RU2230413C2

RU2230413C2 - Device for overcurrent protection of load incorporating self-recovery prov ision

Info

Publication number: RU2230413C2
Application number: RU2002120601/09A
Authority: RU
Inventors: Д.А. Коган (RU); Д.А. Коган; А.Д. Мезенцев (RU); А.Д. Мезенцев; М.М. Молдавский (RU); М.М. Молдавский
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; automatic control, overload and short-circuit protection of circuits. SUBSTANCE: device has power supply, first optocoupler, load, current sensor, switch, threshold element, display unit, main and backup fuses, second and third optocouplers, AND gate, first and second flip-flops, and generator; main and backup fuse leads are connected to one of power supply terminals, other lead of main fuse is connected to common junction point of load, current sensor, and first optocoupler, other lead of backup fuse is connected to one of switch terminals, output of first optocoupler is connected to input of second flip-flop; clear input of the latter is connected to push-button and output, to generator input and to second input of AND gate whose output is connected to input of third optocoupler whose output is connected to control input of switch; output of threshold element is connected to input of second optocoupler whose output is connected to clear input of first flip-flop whose output is connected to first inputs of display unit and AND gate and input, to generator output and to second input of display unit. EFFECT: enhanced reliability and fire safety; enlarged functional capabilities of device. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики для защиты цепей от перегрузок и коротких замыканий.The invention relates to electrical engineering and can be used in automation devices to protect circuits from overloads and short circuits.

Известно устройство для токовой защиты нагрузки, содержащее блок формирования импульса управления, транзисторный ключ, датчик тока и пороговый элемент (см. авт. св. СССР №1257737, кл. Н 02 Н 3/08, 1985 г.).A device for current protection of the load, comprising a control pulse generation unit, a transistor switch, a current sensor and a threshold element (see ed. St. USSR No. 1257737, class N 02 N 3/08, 1985).

Недостатком устройства является отсутствие возможности повторного включения отключенной нагрузки и индикации режима короткого замыкания.The disadvantage of this device is the inability to re-enable the disconnected load and the indication of the short circuit mode.

Из известных устройств наиболее близким является устройство для токовой защиты нагрузки, содержащее подключенные к клеммам источника питания первый оптрон и последовательно соединенные нагрузку, датчик тока и ключ, при этом выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, а также блок индикации (см. авт. св. СССР №1697167, кл. Н 02 Н 3/08, 1989 г.).Of the known devices, the closest is a device for current protection of the load, containing the first optocoupler connected to the terminals of the power source and connected in series with the load, the current sensor and the key, while the output of the current sensor is connected to the input of the threshold element, as well as an indication unit (see ed. St. USSR No. 1697167, class N 02 N 3/08, 1989).

Недостатком устройства является низкая надежность, отсутствие пожарной безопасности (при возможном пробое ключа), отсутствие информации о срабатывании защиты после восстановления питания.The disadvantage of this device is low reliability, lack of fire safety (in case of a possible breakdown of the key), lack of information about the operation of the protection after power is restored.

Задача изобретения - повышение надежности, обеспечение пожарной безопасности и расширение функциональных возможностей устройства.The objective of the invention is to increase reliability, ensure fire safety and expand the functionality of the device.

Поставленная задача реализуется следующим образом.The task is implemented as follows.

В устройство для токовой защиты нагрузки с самовосстановлением, содержащее подключенные к клеммам источника питания первый оптрон и последовательно соединенные нагрузку, датчик тока и ключ, при этом выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, а также блок индикации, введены основной и резервный предохранители, второй и третий оптроны, элемент И, первый и второй триггеры и генератор, при этом выводы основного и резервного предохранителей подключены к одной из клемм источника питания, другой вывод основного предохранителя подключен к точке соединения нагрузки, датчика тока и первого оптрона, другой вывод резервного предохранителя подключен к одному из силовых выводов ключа, выход первого оптрона подключен к установочному входу второго триггера, к входу сброса которого подключена кнопка 16, а выход подключен к входу генератора и второму входу элемента И, выход которого подключен к входу третьего оптрона, выход которого подключен к управляющему входу ключа, при этом выход порогового элемента подключен к входу второго оптрона, выход которого подключен к входу сброса первого триггера, выход которого подключен к первым входам блока индикации и элемента И, а установочный вход соединен с выходом генератора и вторым входом блока индикации.In the device for current protection of the load with self-recovery, containing the first optocoupler connected to the terminals of the power source and connected in series with the load, the current sensor and the key, while the output of the current sensor is connected to the input of the threshold element, as well as an indication unit, the main and backup fuses are introduced, the second and the third optocouplers, the And element, the first and second triggers and the generator, while the conclusions of the main and backup fuses are connected to one of the terminals of the power source, the other terminal of the main fuse is it is connected to the connection point of the load, current sensor and the first optocoupler, the other output of the backup fuse is connected to one of the power terminals of the key, the output of the first optocoupler is connected to the installation input of the second trigger, the reset input of which is connected to button 16, and the output is connected to the input of the generator and the second the input of the And element, the output of which is connected to the input of the third optocoupler, the output of which is connected to the control input of the key, while the output of the threshold element is connected to the input of the second optocoupler, the output of which is connected to the input first scatter trigger, whose output is connected to first inputs of the indication unit and the AND gate and the installation input connected to the output of the generator and a second input of the indication unit.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для токовой защиты нагрузки с самовосстановлением.The drawing shows a functional diagram of a device for current protection of the load with self-healing.

Устройство подключено к источнику питания (не показан) с клеммами 1 и 2, к которым через нагрузку 3 подключен основной предохранитель 4, параллельно которому подключены цепь, состоящая из последовательно соединенных резервного предохранителя 5, ключа 6 и датчика тока 7, и первый оптрон 8, при этом выход датчика тока 7 через пороговый элемент 9, к другому входу которого подключено пороговое напряжение, подключен к входу второго оптрона 10, выход которого подключен к входу сброса первого триггера 11, выход которого подключен к первому входу блока индикации 12 и первому входу элемента И 13, выход которого подключен к входу третьего оптрона 14, выход которого подключен к управляющему входу ключа 6, а выход первого оптрона 8 подключен к входу установки второго триггера 15, к входу сброса которого подключена кнопка 16, а выход подключен к второму входу элемента И 13 и входу генератора 17, выход которого подключен к входу установки первого триггера 11 и второму входу блока индикации 12.The device is connected to a power source (not shown) with terminals 1 and 2, to which a main fuse 4 is connected through a load 3, in parallel with which is connected a circuit consisting of a backup fuse 5, a key 6 and a current sensor 7, and the first optocoupler 8, the output of the current sensor 7 through the threshold element 9, to the other input of which a threshold voltage is connected, is connected to the input of the second optocoupler 10, the output of which is connected to the reset input of the first trigger 11, the output of which is connected to the first input of the in display 12 and the first input of the element And 13, the output of which is connected to the input of the third optocoupler 14, the output of which is connected to the control input of the key 6, and the output of the first optocoupler 8 is connected to the installation input of the second trigger 15, to the reset input of which the button 16 is connected, and the output connected to the second input of the element And 13 and the input of the generator 17, the output of which is connected to the installation input of the first trigger 11 and the second input of the display unit 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче напряжения питания (переменного или постоянного) на клеммы 1 и 2 нагрузка 3 оказывается подключенной к источнику питания через основной предохранитель 4. При токе нагрузки, не превышающем номинального тока предохранителя, предохранитель 4 шунтирует цепь, состоящую из последовательно включенных датчика тока 7, ключа 6 и резервного предохранителя 5, исключая прохождение тока через ключ и влияние на него помех от источника питания, соединительной линии и нагрузки и способствуя, тем самым, повышению их надежности. Если ток нагрузки превышает ток срабатывания предохранителя 4, то он срабатывает и подключает напряжение питания к последовательно соединенным элементам 5, 6 и 7, а также к первому оптрону 8. При этом второй триггер 15 переключается в состояние логической “1”, включая генератор 17, который начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с периодом повторения примерно 1 с. По фронту импульса первый триггер 11 устанавливается в состояние логической “1”, открывая через элемент И 13 и третий оптрон 14 ключ 6. При этом через датчик тока 7 идет ток, определяемый напряжением питания U и сопротивлением нагрузки 3. Напряжение, поступающее на вход порогового элемента 9, сравнивается с заранее установленным пороговым напряжением U_пор. В случае превышения порогового напряжения пороговый элемент 9 вырабатывает сигнал сброса, который через второй оптрон 10 поступает на вход сброса первого триггера 11, который при этом устанавливается в состояние логического “0”, закрывая через элемент И 13 и третий оптрон 14 ключ 6 и включая в блоке индикации 12 красный светодиод. При этом время открытого состояния ключа 6 определяется быстротой последовательного переключения элементов 9, 10, 11, 13, 14 и 6. При поступлении следующего фронта импульса с выхода генератора 17 на вход установки второго триггера 11 процесс проверки тока нагрузки повторяется. При этом в блоке индикации 12 красный светодиод мигает с частотой примерно 1 Гц. В случае восстановления номинального сопротивления нагрузки в очередном цикле проверки пороговый элемент 9 не вырабатывает сигнала сброса. При этом триггер 11 не сбрасывается, ключ 6 остается открытым, а в блоке индикации гаснет красный светодиод и начинает мигать зеленый светодиод с той же частотой, сигнализируя о том, что перегрузка по току прекратилась.When applying a supply voltage (AC or DC) to terminals 1 and 2, load 3 is connected to the power source through the main fuse 4. At a load current not exceeding the rated current of the fuse, fuse 4 shunts a circuit consisting of a series-connected current sensor 7, a key 6 and the backup fuse 5, excluding the passage of current through the key and the influence of interference from the power source, the connecting line and the load on it and thereby increasing their reliability. If the load current exceeds the trip current of the fuse 4, it responds and connects the supply voltage to the series-connected elements 5, 6 and 7, as well as to the first optocoupler 8. In this case, the second trigger 15 switches to the logical “1” state, including the generator 17, which begins to produce rectangular pulses with a repetition period of approximately 1 s. On the front of the pulse, the first trigger 11 is set to the logical “1” state, opening the key 6 through the And 13 element and the third optocoupler 14. At the same time, a current is determined through the current sensor 7, determined by the supply voltage U and the load resistance 3. The voltage supplied to the threshold input element 9, is compared with a predetermined threshold voltage U _then . If the threshold voltage is exceeded, the threshold element 9 generates a reset signal, which through the second optocoupler 10 is fed to the reset input of the first trigger 11, which is then set to the logical “0” state, closing the key 6 through the And 13 element and the third optocoupler 14 and turning on display unit 12 red LED. In this case, the open state of the key 6 is determined by the speed of sequential switching of the elements 9, 10, 11, 13, 14 and 6. Upon receipt of the next edge of the pulse from the output of the generator 17 to the installation input of the second trigger 11, the process of checking the load current is repeated. In the display unit 12, the red LED flashes at a frequency of approximately 1 Hz. In the case of restoration of the nominal load resistance in the next test cycle, the threshold element 9 does not generate a reset signal. In this case, trigger 11 is not reset, key 6 remains open, and in the display unit the red LED goes out and the green LED starts flashing at the same frequency, indicating that the current overload has stopped.

При использовании в качестве основного и резервного предохранителей самовосстанавливающихся (многоразовых) предохранителей (например, типа Polyswitch фирмы Raychem или Multifuse фирмы Bourns) происходит самовосстановление предохранителя 4. При открытом ключе цепь, состоящая из резервного предохранителя 5, ключа 6 и датчика тока 7, шунтирует предохранитель 4, который остывает и восстанавливает низкое номинальное сопротивление. Для восстановления исходного состояния устройства требуется кратковременно нажать кнопку 16. При этом в блоке индикации 12 зеленый светодиод прекращает мигание, и устройство переходит в исходное состояние. Резервный предохранитель 5 предназначен для повышения надежности устройства. В случае срабатывания основного предохранителя 4 и пробоя ключа 6 резервный предохранитель 5 своим срабатыванием предотвращает возникновение аварийного тока короткого замыкания между клеммами 1 и 2, обеспечивая тем самым пожарную безопасность.When self-healing (reusable) fuses (for example, of the Polyswitch type from Raychem or Multifuse from Bourns) are used as the main and backup fuses, self-healing of fuse 4 occurs. When the key is open, the circuit consisting of the backup fuse 5, key 6 and current sensor 7 shunts the fuse 4, which cools and restores a low nominal resistance. To restore the initial state of the device, briefly press the button 16. In this case, in the display unit 12, the green LED stops flashing, and the device returns to its original state. Backup fuse 5 is designed to increase the reliability of the device. In the event of the main fuse 4 tripping and breakdown of the key 6, the backup fuse 5 by its operation prevents the occurrence of an emergency short circuit current between terminals 1 and 2, thereby ensuring fire safety.

Claims

A device for current protection of the load with self-recovery, containing the first optocoupler connected to the terminals of the power source and connected in series with the load, the current sensor and the key, while the output of the current sensor is connected to the input of the threshold element, as well as an indication unit, characterized in that the main and backup fuses, the second and third optocouplers, the And element, the first and second triggers and the generator, while the conclusions of the main and backup fuses are connected to one of the terminals of the power source, the other the main fuse is connected to the connection point of the load, the current sensor and the first optocoupler, the other output of the backup fuse is connected to one of the power terminals of the key, the output of the first optocoupler is connected to the installation input of the second trigger, the reset button of which is connected, and the output is connected to the generator input and the second input of the And element, the output of which is connected to the input of the third optocoupler, the output of which is connected to the control input of the key, while the output of the threshold element is connected to the input of the second optocoupler, the output to orogo connected to the reset input of the first flip-flop, whose output is connected to first inputs of the indication unit and the AND gate and the installation input connected to the output of the generator and a second input of the indication unit.