of which is connected between the output terminals of the device, a bi-directional contactless switch, the output circuit connected in parallel with the contact of the electromagnetic relay between the output device outputs, the control circuit of the electromagnetic relay, input terminals connected to the input terminals of the device, and output pins dams to the coil of the electromagnetic relay, and an optical communication element with a light emitter in the control input circuit connected to the control input of the proximity switch, the control circuit of the electromagnetic relay being a binary signal repeater with a time delay of the leading edge of its output signal relative to the leading edge of the input signal, characterized in that a contactless switch control circuit is introduced into the device, input pins connected to the input pins of the device albeit the control circuit of the electromagnetic relay, and the output terminals to the control input of the optical communication element, made by phase-detecting with an integrated integrated detector for crossing zero load, bi-directional controlled proximity switch is made with a control input of a triac type with a common control electrode for both directions, the output of the optical communication element is connected between the control electrode and the corresponding power electrode of the proximity switch and is a measuring input a zero crossing detector, while the contactless switch control circuit is designed as a binary signal repeater with a time delay of the trailing edge of its output signal relative to the trailing edge of the input signal.

2. The device according to claim 1, characterized in that the electromagnetic relay control circuit is made in the form of a first RC circuit consisting of a resistor and a capacitor connected in series between the input terminals of this control circuit, while the electromagnetic relay coil is connected in parallel with the first RC capacitor -chains.

3. The device according to claim 2, characterized in that the transistor is inserted into the first RC circuit, the base of which is connected to the common point of the resistor and capacitor of the first RC circuit, the collector is with the other terminal of this resistor, and the electromagnetic relay coil is connected in parallel with the first RC capacitor -chains through the base-emitter junction of the transistor.

4. The device according to claim 1, characterized in that the control circuit of the proximity switch is made in the form of a second RC circuit, one output of which is connected to a common point of the diode and the second resistor connected in series, the other output of which is connected to the first output terminal of the contactless control circuit , the second output of which is the second terminal of the RC circuit.

5. The device according to claim 4, characterized in that the discharge time constant of the capacitor of the second RC circuit is selected to be greater than or equal to half the period of the alternating voltage at the output terminals of the device.