PL207708B1 - Układ zabezpieczający dla iskrobezpiecznych elementów wykonawczych oraz układ zabezpieczający dla iskrobezpiecznych systemów zasilania energetycznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zabezpieczający dla iskrobezpiecznych elektromagnetycznych elementów wykonawczych oraz układ zabezpieczający dla iskrobezpiecznych systemów zasilania energetycznego, znajdujący zastosowanie w szczególności w górnictwie podziemnym do sterowania elektronicznymi zaworami maszyn i urządzeń górniczych.

W górnictwie podziemnym dla zainicjowania hydraulicznych procesów ruchowych, realizowanych przeważnie z wykorzystaniem siłowników hydraulicznych, bądź stojaków hydraulicznych, wykorzystywanych jest wiele elementów wykonawczych elektromagnetycznych służących do włączania elektrohydraulicznych zaworów. Szczególnie duża ilość uruchamianych elektrohydraulicznych zaworów, występujących przykładowo w sekcjach obudowy kroczącej, stawia wysokie wymagania względem wykorzystywanych zasilaczy i podziemnego systemu zasilania energetycznego, przy czym równocześnie zarówno zasilacze, jak i systemy zasilania energetycznego muszą odpowiadać wymaganiom systemów iskrobezpiecznych oraz wszystkim przepisom zabezpieczenia przeciwwybuchowego i/lub przeciwzapłonowego. Stawia to określone ograniczenia w stosunku do przyłączy elektrycznych i zasilaczy, co z kolei powoduje, iż elementy elektromagnetyczne do stosowania w górnictwie podziemnym zazwyczaj wykonuje się z obniżoną wartością prądu trzymania. Równocześnie występujące duże obciążenia indukcyjne w obrębie iskrobezpiecznych systemów zasilania energetycznego wymagają stosowania szczególnych środków zabezpieczających dla dotrzymania wymogów narzuconych przepisami przeciwpożarowymi.

Znanym problemem występującym w elementach wykonawczych z zasilanymi cewkami jest impuls energii nadmiarowej powstający na bazie energii odłączania obciążenia indukcyjnego. Dla uniknięcia tego problemu dotychczas wszystkie elementy wykonawcze elektromagnesów wyposaża się w dwa zwieracze wykonane przeważnie z diod gaszących, których zadaniem jest krótkie zwieranie cewki przy zmianie potencjału napięcia cewki. Pozwala to na wyeliminowanie szczytowych napięć energii odłączania, względnie impulsu energii nadmiarowej. Załamujące się przy odłączaniu cewki pole magnetyczne indukuje napięcie na cewce o polaryzacji przeciwnej do napięcia przyłączeniowego i ta zmiana polaryzacji - w dalszej treści opisu nazywana uogólniająco zmianą potencjału - odblokowuje diodę gaszącą, w wyniku czego następuje odbudowanie pola magnetycznego cewki.

Jednakże w systemach zasilania energetycznego z dużą ilością równocześnie włączanych elementów wykonawczych elektromagnesów, przykładowo przy awarii kabla, już sam zmniejszony przez diodę gaszącą impuls nadmiarowy energii wyłączenia może spowodować powstanie impulsu całkowitego nie odpowiadającego przepisom przeciwzapłonowym.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie takiego układu zabezpieczającego dla iskrobezpiecznych, elektromagnetycznych elementów wykonawczych, oraz układu zabezpieczającego dla iskrobezpiecznych systemów zasilania energetycznego, które nawet w niekorzystnych okolicznościach, przykładowo przy awarii kabla lub braku prądu, wyeliminują niebezpieczeństwo powstania impulsu całkowitego, mogącego doprowadzić do zapłonu gazu, lub innych sytuacji niedopuszczalnych ze względów bezpieczeństwa.

Istotą układu zabezpieczającego dla iskrobezpiecznych elektromagnetycznych elementów wykonawczych według wynalazku jest to, że posiada włączony pomiędzy cewką a drugim potencjałem zasilania półprzewodnikowy przełącznik zwierający, który przy zmianie potencjału, albo zmniejszeniu napięcia o określonej wartości referencyjnej, oddziela cewkę od tego drugiego potencjału.

Według jednego z przykładowych wykonań półprzewodnikowy przełącznik podłączony jest szeregowo do zwieraczy oraz cewki, mogąc obydwa te elementy oddzielić od przyłącza drugiego potencjału zasilania.

Szczególnie korzystnym jest, gdy półprzewodnikowy przełącznik jest tranzystorem, zwłaszcza zaś tranzystorem polowym, którego baza albo bramka połączona jest z pierwszym potencjałem zasilacza.

W alternatywnym wykonaniu półprzewodnikowy przełącznik zwierający może być uruchamiany przez równolegle połączony z cewką detektor sterujący, służący do wykrywania zmiany potencjału, albo spadku napięcia.

Celowym jest przy tym, gdy detektor sterujący wyposażony jest we wzmacniacz operacyjny, zwłaszcza w komparator, poprzez który przy wystąpieniu zmiany potencjału lub przekroczeniu progu komparacji na wejściu komparatora albo wzmacniacza operacyjnego następuje włączenie półprzewodnikowego przełącznika w celu oddzielenia cewki od drugiego potencjału zasilania.

PL 207 708 B1

Korzystnie półprzewodnikowy przełącznik zwierający jest tranzystorem, zwłaszcza zaś tranzystorem polowym, którego baza albo bramka połączona jest z wyjściem wzmacniacza operacyjnego.

Szczególnie korzystnym jest, gdy układ zabezpieczający, wyposażony we wzmacniacz operacyjny lub komparator, posiada również naładowujący się podczas zasilania cewki napięciem zasilającym z zasilacza buforowy zasobnik energii, pełniący rolę osobnego zasilania dla detektora sterującego. Ten buforowy zasobnik energii przejmuje funkcje zasilania detektora sterującego także wówczas, gdy odpada napięcie zasilające zasilacza i za pomocą zwieracza uruchamiane jest rozładowywanie cewki.

Buforowy zasobnik energii może korzystnie obejmować kondensator.

Drugi potencjał stanowi potencjał uziemieniowy zasilacza, a półprzewodnikowy przełącznik elektronicznie przerywa połączenie z potencjałem uziemieniowym, ponieważ w urządzeniach górniczych wszystkie żądane zewnętrzne procesy łączeniowe przeprowadzane są w przyłączu uziemieniowym.

Ponadto korzystnie zwieracze składają się z diod gaszących.

Istota układu zabezpieczającego dla iskrobezpiecznych systemów zasilania energetycznego polega na tym, że każdemu urządzeniu sterującemu może być przyporządkowany układ zabezpieczenia grupowego, każdorazowo wyposażony w półprzewodnikowy przełącznik zwierający włączony pośrednio między drugim potencjałem zasilania a wszystkimi cewkami przyporządkowanymi temu urządzeniu sterującemu, przy czym ten półprzewodnikowy przełącznik przy zaistnieniu zmiany potencjału oddziela cewki od drugiego potencjału zasilania.

Celowym jest, aby półprzewodnikowemu przełącznikowi zwierającemu przyporządkowany był ładowany napięciem zasilacza zasobnik energii, zwłaszcza kondensator, za pomocą którego utrzymywany jest poziom różnicy napięcia potrzebny do włączenia półprzewodnikowego przełącznika podczas zmiany potencjału na przynajmniej jednej z cewek.

Dla umożliwienia podłączenia do jednego zasilacza wielu elektronicznych urządzeń sterujących korzystnym jest, gdy każdemu elektronicznemu urządzeniu sterującemu przyporządkowany jest ogranicznik prądowy. Ten ogranicznik prądowy może być zintegrowany przykładowo w elektronicznym urządzeniu sterującym, względnie tworzącej je inteligentnej listwie sterującej zaworów.

W szczególnie korzystnym wykonaniu ogranicznik prą dowy wyposaż ony jest w ukł ad kontrolny, który przy osiągnięciu nastawionego poboru prądu uruchamia półprzewodnikowy przełącznik zwierający celem przerwania połączenia nadzorowanych przez układ kontrolny cewek z drugim potencjałem zasilania.

Układ kontrolny może być wyposażony we wzmacniacz operacyjny, zwłaszcza w komparator, uruchamiający półprzewodnikowy przełącznik przy wystąpieniu zmiany potencjału na wejściach wzmacniacza operacyjnego dla przerwania zasilania napięciem wszystkich cewek.

Również w tym przypadku półprzewodnikowy przełącznik może składać się z tranzystora, celowo tranzystora polowego FET.

W preferowanym wykonaniu ukł adu wyjś cie wzmacniacza operacyjnego i kondensator podłączone są do bazy albo bramki półprzewodnikowego przełącznika.

Najkorzystniej drugi potencjał zasilania jest potencjałem uziemieniowym, a półprzewodnikowy przełącznik elektronicznie przerywa połączenie z potencjałem uziemieniowym, ponieważ w urządzeniach górniczych stosowanych pod ziemią wszystkie żądane zewnętrzne procesy łączeniowe przeprowadzane są w przyłączu uziemieniowym.

Jednocześnie zwieracze składają się z diod gaszących.

Zasadniczą zaletą układów według wynalazku jest to, że w przypadku wystąpienia nieregularności zasilania, na przykład nadmiernego spadku napięcia lub zmiany potencjału, półprzewodnikowy przełącznik zwierający, który w normalnym stanie lub stanie wyjściowym pozostaje stale włączony i umoż liwia przepływ prą du sprawia, że energia zgromadzona w cewkach w ogóle nie moż e płynąć z powrotem do przewodów zasilających, względnie przewodów potencjałowych zasilacza, bądź podziemnego systemu zasilania energetycznego. Ładunki indukcyjne zostają odrzucone i zniesione przez zwieracze, które mogą być wykonane jako diody gaszące, a więc bezpieczeństwo własne elementu wykonawczego elektromagnesu nie ulega zaburzeniu. W górnictwie podziemnym drugi potencjał zasilania jest zazwyczaj potencjałem uziemieniowym, a pierwszy potencjał jest zazwyczaj napięciem 12 V. Przy zewnętrznym odłączeniu potencjału uziemieniowego GND cewka zaczyna się rozładowywać, co następuje poprzez równolegle z nią włączone zwieracze, przykładowo jedną lub wiele diod gaszących. Wskutek spadku napięcia realizowanego przez diody napięcie po stronie cewek, normalnie połączonych z potencjałem GND, jest wyższe od napięcia po stronie, gdzie jego wartość wynosi 12 V. Ponie4

PL 207 708 B1 waż kanałowi nośnemu tranzystora w wyniku przerwania połączenia z potencjałem GND brakuje jego potencjału zerowego napięcie na emiterze i kolektorze - kontaktach tranzystora, tworzącego półprzewodnikowy przełącznik zwierający, zostaje podniesione do poziomu napięcia zasilania 12 V dominującego po tej stronie cewki. Ponieważ równocześnie napięcie na bramce, względnie bazie tranzystora połączone jest ze stroną 12 V, tranzystor automatycznie odcina przepływ prądu. W ten sposób zgromadzona energia cewki nie może się nadal przedostawać do zewnętrznych przyłączy elementu wykonawczego elektromagnesu, a więc nie wywiera wpływu na przyłączony system zasilania energetycznego. Zastosowanie komparatora służy wczesnemu wykryciu momentu zmiany potencjału na cewce, który spowodowany jest przez zewnętrzne odłączenie od potencjału uziemieniowego GND, a układ zabezpieczający wykorzystuje na nowo tranzystor, który w przeciwnym razie pozostaje stale włączony i umożliwia przepływ prądu, aby we właściwym momencie oddzielić cewkę od potencjału uziemieniowego GND i w ten sposób nie przepuścić zgromadzonej wewnętrznej energii cewki na przyłącza, lecz dokonać jej odrzucenia przez równolegle połączone diody gaszące. Zamiast zmiany polaryzacji może również zostać wykryty nieproporcjonalny bądź nadmierny, a więc wyższy od progu komparacji spadek napięcia. Wynalazek może być realizowany w ten sposób, że każdemu pojedynczemu elementowi wykonawczemu elektromagnesu przyporządkowuje się układ zabezpieczający według wynalazku, co wymaga wymiany lub dopasowania wszystkich istniejących uprzednio w podziemnym systemie zasilania energetycznego elementów wykonawczych elektromagnesów. Dzięki wynalazkowi rozwiązany jest dodatkowy podstawowy problem występujący w górnictwie podziemnym, jakim jest ograniczona moc stosowanych zasilaczy, dla przykładu w Niemczech ograniczona do wartości prądu 2,2 A, co limitowało dotychczas ilość elektronicznych urządzeń sterujących, mogących być zasilanymi z zasilacza.

Wynalazek został bliżej opisany w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schematyczny diagram podziemnego systemu zasilania energetycznego dla elektronicznych urządzeń sterujących z podłączonymi konwencjonalnymi zaworami elektromagnetycznymi oraz przyporządkowanym każdemu urządzeniu sterującemu układem zabezpieczającym, fig. 2 - schemat układu zabezpieczającego dla każdej cewki elementów wykonawczych elektromagnesu dla górnictwa podziemnego w pierwszym przykładowym wykonaniu, a fig. 3 - schemat układu zabezpieczającego dla każdej cewki elementów wykonawczych elektromagnesu według alternatywnego przykładowego wykonania.

System zasilania energetycznego 10 (fig. 1) obejmuje iskrobezpieczny, dopuszczony do stosowania w górnictwie podziemnym zasilacz 1 będący 12 V źródłem prądu stałego z pierwszym potencjałem 2 o wartości +12 V, oraz drugim potencjałem 3 jako potencjałem masy, oznaczanym dalej jako GND. Zarówno pierwszy potencjał 2 i drugi potencjał 3 doprowadzony jest przez gałęzie przewodów 4, 5, oraz wiodące do elektronicznego urządzenia sterującego 6 przewody 7, 8, oraz przewody potencjałowe 7A, 8A do wszystkich odbiorników w podziemnym systemie zasilania energetycznego 10. Odbiornikami są w tym przypadku liczne konwencjonalne elektrohydrauliczne zawory 9 podłączone do każdego elektronicznego urządzenia sterującego 6, przy czym każdy elektrohydrauliczny zawór 9 obejmuje jedną cewkę 11 jako indukcyjny element wykonawczy elektromagnesu, oraz przynajmniej jedną, podłączoną równolegle do cewki 11 diodę gaszącą 12 w charakterze zwieracza do krótkiego zwierania cewki 11. Równocześnie w systemie zasilania energetycznego 10 do każdego zasilacza 1, każdorazowo przez przewody zasilające 7, 8 podłączonych jest wiele równoległych względem siebie urządzeń sterujących 6. Cewki 11 wszystkich elektrohydraulicznych zaworów 9 zostają tą drogą podłączone poprzez przewody potencjałowe 7A, 8A do przewodów zasilających 7, 8 tak, że każda z cewek 11, przykładowo w zależności od stanu łączenia elektronicznego urządzenia sterującego, podlega krótkotrwałemu zasilaniu pełnym napięciem zasilacza 1, to znaczy napięciem pomiędzy potencjałem 2 o wartości +12 V, a potencjałem 3 o wartości GND, aby zmieniać i sterować procesem przełączania elementów wykonawczych elektromagnesu elektrohydraulicznego zaworu 9. Zrozumiałym jest, że dla każdej cewki istnieje przynajmniej jedna oddzielna para przewodów potencjałowych 7A, 8A. Ponieważ jest to rzecz znana specjalistom z zakresu elementów wykonawczych elektromagnesów, zatem nie będzie dalej omawiana.

Dla każdego urządzenia sterującego 6, które może składać się także z inteligentnej, zaworowej listwy sterującej, lub też może takową listwę obejmować, podłączonych jest wiele elektrohydraulicznych zaworów 9 z cewkami 11, przy czym liczba tych zaworów 9 jest tak dobrana, aby nie zaburzać bezpieczeństwa własnego zasilacza 1 oraz systemu zasilania energetycznego 10. Ich dopuszczalna ilość określona jest przez maksymalny, dopuszczalny ładunek indukcyjny wszystkich cewek 11 wszystkich elementów wykonawczych elektromagnesów. Zgodnie z wynalazkiem każdemu z tych elektronicznych urządzeń sterujących 6 przyporządkowany jest jeden układ zabezpieczający 20, który w tym

PL 207 708 B1 przypadku obejmuje półprzewodnikowy przełącznik o postaci tranzystora T1 wykonanego jako tranzystor polowy FET, a który pośrednio włączony jest do przewodu zasilającego 8 podłączonego do potencjału 3 o wartości GND zasilacza 1 w taki sposób, że jest zlokalizowany pomiędzy przyłączami cewki 11 od strony potencjału GND a potencjałem 3 GND zasilacza 1 względnie systemu zasilania energetycznego 10. W prezentowanym przykładzie wykonania każdy układ zabezpieczający 20 jest zlokalizowany pomiędzy elektronicznym urządzeniem sterującym 6 a zasilaczem 1 i jest przyporządkowany przewodom zasilającym 7, 8. Układ zabezpieczający 20 obejmuje w tym wykonaniu dodatkowo ogranicznik prądowy 21 posiadający komparator 22, będący istotnym elementem składowym układu kontrolnego, zasterowującego bramkę tranzystora 51 pełniącego funkcję półprzewodnikowego przełącznika zwierającego 21. Za pomocą zwykłego przewodu przez oporniki R1 i R2 na wejście komparatorra 22 doprowadzone jest napięcie referencyjne Uref, podczas gdy na drugim wejściu tego komparatora 22 przyłożony jest spadek napięcia powodowany opornikiem R3, włączonym w przewód zasilający 8 połączony z potencjałem GND. Spadek napięcia na oporniku R3 uzależniony jest od poboru prądu przez wszystkie cewki 11 przyporządkowane urządzeniu sterującemu 6 i chwilowo włączone. Jeśli spadek napięcia na oporniku R3 przekroczy wartość napięcia referencyjnego Uref na drugim wejściu komparatora R2, wówczas przez opornik R4 uruchamiany jest tranzystor T1, który przerywa przepływ prądu przez przewód zasilający 8. W ten sposób, z zachowaniem zasady bezpieczeństwa własnego, możliwe jest równoległe włączenie maksymalnie tylu elektrohydraulicznych zaworów 9, ile jest podłączonych do jednego elektronicznego urządzenia sterującego 6. W przypadku, gdy urządzenie sterujące 6 próbuje dokonać równoczesnego włączenia większej liczby cewek 11, względnie elementów wykonawczych, wówczas całe obciążenie zostaje odłączone przez tranzystor T1. Układ zabezpieczający 20 z ogranicznikiem prądu 21 sprawia, że zawsze możliwe jest włączenie tylko takiej liczby cewek 11 w każ dym ukł adzie zabezpieczają cym 20, która pozwala na utrzymanie warunku iskrobezpieczeń stwa tego układu. Tranzystor T1 gwarantuje równocześnie, że każda grupa urządzeń, zabezpieczona za pomocą ogranicznika prądu 21 układu zabezpieczającego 20 pod względem poboru prądu, nie będzie mogła odprowadzić obciążeń indukcyjnych, powstałych w wyniku zewnętrznego, bądź niezamierzonego odłączenia od systemu zasilania energetycznego 10 i doprowadzić w nim do zaistnienia niedopuszczalnego stanu.

Taki sam efekt uzyskuje się przy pomocy takiego samego tranzystora T1 i kondensatora C1, podłączonego na bramce tranzystora T1. W chwili rozdzielenia połączenia GND pomiędzy tranzystorem T1 a zasilaczem 1 potencjał napięcia wzrasta na bazie zgromadzonego w cewkach 11 napięcia po stronie uprzednio połączonej z potencjałem 3 o wartości GND cewki 11 do wartości wyraźnie wyższej od napięcia zasilania +12 V potencjału 2 zasilacza 1. Kondensator C1 połączony ze sterownikiem bramki tranzystora T1 utrzymuje w tym momencie uprzednio istniejącą różnicę napięć na krótki czas i zbija napięcie bramki tranzystora polowego T1 poniżej wcześniej panują cego na jego elektrodach wyższego potencjału napięcia. W ten sposób tranzystor T1 automatycznie oddziela połączenie do danego układu zabezpieczającego 20 cewki 11 elektrohydraulicznych zaworów 9 od zewnętrznych przyłączy, względnie przewodów 7, 8 lub przewodów 4, 5 systemu zasilania energetycznego 10, tak ze nie ma możliwości wystąpienia oddziaływania wstecznego na cały system zasilania energetycznego 10. Przy zastosowaniu układu zabezpieczającego 20 obejmującego ogranicznik prądowy 21 i tranzystor T1 można napędzać w zasadzie dowolna ilość zabezpieczonych grup urządzeń równolegle połączonych do jednego iskrobezpiecznego zasilacza 1. Jeśli jednak tranzystor T1 zostanie raz odłączony, to ponowne włączenie może nastąpić dopiero wtedy, gdy zostanie odbudowane połączenie z potencjałem 3 o wartości GND zasilacza 1 zasilania energetycznego.

Układ zabezpieczający 20 (fig. 1) znajduje zastosowanie zwłaszcza tam, gdzie w systemie zasilania energetycznego 10 zastosowane są elektrohydrauliczne zawory 9 z konwencjonalnymi elementami wykonawczymi, a więc w których jednej cewce 11 przyporządkowana jest jedna dioda 12, na przykład dioda gasząca pełniąca funkcje zwieracza dla cewki 11. W związku z wymogiem redundancji w układach funkcjonujących w podziemiach kopalń, każdej cewce 11 przyporządkowane są dwie diody 12.

Możliwym jest przezbrojenie wszystkich zainstalowanych w systemach podziemnego zasilania energetycznego zaworów elektromagnetycznych za pomocą układów zabezpieczających 30, 40 według wynalazku (fig. 2, 3). W obydwóch tych przykładach wykonania dla uproszczenia zamiast elektromagnetycznych elementów wykonawczych zaworów pokazano tylko cewkę 11, a pozostałe oznaczenia diod 12, potencjału 2 zasilania i potencjału 3 GND zasilania pozostawiono bez zmian.

Układ zabezpieczający 30 (fig. 2) obejmuje tranzystor T2 pełniący funkcję półprzewodnikowego przełącznika zwierającego, z którego sterownikiem bramki połączone jest wyjście komparatora 31

PL 207 708 B1 detektora sterującego 32 podłączonego równolegle do cewki 11, wykrywającego zmiany potencjału na cewce 11 poprzez progi komparatora, nastawione za pomocą wstępnych oporników R6, R7. Dla wykrywania zmiany potencjału, względnie nadmiernego spadku napięcia w wyniku zmiany potencjału na wejściach komparatora 31 podłączony jest tranzystor T2 działający w ten sposób, że oddziela przyłącze cewki 11 od strony potencjału GND od potencjału 3 GND zasilacza 1. Zasilanie energetyczne komparatora 31 detektora sterującego 32 realizowane jest przez kondensator C2 pełniący funkcję buforowego zasobnika energii nawet przy krótkotrwałym wypięciu cewki 11 od zasilacza 1, przy czym kondensator C2, zabezpieczony przez diody Zenera 33, 34 oraz wstępny opornik R5, ładowany jest zawsze dopóki napięcie dochodzi do cewki 11. Kondensator C2 utrzymuje stan włączenia komparatora 31 pomimo wyłączenia zewnętrznego zasilania napięciem, co z kolei gwarantuje utrzymanie rozdziału mocy indukcyjnej cewki 11 od potencjału 3 GND. Moc indukcyjna cewki 11 odbudowuje się, jak wiadomo, poprzez diody gaszące 12, spełniające funkcję zwieraczy.

Bardziej uproszczony układ zabezpieczający 40 (fig. 3) wyposażony jest także w tranzystor polowy T3 pełniący funkcję półprzewodnikowego przełącznika zwierającego, uzupełniający znany pakiet seryjny złożony z cewki 11 i równolegle do niej podłączonych diod gaszących 12 i włączony pośrednio pomiędzy przyłączem pakietu z cewką 11 oraz diodami gaszącymi 12 od strony GND, a potencjałem 3 GND. W przypadku odłączenia zewnętrznego potencjału GND cewka 11 zaczyna się rozładowywać, co realizowane jest przez diody gaszące 12. W wyniku spadku napięcia, po stronie potencjału GND cewki 11 napięcie jest wyższe od potencjału 2 +12 V po drugiej stronie cewki 11. W wyniku oddzielenia połączenia GND tranzystorowi polowemu T3 brakuje jego potencjału zerowego, a więc napięcie na jego stykach zostaje podniesione do wartości podwyższonego w stosunku do zasilania 12 V potencjału napięcia po tej stronie cewki 11. Ponieważ zaś napięcie na bramce tranzystora T3 połączone jest poprzez przewód przyłączeniowy 41 z potencjałem 2 o wartości 12 V, tranzystor T3 automatycznie odcina przepływ prądu, to znaczy oddziela cewkę 11 od potencjału 3 GND i energia zmagazynowana w cewce 11 nie moż e przepłynąć do zewnę trznych przyłączy elementów magnetycznych elektrohydraulicznego zaworu 9.

W ramach powyż szego wynalazku mo ż e istnieć wiele modyfikacji mieszcz ących się w zastrzeżeniach patentowych. Dla przykładu zamiast tranzystorów polowych FET mogą być zastosowane zwyczajne tranzystory n-p-n lub podobne. Również wymienione w opisie przykładu wykonania napięcie zasilania 12 V, wymagane w warunkach niemieckich, może mieć inną wartość. Także samo ogranicznik prądowy może być wykonany na wiele sposobów. Dotyczy to także ustawienia napięcia referencyjnego, które precyzyjniej może być realizowane przez specjalny regulator, na przykład diodę Zenera.

Claims (19)

1. Układ zabezpieczający dla iskrobezpiecznych elektromagnetycznych elementów wykonawczych, przeznaczony do uruchamiania zaworów elektromagnetycznych zasilanych napięciem z dopuszczonego do stosowania w górnictwie podziemnym zasilacza, wyposażony w cewkę podłączoną do pierwszego potencjału i do drugiego potencjału zasilacza, której przyporządkowane są przynajmniej dwa oddzielne i podłączone równolegle do cewki elektromagnesu zwieracza do krótkiego zwierania cewki podczas zmiany jej potencjału napięcia, znamienny tym, że posiada zlokalizowany w odcinku pośrednim pomiędzy cewką (11) a drugim potencjałem (3) półprzewodnikowy przełącznik (T1, T2, T3), którego zadaniem jest oddzielenie cewki (11) od drugiego potencjału (3) podczas spadku napięcia lub zmiany potencjałów.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że półprzewodnikowy przełącznik (T3) podłączony jest szeregowo do zwieraczy (12) oraz cewki (11) i zabezpiecza je wszystkie razem przed połączeniem z drugim potencjałem (3) zasilacza (1).

3. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że półprzewodnikowy przełącznik (T3) składa się z tranzystora, zwłaszcza tranzystora polowego, którego baza albo bramka połączona jest z pierwszym potencjałem (2) zasilacza (1).

4. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że półprzewodnikowy przełącznik (T2) za pośrednictwem równolegle do cewki (11) podłączonego detektora sterującego (32) rozpoznaje zmianę albo spadek napięcia.

5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że detektor sterujący (32) wyposażony jest we wzmacniacz operacyjny, zwłaszcza w komparator (31), poprzez który w przypadku zmiany potencjału

PL 207 708 B1 lub spadku napięcia na wejściach wzmacniacza operacyjnego uruchamiany jest półprzewodnikowy przełącznik (T2) do oddzielenia cewki (11) od drugiego potencjału (3).

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że półprzewodnikowy przełącznik (T2) składa się z tranzystora, zwł aszcza tranzystora polowego, którego baza lub bramka połączona jest z wejś ciem wzmacniacza operacyjnego (31).

7. Ukł ad wedł ug jednego z zastrz. 4 do 6, znamienny tym, ż e posiada on ł adowany podczas zasilania cewki (11) napięciem zasilającym z zasilacza (1) buforowy zasobnik energii (C2) w charakterze oddzielnego zasilania energetycznego dla detektora sterującego (32).

8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że buforowy zasobnik energii (C2) obejmuje kondensator.

9. Układ według jednego z zastrz. 1 do 8, znamienny tym, że drugi potencjał (3) jest potencjałem uziemieniowym.

10. Układ według jednego z zastrz. 1 do 9, znamienny tym, że zwieracze (12) składają się z diod gaszących.

11. Układ zabezpieczający dla iskrobezpiecznych systemów zasilania energetycznego z wieloma, podłączonymi do przewodów zasilających wspólnej sieci dopuszczonej do stosowania w górnictwie podziemnym elektronicznymi urządzeniami sterującymi do aktywizowania podłączonych do tych urządzeń sterujących i zasilanych napięciem sieciowym elektromagnetycznych elementów wykonawczych, służących do włączania stosowanych w górnictwie podziemnym elektrohydraulicznych zaworów, przy czym dla każdej cewki elektromagnetycznych elementów wykonawczych podłączonej do pierwszego potencjału i do drugiego potencjału zasilania przyłączony jest równolegle przynajmniej jeden zwieracz do krótkiego zwierania cewki, znamienny tym, że każdemu urządzeniu sterującemu (6) przyporządkowany jest układ zabezpieczający (20) wyposażony w półprzewodnikowy przełącznik (T1), włączony pośrednio pomiędzy drugim potencjałem (3) a cewkami (11) przyporządkowanymi do tego urządzenia sterującego (6) i mający za zadanie rozłączenie tych cewek (11) od drugiego potencjału (3) w przypadku spadku albo zmiany potencjał u.

12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że do półprzewodnikowego przełącznika (T1) przyłączony jest ładowany napięciem z zasilacza (1) zasobnik energii, zwłaszcza kondensator (C1), za pomocą którego utrzymywana jest różnica potencjałów potrzebna do włączenia półprzewodnikowego przełącznika (T1) podczas zmiany potencjału albo spadku napięcia.

13. Układ według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że urządzeniu sterującemu (6) przyporządkowany jest ogranicznik prądowy (21).

14. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że ogranicznik prądowy (21) posiada układ kontrolny aktywujący półprzewodnikowy przełącznik (T1) gdy moc prądu osiągnie nastawioną wartość, aby spowodować odłączenie wszystkich cewek (11) od drugiego potencjału (3).

15. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że układ kontrolny wyposażony jest w wzmacniacz operacyjny, zwłaszcza w komparator (22), zasterowujący półprzewodnikowy przełącznik (T1) podczas wystąpienia zmiany potencjału na wejściach wzmacniacza operacyjnego dla przerwania dopływu prądu i zasilania do wszystkich cewek (11).

16. Układ według jednego z zastrz. 11 do 15, znamienny tym, że półprzewodnikowy przełącznik (T1) składa się z tranzystora, a zwłaszcza tranzystora polowego.

17. Układ według zastrz. 12 albo 15, albo 16, znamienny tym, że wyjście wzmacniacza operacyjnego (22) i kondensator (C1) podłączone są do bazy albo bramki półprzewodnikowego przełącznika (T1).

18. Układ według jednego z zastrz. 11 do 17, znamienny tym, że drugi potencjał (3) jest potencjałem uziemieniowym.

19. Układ według jednego z zastrz. 11 do 18, znamienny tym, że zwieracze (12) składają się