Устройство плавного включения
Полезная модель направлена на повышение срока службы ламп накаливания, коллекторных электродвигателей за счет уменьшения пускового тока при включении. Устройство плавного включения содержит симистор 5, динистор 11, резистивно-емкостную фазосдвигающую цепь, пороговый детектор напряжения 6 и оптопару 7. Последовательно с нагрузкой 4 включен симистор 5, в цепи управления которого находится резистивно-емкостная фазосдвигающая цепь с динистором 11. Параллельно полупроводниковому резистору 8 фазосдвигающей цепи включен выходной каскад оптопары 7, цепь управления которой через пороговый детектор напряжения 6 включена параллельно нагрузке 4.
Полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в системах регулирования электрической мощности, в частности, для плавного включения электрических ламп накаливания и коллекторных электродвигателей.
Известно «Устройство щадящего режима включения ламп накаливания», состоящее из двух параллельных цепочек, каждая из которых содержит контактную пару и элемент односторонней проводимости (патент RU №2088052, опубл. 20.08.1997), а также известно «Устройство ограничения пусковых токов ламп накаливания» (патент RU №2015603, опубл. 30.06.1994), содержащие встречно включенные вентильные элементы односторонней проводимости, коммутируемые последовательно, в результате чего на нагрузку подается сначала половинное, а затем - полное значение переменного напряжения.
Недостатком указанных устройств является двухступенчатая коммутация напряжения, которая не обеспечивает плавного включения нагрузки из-за наличия скачков тока, а также вызывает физиологический зрительный дискомфорт, вызываемый мерцанием ламп накаливания в период первого этапа коммутации. Определенную опасность представляет также возможный стробоскопический эффект при работе с машинами и механизмами.
Наиболее близким устройством к заявляемой полезной модели по технической сущности является «Регулятор переменного напряжения с плавным пуском» (патент RU №2149494, опубл. 20.05.2000), выбранный в качестве прототипа, содержащий источник питания, блок синхронизации с сетевым напряжением, нагрузку, автономный выключатель нагрузки, симистор, фазосдвигающую цепь, управляющую симистором, формирователь импульсов.
Недостатком прототипа является большое количество громоздких дискретных элементов, в частности полярных конденсаторов, диодных мостов, затрудняющих размещение устройства, например, в корпусе настенного выключателя, ручного электроинструмента.
Задачей полезной модели является уменьшения пускового тока при включении, приводящее к повышению срока службы лампы накаливания, коллекторного электродвигателя, а также снижение массо-габаритных характеристик устройства.
Поставленная цель достигается тем, что устройство плавного включения, содержит последовательно соединенные нагрузку и симистор, подключенные к источнику тока, а также фазосдвигающую цепь и включенные параллельно нагрузке детектор порогового напряжения с оптоэлектронным реле. Фазосдвигающая цепь выполнена из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенных к динистору, и полупроводникового резистора. Полупроводниковый резистор выбирают прямого нагрева с сильной температурной зависимостью, причем используют такое его свойство, которого в других электронных системах стараются избегать или компенсировать - саморазогрев от протекающего тока и, как следствие, многократное и плавное изменение номинала сопротивления. В состав фазосдвигающей цепи входит динистор, подключенный одним из выводов к затвору симистора. Кроме того, дополнительно введен пороговый детектор напряжения, входы которого подключены параллельно нагрузке, а выходы соединены с управляющими входами оптопары, выходной каскад которой шунтирует полупроводниковый резистор.
На фигуре показана схема устройства.
Устройство содержит клеммы 1 и 2 источника питания переменного тока, последовательно соединенные сетевой выключатель 3, нагрузку 4 (лампы накаливания либо коллекторные электродвигатели), симистор 5. Параллельно нагрузке 4 включен пороговый детектор 6 напряжения, к выходу которого подключена оптопара 7. Параллельно симистору 5 подключена фазосдвигающая цепь, состоящая из последовательно соединенных полупроводникового
резистора 8 прямого нагрева с сильной температурной зависимостью, токоограничивающего резистора 9 и конденсатора 10. Динистор 11 первым выводом соединен с резистором 9 и конденсатором 10, а вторым с затвором симистора 5. Выходной каскад оптопары 7 подключен параллельно резистору 8.
Устройство работает следующим образом.
При замыкании сетевого выключателя 3 через нагрузку 4 и резисторы 8 и 9 фазосдвигающей цепи течет ток заряда конденсатора 10. По достижении на конденсаторе 10 уровня напряжения, достаточного для пробоя динистора 11, происходит открывание симистора 5, а конденсатор 10 разряжается. В следующем цикле противоположной полярности процесс накопления заряда в фазосдвигающей цепи с последующим открыванием симистора 5 повторяется. По мере протекания тока через полупроводниковый резистор 8 прямого нагрева, происходит его разогрев и, как следствие, изменение номинального сопротивления, что вызывает изменение постоянной времени фазосдвигающей цепи и увеличение скорости заряда конденсатора 10. В результате постепенно увеличивается длительность периода открытого состояния симистора 5, а среднее значение напряжения на нагрузке 4 плавно увеличивается, при этом пусковой ток ограничивается.
По окончании пускового периода, когда напряжение на нагрузке 4 достигнет уровня 60-80% номинального, срабатывает пороговый детектор 6. Оптопара 7, управляемая детектором 6, шунтирует полупроводниковый резистор 8, вызывая подачу на нагрузку 4 практически полного напряжения сети, а полупроводниковый резистор 8 остывает, подготавливаясь к новому пуску.
Таким образом, предлагаемое устройство плавного включения обеспечивает увеличение срока службы нагрузки - ламп накаливания, коллекторных электродвигателей, за счет автоматического плавного нарастания напряжения на нагрузке, ограничения пускового тока. При этом пусковой режим максимально учитывает конструктивно-технологические особенности объекта управления. Кроме того, устройство отличается малым объемом компонентов и простотой реализации при малых габаритах и массе.
1. Устройство плавного включения, содержащее последовательно соединенные нагрузку и симистор, подключенные к источнику тока, а также фазосдвигающую цепь и включенные параллельно нагрузке детектор порогового напряжения с оптоэлектронным реле, отличающееся тем, что фазосдвигающая цепь выполнена из последовательно соединенных резистора и конденсатора, подключенных к динистору, и полупроводникового резистора.
2. Устройство плавного включения по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый резистор может быть типа прямого нагрева с сильной температурной зависимостью.
