CZ280022B6

CZ280022B6 - Zkušební přístroj se zdrojem stejnosměrného napětí

Info

Publication number: CZ280022B6
Application number: CS911182A
Authority: CZ
Inventors: Robert Kindermann; Herbert Ziegler
Original assignee: Abb Patent Gmbh
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-25
Publication date: 1995-09-13
Also published as: EP0454012A3; DE4013490C2; EP0454012A2; CS9101182A2; DE4013490A1

Abstract

K měření odporu ochranných vodičů a vyrovnávacích vedení napětí je třeba stejnosměrného zdroje k vytvoření měřicího proudu. Součásti zapojení musí být chráněny před nebezpečnými cizími napětími, která mohou vzniknout při chybě obsluhy, aniž by se v případě chyby musely vyměňovat součásti ochranného obvodu, např. tavné pojistky. Na jedné straně měřeného objektu (Rx) je zapojena blokovací dioda (V4) a na druhé straně řízený polovodičový spínač (V8). Jeho řídicí obvod (L) je dimenzován tak, aby uzavřel průtok proudu přes polovodičový spínač (V8), jakmile součtové napětí stejnosměrného zdroje (U.sub.O.n.) a cizí napětí překročí prahové napětí prahového elementu (V5), který patří do řídicího obvodu (L).ŕ

Description

Zkušební přístroj se zdrojem stejnosměrného napětí

Oblast techniky

Vynález se týká zkušebního přístroje se zdrojem stejnosměrného napětí ke generování měřicího proudu vedeného přes měřený objekt, zejména k měření odporu ochranných vodičů a vyrovnávacích vedení napětí, a s ochranným obvodem k ochraně před cizími nebezpečnými napětími přiváděnými přes měřený objekt.

Dosavadní stav techniky

Zkušební přístroje, které mají sloužit k měření ohmických odporů, potřebují zdroj stejnosměrného napětí, z něhož se vede proud přes měřený objekt, na kterém vzniká úbytek napětí, pomocí něhož se zjistí velikost odporu měřeného objektu. U samostatných obvodových prvků, jejichž odpor se má přezkoušet, například před jejich zapojením do elektrického obvodu, je takové měření zcela bez problémů. Jiné poměry nastanou ovšem tehdy, když je měřený objekt již zapojen v obvodu a je nutno počítat s nebezpečnými cizími napětími. To platí zejména například u ochranných vodičů a vyrovnávacích vodičů napětí ve střídavých sítích, jejichž odpor se má měřit.

Podle normy VDE 0413 je stanoveno, že taková měření se provádějí měřicím proudem alespoň 0,2 A a napětím alespoň 4,5 V. Dále je stanoveno, že měřicí přístroje, používané k tomuto účelu, se při chybné manipulaci nesměji zničit ani ohrozit uživatele. Zkušební přístroj musí být tedy konstruován tak, aby sítové napětí, které se přivádí při chybné manipulaci na měřicí vstupy, nezpůsobilo žádnou škodu.

Je známé, že zkušební přístroje se chrání na vstupní straně výkonovými diodami ve spojení s tavnou pojistkou. Tato tavná pojistka je zapojena do série s měřicím vstupem a společně s ním je přemostěna diodovým řetězcem. Prahové napětí diodového řetězce je vyšší než hodnota napětí stejnosměrného napětového zdroje, takže jak toto napětí, tak i měřicí proud protékající měřeným objektem nejsou ovlivněny. Větší cizí napětí, která se přičítají ke stejnosměrnému napětí, se přitom prakticky zkratují. Zkratový proud vyvolá reakci tavné pojistky, která se roztaví, takže nebezpečné cizí napětí se izoluje od stejnosměrného napěťového zdroje a nemůže zničit jeho součásti.

Takové uspořádání je však nevyhovující v tom smyslu, že každá chybná manipulace, při které se přivede na měřici vstupy nebezpečné cizí napéti, způsobí roztaveni tavné pojistky. Zkušební přistroj je připraven pro další provoz teprve po výměně tavné pojistky. Je tedy třeba mít neustále v zásobě náhradní pojistky. Další nevýhoda spočívá v tom, že diodový řetězec sestávající z výkonových diod i držák tavné pojistky zabírají mnoho místa.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit zkušební přístroj uvedeného typu tak, aby odblokoval nebezpečné cizí napětí tak, aby nemohlo ohrozit ani přístroj ani obsluhující osobu, aby vsak odblokování samočinně znovu zrušil a pokračoval v měřeni, jakmile je nebezpečné cizí napětí odstraněno.

-1CZ 280022 B6

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje zkušební přístroj se zdrojem stejnosměrného napětí ke generování měřicího proudu vedeného přes měřený objekt, zejména k měření odporu ochranných vodičů a vyrovnávacích vedení napětí, a s ochranným obvodem k ochraně před cizími nebezpečnými napětími přiváděnými přes měřený objekt, podle vynálezu, jehož podstatou je, že k zablokování zdrojů cizích napětí s opačnou polaritou na jedné straně měřeného objektu je do proudového obvodu mezi tímto objektem a stejnosměrným zdrojem napětí zapojena blokovací dioda a k potlačení zdrojů sériových cizích napětí se stejnou polaritou na druhé straně měřeného objektu je do proudového obvodu mezi ním a stejnosměrným zdrojem napětí zapojen řízený polovodičový spínač, přičemž polovodičový spínač je opatřen řídicím obvodem a tvoří část regulačního obvodu.

Řešení podle vynálezu umožňuje jednoduchými prostředky izolovat cizí napětí, která překračují nebezpečnou hodnotu, nezávisle na jejich polaritě, od zdroje stejnosměrného napětí, κ odblokování cizích napětí, která mají oproti stejnosměrnému napěťovému zdroji opačnou polaritu, stačí již pouze připojeni blokovací diody. K izolaci cizích napětí stejné polarity je naproti tomu třeba polovodičového spínače řízeného tak, aby jeho spínací dráha při neexistenci cizího napětí zůstala neustále uzavřena, a aby tedy tekl měřicí proud nezbytný pro měření, avšak aby se spínací dráha polovodičového spínače zablokovala tehdy, jakmile součtové napětí, složené z napětí stejnosměrného zdroje a z cizího napětí, převýší prahové napětí prahového elementu. Prahový element je součástí řídicího obvodu, který jednak sleduje součtové napětí a jednak řídi polovodičový spínač.

Když se použije k měření odporu konstantního proudu známé velikosti, postup měření se podstatně zjednoduší, protože úbytek napětí na měřeném objektu představuje veličinu úměrnou jeho odporu. Je proto účelné vybavit zkušební přístroj pro zkoušení ochranných vodičů a vyrovnávacích vedení napětí konstantním zdrojem proudu. Zvlášť výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že polovodičový spínač, nezbytný jako regulační prvek ve zdroji konstantního proudu, pracuje současně jako blokovací spínač k zablokování nebezpečných cizích napětí.

Regulační obvod, nezbytný pro generování konstantního proudu, je účelně vytvořen tak, že invertující vstup regulačního zesilovače je připojen ke zpětnovazebnímu odporu, zapojenému do série se spínací dráhou polovodičového spínače, a porovnává napětí záporné zpětné vazby s referenčním napětím, které se vytváří na referenčním elementu a přivádí se na neinvertujici vstup regulačního zesilovače, přičemž regulační obvod dodává příslušný výstupní signál řídicímu vstupu polovodičového spínače.

Mimoto je řídicí obvod, integrovaný do regulačního obvodu, vytvořen tak, že řidiči tranzistor je svou dráhou kolektor-emitor zapojen mezi řídicí vstup polovodičového spínače a od něj odvrácený konec zpětnovazebního odporu a báze tohoto tranzistoru je spojena s napěťovým děličem, který je zapojen do série s prahovým elementem regulačního obvodu, přičemž tento napěťový dělič přemosťuje spínací dráhu polovodičového spínače se sériovým zpětnovazebným odporem.

-2CZ 280022 B6

Paralelné k sériovému zapojení, sestávajícímu ze spínací dráhy polovodičového spínače a zpětnovazebního odporu, je zapojen varistor, který chrání polovodičový spínač před špičkami přepětí.

Zdroj konstantního proudu, tvořený stejnosměrným napěťovým zdrojem a regulačním obvodem, má v rámci měření prováděného zkušebním přístrojem pouze generovat konstantní proud, který vyvolává na měřeném objektu úbytek napětí. Měření tohoto úbytku napětí musí probíhat pomocí měřicího obvodu, který vyhodnotí naměřený proud a popřípadě indikuje výsledek.

Jako polovodičový spínač slouží účelné výkonový tranzistor, s výhodou tranzistor řízený polem, přičemž dráha emitor-kolektor tvoří spínací dráhu a hradlová elektroda řídicí vstup.

Přehled obrázků na výkrese

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese .

Přiklad provedení vynálezu

Zapojení zkušebního přístroje obsahuje stejnosměrný zdroj ¾ napětí, který napájení regulační obvod K sloužící ke generováni konstantního proudu I. Tento proud I je k dispozici na vstupních svorkách A, B jako měřici proud. Konstantní měřicí proud I protéká měřeným objektem Rx a vyvolává na jeho odporu úbytek napětí, který se zjišťuje měřicím obvodem M a vyhodnocuje.

Když nejsou měřicí vstupy A, B omylem spojeny se zkoušeným ochranným vodičem, ale přijdou následkem chyby obsluhy na fázový vodič, má se tím vzniklé cizí napětí v zapojení podle vynálezu zablokovat. K potlačení cizích napětí s opačnou polaritou je mezi prvním měřicím vstupem A a kladným pólem stejnosměrného zdroje U_onapětí zapojena blokovací dioda V4 tak, že blokuje proudy protékající v opačném směru ke U_Q. Když se však obrátí polarita cizího napětí na měřicích vstupech A, B, je toto napětí stejné polarity v sérii se stejnosměrným zdrojem υθ, takže vznikne součtové napětí, které zdaleka převyšuje napětí stejnosměrného zdroje U_Q. Takové součtové napětí by na některých elementech proudového obvodu vyvolalo nepřípustně vysoký ztrátový výkon, který by mohl způsobit jejich zničení, a tomu se musí zabránit.

Mezi druhý měřicí vstup B a zápornou svorku stejnosměrného zdroje U_Q je zapojena spínací dráha D-S výkonového tranzistoru řízeného polem, který tvoří řízený polovodičový spínač V8, a zpětnovazební odpor R5, zapojený do série s tímto výkonovým tranzistorem. Spínací dráha D-S řízeného polovodičového spínače V8 se dá uzavřít přes řídicí vstup B nebo otevřít za účelem přerušeni proudového obvodu. K tomu účelu se na řídicí vstup G přivádí výstupní signál regulačního obvodu K.

Regulační obvod K obsahuje regulační zesilovač V3, který porovnává úbytek napětí, přiváděného na jeho invertující vstup (-) a odebíraný ze zpětnovazebního odporu R5, s referenčním napětím,

-3CZ 280022 B6 přiváděným na jeho neinvertující vstup (+), a řídí polovodičový spínač V8 tvořící regulační element tak, že se proud ve smyslu udržování konstantního měřicího proudu I zvětšuje nebo zmenšuje. Referenční napětí je generováno referenčním elementem V2, který je připojen přes předřadný odpor Rl k pomocnému napětí U1.

V regulačním obvodu K je integrován řídicí obvod L, který je funkčně zcela nezávislý na regulačním obvodu a obsahuje také referenční element V5, zapojený do série se dvěma odpory R3, R4 tvořícími dělič napětí a tvoří sériový obvod, který je zapojen paralelné k sériovému obvodu spínací dráhy D-S polovodičového spínače V8 a zpětnovazebního obvodu R5. Tranzistor V7, připojený bází na napěťový dělič s odpory R3, R4, přemosťuje svou dráhou emitor-kolektor řídicí vstup polovodičového spínače V8 k zápornému pólu pomocného napěťového zdroje Ul, k němuž je připojen také odpor R4 děliče a zpětnovazební odpor R5

Řídicí obvod L může být použit i bez elementů regulačního obvodu K sloužících k udržování konstantního proudu, pouze ve spojení se stejnosměrným zdrojem Uq napětí. V tomto případě stačí napěťový dělič, přes který přichází předpětí na řídicí elektrodu G polovodičového spínače V3 , které zajišťuje, že spínací dráha D-S zůstane uzavřena při neexistujícím cizím napětí.

K vysvětlení funkce ostatních elementů zapojení je třeba ještě dodat, že odpor R6 pracuje jako varistor, který při špičkách přepětí nabývá nízkou hodnotu, a tím chrání polovodičový spínač V8 . Kondenzátor Cl patří ke stejnosměrnému zdroji Uq napětí a tvoří tedy filtrační kondenzátor. Dioda VI, která je zapojena paralelné ke kondenzátoru Cl a polarizována stejně jako dioda V4, zkratuje velmi strmé špičky cizího napětí, které nejsou okamžitě potlačeny polovodičovým spínačem V8, aby chránila stejnosměrný zdroj Uq napětí. Odpor R2 , ležící mezi výstupem regulačního zesilovače V3 a řídicí elektrodou G polovodičového spínače V8, slouží k omezeni proudu.

Zatímco při kladném napětí na měřicím vstupu A uzavírá dioda V4 tok proudu vyvolaného cizím napětím a tedy chrání obvodové prvky obvodu před zničením, přebírá při záporné polaritě cizího napětí na měřicím vstupu A blokovací funkci polovodičový spínač V8. Umožňuje to řídicí obvod L, v němž je referenční element V5 dimenzován tak, aby Zenerovo napětí leželo těsně nad maximálním napájecím napětím stejnosměrného zdroje Uq. Jakmile tedy součtové napětí, tvořené stejnosměrným napětím zdroje U_Q a cizím napětím, překročí Zenerovo napětí, teče proud přes napěťový dělič s odpory R3, R4, takže na bázi řídicího tranzistoru V7 přijde kladné napětí, které sníží napětí řídicí elektrody G polovodičového spínače V8 na zápornou hodnotu. Spínací dráha D-S polovodičového spínače V8, která je normálně uzavřena, se tím otevře, takže zablokuje další průtok proudu. Odpor R3 a polovodičový spínač V8 jsou nastaveny na maximální cizí napětí. Po odstranění cizího napětí je zdroj konstantního napětí znovu připraven k provozu.

Claims

1. Zkušební přístroj se zdrojem stejnosměrného napětí ke generování měřicího proudu vedeného přes měřený objekt, zejména k měření odporu ochranných vodičů a vyrovnávacích vedení napětí , a s ochranným obvodem k ochraně před cizími nebezpečnými napětími přiváděnými přes měřený objekt, v*y z n a č u j í cí se tím, žek zablokování zdrojů cizích napětí s opačnou polaritou na jedné straně měřeného objektu (Rx) je do proudového obvodu mezi tímto objektem a stejnosměrným zdrojem (U_o) napětí zapojena blokovací dioda (V4) a k potlačení zdrojů sériových cizích napětí se stejnou polaritou na druhé straně měřeného objektu (Rx) je do proudového obvodu mezi ním a stejnosměrným zdrojem (U_o) napětí zapojen řízený polovodičový spínač (V8), přičemž polovodičový spínač (V8) je opatřen řídicím obvodem (L) a tvoři část regulačního obvodu (K).

2. Zkušební přístroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulační obvod (K) obsahuje regulační zesilovač (V3), který je svým invertujícím vstupem (-) připojen ke zpětnovazebnímu odporu (R5), ležícímu v sérii se spínací dráhou (D-S) polovodičového spínače (V8), svým neinvertujícím vstupem (+) je připojen na další referenční element (V2) a svým výstupem je připojen na řídicí vstup (G) polovodičového spínače.

3. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že řídicí obvod (L) obsahuje řídicí tranzistor (V7), který je svou dráhou kolektor-emitor zapojen mezi řídicí vstup polovodičového spínače (V8) a od něho odvrácený konec zpětnovazebního odporu (R5) a jehož báze je spojena s napěťovým děličem s odpory (R3, R4), který je zapojen do série· s prahovým elementem (V5) regulačního obvodu (K) , přičemž napěťový dělič s odpory (R3, R4) přemosťuje spínací dráhu (D-S) polovodičového spínače (V8) se sériově zapojeným zpětnovazebním odporem (R5).

4. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že paralelně k sériovému obvodu, sestávajícímu ze spínací dráhy (D-S) polovodičového spínače (V3) a ze zpětnovazebního odporu (R5), je připojen varistor (R6) .

5. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že na výstupu (A, B) sériového obvodu, tvořeného blokovací diodou (V4), stejnosměrným zdrojem (%), zpětnovazebním odporem (R5) a spínací dráhou (D-S) polovodičového spínače (V8) je zapojen měřený objekt (Rx), uzavírající proudový obvod.

6. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že polovodičovým spínačem (V8) je výkonový tranzistor, zejména tranzistor řízený polem, jehož dráha emitor-kolektor (D-S) tvoří spínací dráhu, a jehož hradlová elektroda je řídicím vstupem (G).