Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУМЯ НАГРУЗКАМИ В СЕТИ 380/220 В

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для освещения и обогрева общественных, производственных и бытовых помещений, а также на открытых площадках. Техническим результатом является упрощение конструкции и удобство в эксплуатации. Изобретение обеспечивает работу двух однофазные нагрузок в четырех режимах работы с различной мощностью. В первом режиме две нагрузки включаются последовательно на 220 В, во втором режиме одна нагрузка включается на 220 В, в третьем режиме две нагрузки, соединенные последовательно, включаются на 380 В, в четвертом режиме включаются две нагрузки на два фазных напряжения 220 В.

Известна люстра с регулируемым световым потоком [1] (авт. св. 1089349, Н05В 39/06, опубл. 1984.) Люстра содержит четыре лампы накаливания, объединенные в две параллельно соединенные группы. Каждая группа выполнена в виде цепочки из двух последовательно соединенных ламп. Одна точка параллельного соединения двух групп ламп накаливания соединена с нулевым проводом однофазной сети питания через первую контактную пару двухклавишного выключателя. В люстре установлено реле с тремя группами нормально замкнутых и разомкнутых контактов. Обмотка реле подсоединена к фазному проводу и через вторую контактную пару двухклавишного выключателя. Вторая точка параллельного соединения двух групп ламп накаливания соединена со средним контактом первой группы контактов реле. Нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты первой группы контактов реле подсоединены соответственно к первому и второму выводам обмотки реле. Средние точки каждой цепочки последовательно соединенных ламп накаливания подключены к средним контактам соответственно второй и третьей групп контактов реле, причем нормально разомкнутые контакты этих групп подсоединены к фазному проводу.

Недостаток люстры состоит в ее конструктивной сложности вследствие наличия реле с обмоткой и тремя группами нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов, наличие большого количества соединительных проводов и точек соединения.

Известна также схема питания ламп накаливания светильника [2] (патент 2194373, Н05В 39/06). Светильник с регулируемым световым потоком содержит параллельно соединенные первую и вторую лампы накаливания, а также первую и вторую контактные пары для подключения ламп накаливания к проводам сети питания. Точка параллельного соединения ламп накаливания соединена со вторым проводом сети питания через первую контактную пару. Светильник дополнительно содержит третью контактную пару, включенную между первой лампой накаливания и вторым проводом сети. Вторая контактная пара включена между первой лампой накаливания и первым проводом сети питания. Кроме того, вторая и третья контактные пары имеют общий подвижный контакт, соединенный с первой лампой накаливания, установленный с возможностью подключения к первому или второму проводам сети питания.

Недостатком схемы питания ламп накаливания является невозможность автоматического управления световым потоком в зависимости от времени суток.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство пятипроводной сети для управления трехфазными и однофазными нагрузками [3].

Устройство содержит в распределительном шкафу сборные шины, к которым подключены защитный нулевой проводник, рабочий нулевой проводник, а через трехфазный автоматический выключатель первый, второй и третий фазные провода, к которым через магнитные пускатели подключаются однофазные нагрузки, каждая из которых имеет один вход и один выход, металлические защитные корпуса нагрузок соединены защитным нулевым проводником с шиной в распределительном шкафу, а нулевая рабочая шина соединена с входами однофазных нагрузок.

Недостатком устройства пятипроводной сети для управления трехфазными и однофазными нагрузками является невозможность автоматического управления мощностью нагрузок, например, в зависимости от времени суток.

Указанный недостаток устраняется тем, что устройство для управления двумя нагрузками в сети 380 В, содержащее в распределительном шкафу сборные шины, от трех из которых через трехфазный автоматический выключатель проходят первый, второй и третий фазные провода, а также содержащее две нагрузки, каждая из которых имеет один вход и один выход, металлические защитные корпуса нагрузок соединены защитным нулевым проводником с четвертой шиной в распределительном шкафу, а от пятой шины в распределительном шкафу отходит рабочий нулевой проводник, причем после автоматического выключателя между третьим фазным и нулевым рабочим проводом включено программируемое реле, четырьмя выходами связанное с четырьмя промежуточными реле, первое, второе и третье из которых имеют по одному замыкающему выходному контакту, а четвертое имеет два замыкающих выходных контакта, при этом с первым фазным проводом соединен вход первой нагрузки, выход которой соединен с выходом второй нагрузки и через выходной контакт второго промежуточного реле, зашунтированный первым выходным контактом четвертого реле, с нулевым рабочим проводом, соединенным также через выходной контакт первого промежуточного реле с входом второй нагрузки, к которому через выходной контакт второго промежуточного реле, зашунтированный вторым выходным контактом четвертого промежуточного реле, подключен второй фазный провод.

Принцип работы устройства поясняется на фиг. 1. В распределительном шкафу 1 расположены три фазные шины, нулевая рабочая шина и нулевая защитная шина. От трех фазных шин через трехфазный автоматический выключатель 2 проходят первый фазный провод 3, второй фазный провод 4, третий фазный провод 5. Между третьим фазным проводом 5 и нулевым рабочим проводом 6 включено программируемое временное реле 8 с четырьмя выходами, на которых появляются напряжения (сигналы) по программе, задаваемой в программируемом реле 8. К каждому выходу подключены промежуточные реле с катушками 10.1, 11.1, 12.1, 13.1. В схему включены одинаковые по сопротивлениям и по мощности нагрузки 14, 15, (лампы освещения, обогрева, нагреватели) каждая имеет номинальное напряжение 220 В. Первый фазный провод 3 подключен к входу первой нагрузки 14, выход первой нагрузки 14 соединен с выходом второй нагрузки 15 и через контакт второго промежуточного реле 11.2 с нулевым рабочим проводом 6. Контакт второго промежуточного реле 11.2 зашунтирован первым контактом 13.2 четвертого промежуточного реле. С нулевым рабочим проводом через контакт 10.2 первого промежуточного реле соединен вход второй нагрузки 15. Вход второй нагрузки 15 соединен также со вторым фазным проводом 4 через параллельно включенные контакты 12.2 третьего промежуточного реле и 13.3 - второй контакт четвертого промежуточного реле.

Металлические корпуса нагрузок 14 и 15 соединены через нулевой защитный провод 7 с нулевой защитной шиной в распределительном шкафу.

Устройство работает следующим образом. После включения автоматического выключателя 2 подается питание от третьего фазного провода 5 и от нулевого рабочего провода 6 на программируемое реле 8, которое отрабатывает программу. В исходном положении на выходе программируемого реле сигналы отсутствуют поэтому катушки 10.1, 11.1, 12,1, 13,1 промежуточных реле обесточены и их контакты 10.2, 11.2, 12,2, 13,2 и 13.3 разомкнуты, они замыкаются только в определенных режимах работы. Первый фазный провод 3 соединен с входом первой нагрузки 14. Рассмотрим четыре режима работы нагревателей.

В первом режиме работы двух нагрузок подается от программируемого реле питание на катушку 10.1 первого промежуточного реле, при замыкании его контактов 10.2 нулевой провод 6 подключается к входу второй нагрузки. Тогда фазное напряжение приложено к двум последовательно включенным нагрузкам, при этом по нагрузкам протекает ток

I₁=U_ф/2 R_НАГ, и в нагрузке выделяется мощность

P₁=I₁² 2 R_НАГ=(U_Ф/2 R_НАГ)² 2R_НАГ=(1/2) U_Ф²/R_НАГ.

Во втором режиме работы нагрузок питание от программируемого временного реле подается на катушку 11.1 второго промежуточного реле, при замыкании его контактов 11.2 (остальные контакты разомкнуты) нулевой провод 6 подключается к выходу первой нагрузки. Тогда фазное напряжение приложено к одной нагрузке при этом по ней протекает ток

I₂=U_Ф/R_НАГ, и в нагрузке выделяется мощность

Р₂=I₂² R_НАГ=(U_Ф/R_НАГ)² R_НАГ=U_Ф²/R_НАГ.

Мощность нагрузки увеличивается в два раза по сравнению с первым режимом.

В третьем режиме работы нагрузок питание от программируемого реле подается на катушку 12.1 третьего промежуточного реле, при замыкании его контактов 12.2 (остальные контакты разомкнуты) второй фазный провод 4 подключается к входу второй нагрузки. Тогда к двум последовательно соединенным нагрузкам подключается линейное напряжение, при этом по ним протекает ток

и в нагрузке выделяется мощность

Мощность нагрузки увеличивается в три раза по сравнению с первым режимом.

В четвертом режиме работы нагрузок питание от программируемого реле подается на катушку 13.1 четвертого промежуточного реле, при замыкании его контактов 13.2 и 13.3 (остальные контакты разомкнуты) второй фазный провод 4 контактом 13.3 подключается к входу второй нагрузки, а контакт 13.2 подключает нулевой рабочий провод 6 к общей точке выходов первой и второй нагрузок. Тогда к каждой из двух нагрузок подключается фазное напряжение. По каждой из нагрузок протекает ток

I₄=U_Ф/R_НАГ, и в двух нагрузках выделяется мощность

Р₄=2 I₄² R_НАГ=2 (U_Ф/R_НАГ)² R_НАГ=2 U_Ф² /R_НАГ.

Мощность нагрузки увеличивается в четыре раза по сравнению с первым режимом.

Таким образом, от двух одинаковых нагрузок получаем четыре различные мощности. Предлагаемое устройство значительно увеличивает срок службы осветительных, облучательных или нагревательных установок и экономит электроэнергию.

Заявляемое техническое решение не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям "Новизна".

Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "Промышленная применимость".

Использованные источники:

1. Авт.св. 1089349, Н05В 39/06. Люстра с регулируемым световым потоком опубл. 1984

2. Патент №2194373, Н05В 39/06. Схема питания ламп накаливания светильника. Опубл. 10.12.2002.

3. Попов Н.М. Измерения в электрических сетях 0,4…10 кВ: Учебное пособие. - СПб.: Издательство «Лань», 2019. - 228 с. С. 18, рис. 1.9.