Коммутирующее устройство

Предложенное коммутирующее устройство рекомендуется для применения в радиоэлектронике и промышленной автоматике при повышенных требованиях к надежности работы аппаратуры.

Коммутирующее устройство состоит из n ячеек, каждая из которых включает в себя электромагнитное реле с одним размыкающим контактом, три развязывающих диода и четыре динистора. Динисторы обеспечивают поочередное включение реле с частотой поступления управляющих сигналов и создают цепь для повторного включения этих реле, если последние по какой-либо причине отпускают свои контакты.

Работоспособность коммутирующего устройства сохраняются и после кратковременного снижения напряжения до уровня отпускания реле.

Полезная модель относится к средствам опроса сигналов датчиков (температуры, давления и др.) для подключения их к единой измерительной системе, а также последовательного ввода в действие исполнительных элементов управляющей системы, работающей, например, в жестких условиях эксплуатации, с использованием «сухих» контактов электромагнитных реле.

Известны коммутирующие устройства, построенные по схеме двухтактного регистра сдвига, содержащие электромагнитные реле и две управляющие шины, на которые поступают тактовые (управляющие) сигналы, сдвинутые во времени и вызывающие поочередное включение реле [1]. При этом один вывод обмотки каждого из электромагнитных реле через размыкающий контакт последующего реле подключен к одной шине питания, а второй вывод через замыкающий контакт предыдущего реле соединен с соответствующей управляющей шиной и через свой замыкающий контакт со второй шиной питания. С помощью замыкающего контакта реле после срабатывания становится на самоблокировку, а его размыкающий контакт снимает с блокировки предыдущее реле. Недостаток таких устройств - сбои в работе одного из реле могут привести к нарушению функционирования всего коммутирующего устройства.

Известно также технические решения, направленные на повышение надежности работы устройств подобного типа, а именно за счет введения дополнительных электромагнитных реле [2, 3]. Если по какой-либо причине основное реле, находящееся во включенном состоянии, отпускает свои контакты, при помощи контактов дополнительного реле создается цепь для его повторного включения. Однако работоспособность коммутирующего устройства не сохраняется при одновременном отпускании контактов основного и дополнительного реле, которое может произойти, например, в момент кратковременного снижения величины питающего напряжения.

Устранение таких сбоев достигнуто в известном коммутирующем устройстве, имеющим наибольшее количество общих признаков с заявляемым и принятым за прототип [4]. Данное устройство содержит n ячеек, каждая из которых выполнена на электромагнитном реле, трех динисторах, резисторе и диоде, шунтирующем обмотку реле, и две управляющие шины. Первый вывод обмотки реле через размыкающий контакт реле (n+1)-ой ячейки подключен к шине питания и через резистор - к одному из выводов первого динистора (n-1)-ой ячейки. Второй вывод обмотки через последовательно соединенные второй и третий динисторы подключен к другой шине питания, а общая точка соединения этих динисторов связана со вторым выводом первого динистора. Связь обмотки каждого из n реле с соответствующей управляющей шиной обеспечивается через замыкающий контакт (n-1)-го реле, установленного ранее в режим самоблокировки, но снимаемого с него, как только n реле начинает переходить во включенное состояние. Динисторы выполняют функции элементов памяти и, оставаясь в проводящем состоянии при снижении питающего напряжения (вплоть до уровня отпускания реле), создают, после восстановления питающего напряжения, цепь для повторного включения реле. Так, при отпускании контактов какого-либо из реле, замыкается его размыкающий контакт в цепи связи предыдущего реле с шиной питания, которое через включенный динистор вновь срабатывает и через свой замыкающий контакт обеспечит повторно подачу управляющего сигнала на обмотку данного реле.

К числу недостатков прототипа следует отнести:

- из-за малой длительности управляющего сигнала, определяемой временем перехода контактов реле из одного состояния в другое (от момента поступления на обмотку этого реле сигнала управления), возможны сбои в работе устройства, следствием действия которых может явиться прекращение коммутации;

- время подачи управляющего сигнала может оказаться недостаточным и для включения динисторов соответствующей ячейки, например, при их шунтировании «сглаживающей» RC-цепочкой, рекомендуемой для защиты от непреднамеренного включения при больших скоростях изменения питающего и управляющего напряжений;

- необходимость в использовании реле с большим числом контактных групп, как минимум трех, две из которых («замыкающая» и «размыкающая») задействованы в цепях управления его работой.

Таким образом, целью предполагаемого изобретения является устранение сбоев в работе коммутирующего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве в каждую n ячейку введен четвертый динистор, один из выводов которого подключен к соответствующей управляющей шине, и три развязывающих диода. Первый из развязывающих диодов, установленный в проводящем для сигналов, снимаемых с управляющей шины, состоянии, подключен между вторым выводом четвертого динистора и общей точкой соединения второго и третьего динисторов. Второй и третий развязывающие диоды, включенные по отношению друг к другу встречно, соединяют указанную точку соединения второго и третьего динисторов данной ячейки с общей точкой соединения четвертого динистора и первого развязывающего диода (n+1)-ой ячейки. При этом общая точка соединения второго и третьего развязывающих диодов в каждой ячейке подключена ко второму выводу первого динистора.

Сущность предложенного технического решения состоит в том, что время подключения соответствующего реле к управляющей шине определяется длительностью действия управляющего сигнала, и при сбоях в работе какого-либо из реле, например, из-за отпускании его контактов от воздействия вибрационной нагрузки, обеспечивается повторная подача напряжения питания на обмотку данного реле либо последующего, если время прекращения воздействия нагрузки совпадает со временем поступления сигнала на другую управляющую шину. Кроме того, в управлении работой участвует только один размыкающий контакт реле. Это дает возможность использовать реле с малой контактной группой, что при большом числе ячеек в коммутирующем устройстве существенно снижает массу, габариты и стоимость последнего. Основным функциональным назначением контактов реле является коммутирование исполнительных цепей.

Совокупность предложенных признаков авторам неизвестна.

Работа предлагаемого устройства поясняется его принципиальной электрической схемой, показанной на фиг.1, и временной диаграммой на фиг.2.

Устройство содержит 1n ячеек, электромагнитные реле 1₁1_n, диоды 2₁2_n, шунтирующие обмотки реле, резисторы 3 ₁3_n, динисторы 4₁4_n, 5₁5_n, 6₁6_n и 7₁7_n, развязывающие диоды 8₁8_n, 9₁9_n и 10₁10_n, управляющие шины 11 и 12, размыкающие контакты 13₁13_n реле, установленные в соответствующие цепи связи обмоток реле с шиной питания, и вывод 14 для запуска устройства, связанный с обмоткой реле 1₁ первой ячейки.

Значения напряжения источника питания и управляющих сигналов соответствуют величине номинального напряжения срабатывания реле (U_cp), а напряжение включения динистора (U_{вкл. д.}) - выражению U_{вкл. д.}=U_cp/(1,41,7). Поэтому процесс срабатывания последовательно включенных двух динисторов и установленного в их цепи реле будет осуществляться только в том случае, когда один из динисторов окажется во включенном (проводящем) состоянии.

Устройство работает следующим образом.

Запускающий импульс (фиг.1 и 2), поступая на вывод 14, переводит во включенное состояние динисторы 5 ₁, 6_n и 4_n. Во включенное состояние переходят также динисторы 6₁ и 4₁, а, при наличии управляющего сигнала на шине 11, и динистор 7₁ . Срабатывает реле 1₁ первой ячейки. Следующий управляющий сигнал, поступая на шину 12, вызывает переход во включенное состояние динистора 7₂ (благодаря наличию в цепи связи его с «минусовой» шиной включенного динистора 4₁ ). Включаются также динисторы 5₂, 6₂, 4 ₂ и срабатывает реле 1₂, размыкающий контакт 13₂ которого разрывает цепи питания реле 1₁ и динисторов 5₁, 4_n и 6_n. Динистор 7₂, через который поступил управляющий сигнал на обмотку реле 1₂, будет находиться во включенном состоянии в течение всего времени существовании этого сигнала, что обеспечит надежное срабатывание реле 1₂ и упомянутых выше динисторов в цепи его управления. Следующий управляющий сигнал, поступающий на шину 11, переводит через включенный динистор 4₂ в проводящее состояние динисторы 7₃, 5₃ , 6₃ и 4₃. Сработает реле 1₃ , которое своим размыкающим контактом 13₃ снимает с блокировки реле 1₂ и выключает динисторы 6₁ , 4₁ и 5₂. Динисторы 6₂ и 4 ₂ останутся включенными из-за наличия связи с питающим напряжением через замкнутые (в исходном состоянии) контакты 13 ₄ реле 1₄. Если из-за воздействия ударной нагрузки, произойдет, например, сбой в работе реле 1₃, и в течение временного интервала t (фиг.2) контакты этого реле будут отпущены (при сохранении питающего напряжения на обмотке реле), повторно подключается к напряжению питания реле 1₂. Цепь поступления этого напряжения, вызывающее срабатывание реле - через включенный ранее динистор 6₂, переходящий в проводящее состояние динистор 5₂ и замкнутые (на время t) контакты 13₃. По завершению интервала t, положение конечной границы которого на временной оси t (как это видно из фиг.2) совпадает с появлением очередного управляющего сигнала на шине 12, через включенный динистор 4 ₃ переходит в проводящее состояние связанный с этой шиной динистор 7₄, обеспечивающий срабатывание следующего реле устройства, а именно реле 1₄.

При срабатывании последнего из реле, в частности I_n переходят в проводящее состояние динисторы 6_n и 4 _n, подготавливающие к срабатыванию, в следующем цикле работы, реле 1₁.

В дальнейшем работа схемы будет происходить аналогично выше описанной.

Таким образом, предложенное коммутирующее устройство обладает, в сравнении с прототипом, наилучшими эксплуатационными характеристиками. Появление даже таких сбоев, как кратковременное размыкание контактов реле, находящегося во включенном положении, не нарушит процесс работы устройства в целом, что позволит ему найти применение в областях, где первичными являются такие требования, как надежность, долговечность и стойкость к воздействию внешних факторов.

Заявителем изготовлен опытный образец устройства для бортовой системы, обеспечивающей поступление командных токовых сигналов на последовательную отработку ее исполнительных элементов, подтвердивший заявленные преимущества.

Источники информации

1. Егоров B.C. и др. Прибор для определения параметров вольтамперной характеристики фотоэлектрического преобразователя // Электротехника. - 1972, 2. - С.44.

2. Авторское свидетельство СССР 362494, опубл. 13.12.1972. - Бюлл. 2 (1973 г.).

3. Авторское свидетельство СССР 501492, опубл. 30.01.1976. - Бюлл. 4.

4. Авторское свидетельство СССР 601834, опубл. 05.04.1978. - Бюлл. 13 (прототип).

Коммутирующее устройство, построенное по схеме двухтактного регистра сдвига, содержащее n ячеек, каждая из которых выполнена на электромагнитном реле, трех динисторах, резисторе и диоде, шунтирующем обмотку реле, причем первый вывод этой обмотки через размыкающий контакт реле (n+1)-й ячейки подключен к шине питания и через резистор - к одному из выводов первого динистора (n-1)-й ячейки, а второй вывод обмотки через последовательно соединенные второй и третий динисторы подключен к другой шине питания, и две управляющие шины, отличающееся тем, что в каждую n ячейку введен четвертый динистор, один из выводов которого подключен к соответствующей управляющей шине, и три развязывающих диода, первый из которых, установленный в проводящем для сигналов, снимаемых с управляющей шины, состоянии, подключен между вторым выводом четвертого динистора и общей точкой соединения второго и третьего динисторов, а второй и третий развязывающие диоды, включенные по отношению друг к другу встречно, соединяют указанную точку второго и третьего динисторов данной ячейки с общей точкой соединения четвертого динистора и первого развязывающего диода (n+1)-й ячейки, при этом общая точка соединения второго и третьего развязывающих диодов в каждой ячейке подключена ко второму выводу первого динистора.