Accionador de bobina única para aplicaciones de baja y media tensión.

Accionador de bobina única (1) para aplicaciones de baja y media tensión que comprende un electroimán de bobina única

(2) y una unidad de potencia y control (3) conectada operativamente a dicho electroimán de bobina única (2), dicha unidad de potencia y control (3) comprende: una primera unidad de control (31) y una segunda unidad de control (32); una entrada de alimentación (33) conectada operativamente a un rectificador y filtro de entrada (34); una fuente de alimentación (35) conectada operativamente a dicho rectificador y filtro de entrada (34) y a dicha primera (31) y segunda (32) unidad de control; un circuito de potencia (37) conectado operativamente a dicho electroimán de bobina única (2); dicha primera unidad de control (31) siendo un microcontrolador que incluye entradas y salidas digitales y analógicas (311, 312, 313, 314,315), dicha segunda unidad de control (32) siendo un controlador PMW que controla la corriente que fluye en el electroimán de bobina única (2) a través de dicho circuito de potencia (37), dicha primera unidad de control estando conectada operativamente a dicha fuente de alimentación a través de una primera entrada (311), dicha unidad de control midiendo la tensión de entrada (Vin) y detectando valores umbrales de lanzamiento y liberación de dicha tensión de entrada (Vin), caracterizado por el hecho de que se establece el valor de la corriente que circula en el electroimán de bobina única (2) en un nivel de lanzamiento predeterminado (Il) durante un periodo de lanzamiento predeterminado (Tl), cuando dicha primera unidad de control (31) detecta un aumento de dicha tensión de entrada (Vin) que supera el valor umbral de lanzamiento (Vth_rise), el valor de la corriente que circula en el electroimán de bobina única (2) se reduce y se mantiene a un nivel de retención predeterminado (Ih) hasta que se detecte una reducción de dicha tensión de entrada (Vin) hasta valores inferiores al valor umbral de liberación (Vth_fall), dicho valor umbral de liberación (Vth_fall) siendo inferior a dicho valor umbral de lanzamiento (Vth_rise).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08161604.

Solicitante: ABB TECHNOLOGY AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: AFFOLTERNSTRASSE 44 8050 ZURICH SUIZA.

Inventor/es: DI MAIO,Luciano, DE NATALE,GABRIELE VALENTINO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE... > Imanes (imanes superconductores H01F 6/00) > H01F7/18 (Circuitos dispuestos para obtener las características de funcionamiento deseadas, p. ej. para un funcionamiento lento, para excitación sucesiva de arrollamientos, para excitación a gran velocidad de los arrollamientos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Circuitos no adaptados a una aplicación particular... > H01H47/32 (Corriente de excitación suministrada por un dispositivo semiconductor)

PDF original: ES-2531453_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Accionador de bobina única para aplicaciones de baja y media tensión.

La presente invención se refiere a un accionador de bobina única para aplicaciones de baja y media tensión, en particular a un accionador de bobina única basado en un electroimán de bobina única que tiene características mejoradas en cuanto a rendimiento y construcción. El accionador de bobina única de la invención se utiliza adecuadamente en aparatos de baja y media tensión. Para los objetivos de la presente aplicación el término media tensión se refiere a aplicaciones en el rango entre 1 y 50 kV y el término baja tensión a aplicaciones en un rango inferior a 1kV.

Se utilizan frecuentemente accionadores con base en bobina en aparatos de baja y media tensión, por ejemplo en disyuntores de baja o media tensión, seccionadores o contactores, para una amplia variedad de aplicaciones. Un uso típico de los accionadores con base en bobina es abrir o cerrar las partes mecánicas del disyuntor accionado con muelle, tras una instrucción de abertura o de cierre. Otros usos típicos son, por ejemplo un imán de bloqueo para carro, bloqueo de instrucciones y similares.

Los accionadores con base en bobina convencionales comprenden normalmente componentes electrónicos que accionan dos bobinados activados selectivamente para mover el anclaje al cual están asociados (operación de "lanzamiento") y para mantenerlo en posición (operación de "retención") . Los dos bobinados reciben energía directamente del rail de alimentación y se accionan usando dos MOSFET: se acciona la primera bobina para lanzar el electroimán y la segunda bobina permite mantener al electroimán en posición.

Aunque se utilizan los accionadores con base en bobina convencionales de manera amplia y satisfactoria, estos poseen varias desventajas.

Un primer problema deriva del gran número de variantes necesarias para cubrir todas las gamas de funcionamiento. A modo de ejemplo, son necesarias hasta 7 variantes de electroimán para soportar todas las gamas de funcionamiento de tensión y de corriente (CA y CC) . Sucesivamente, cada variante del electroimán necesita su propio sistema electrónico de accionamiento. Un número tan elevado de variaciones tiene un impacto negativo en los costes de fabricación y manipulación.

Otra desventaja deriva del hecho de que los accionadores con base en bobina convencionales normalmente no prevén la posibilidad de verificar la continuidad e integridad de la bobina y del sistema electrónico de accionamiento. En otras palabras, normalmente no es posible detectar un fallo en la bobina ni verificar si el circuito de transmisión está trabajando adecuadamente. Esto afecta negativamente la fiabilidad del aparato de media tensión en el cual se instalan y se usan los accionadores con base en bobina.

Otra desventaja deriva del hecho de que los accionadores con base en bobina convencionales no incluyen normalmente protección contra la sobretensión, corriente y temperatura. Así en caso de fallo o mal uso, existe el riesgo de que el circuito electrónico se incendie.

Otra desventaja deriva de la fabricación de la bobina; en particular el bobinado de "retención" requiere un gran número de vueltas con secciones de cable muy bajas. Esto encarece la bobina.

Otra desventaja deriva de la adaptabilidad a los requisitos operativos para permitir que la bobina funcione en un rango de temperaturas y tensiones de entrada amplio. Esto implica que se dimensionen los bobinados de forma que permitan que circule corriente suficiente a la tensión mínima y a la temperatura máxima. Estas corrientes corresponden a las fuerzas magnetomotrices NI necesarias para "lanzar" y mantener "retenido" el electroimán. Consecuentemente cuando se suministra la tensión más elevada al accionador con base en bobina convencional y la temperatura ambiente es la más baja, las corrientes de "lanzamiento" y "retención" absorbidas son mucho más elevadas. A causa de esto el consumo energético y el autocalentamiento del accionador con base en bobina convencional son más elevados que lo necesario.

Además los MOSFET de potencia y las secciones de alambre de los bobinados necesitan ser dimensionados de manera que pueda circular en la bobina la corriente más elevada cuando la tensión está en el valor máximo y la temperatura en el valor mínimo. En consecuencia esto aumenta los costes de fabricación.

La patente US 6031708A divulga el preámbulo de la reivindicación 1 y describe un ejemplo conocido de un accionador de bobina única para aplicaciones de baja y media tensión.

Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un accionador con base en bobina para aplicaciones de baja y media tensión que soluciona los problemas mencionados anteriormente.

Más en particular, un objetivo de la presente invención es proporcionar un accionador con base en bobina para aplicaciones de baja y media tensión que posee un diseño simplificado y que mantiene al mismo tiempo los

rendimientos y la fiabilidad necesaria para las aplicaciones previstas.

Otro objetivo es que la presente invención se encargue de proporcionar un accionador con base en bobina para aplicaciones de baja y media tensión que se pueda adaptar fácilmente a un gran numero de aplicaciones previstas.

Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un accionador con base en bobina para aplicaciones de baja y media tensión que pueda abarcar gamas de funcionamiento amplias, en cuanto a tensión y corrientes.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un accionador de base de bobina para aplicaciones de baja y media tensión que esté protegido de las sobretensiones y de las sobreintensidades de corriente.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un accionador con base en bobina para aplicaciones de baja y media tensión en el cual se puede detectar y verificar la integridad y continuidad de la bobina y del sistema electrónico de accionamiento asociado.

Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un accionador con base en bobina para aplicaciones de baja y media tensión con costes de fabricación e instalación reducidos.

Así, la presente invención se refiere a un accionador de bobina única para aplicaciones de baja y media tensión según la reivindicación 1 a continuación.

En el accionador de bobina única según la invención, dicha primera unidad de control es un microcontrolador que incluye entradas y salidas analógicas y digitales y dicha segunda unidad de control es un controlador PWM que controla la corriente que fluye en el electroimán de bobina única a través de dicho circuito de potencia.

De esta manera, es posible superar algunas de las desventajas e inconvenientes de los accionadores conocidos en la técnica. En particular, se reduce la complejidad mecánica debido al hecho de que solamente se usa una bobina. El circuito electrónico acciona dicha bobina de una manera simple y eficaz: la primera unidad de control (microcontrolador) ajusta la corriente que se permite que circule en el electroimán de bobina única mientras la segunda unidad de control (controlador PWM) regula la corriente que circula en el electroimán de bobina única. De esta manera es posible reducir el número de variantes de electroimán, reduciendo así significativamente los costes de fabricación y de manipulación.

Además, como se explicará mejor en la descripción a continuación, el accionador de bobina única según la invención incluye funciones de diagnóstico que permiten verificar la integridad y continuidad de la bobina y el circuito electrónico asociado.

Otras características y ventajas de la invención surgirán en la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Accionador de bobina única (1) para aplicaciones de baja y media tensión que comprende un electroimán de bobina única (2) y una unidad de potencia y control (3) conectada operativamente a dicho electroimán de bobina única (2) , dicha unidad de potencia y control (3) comprende: una primera unidad de control (31) y una segunda unidad de control (32) ; una entrada de alimentación (33) conectada operativamente a un rectificador y filtro de entrada (34) ; una fuente de alimentación (35) conectada operativamente a dicho rectificador y filtro de entrada (34) y a dicha primera (31) y segunda (32) unidad de control; un circuito de potencia (37) conectado operativamente a dicho electroimán de bobina única (2) ; dicha primera unidad de control (31) siendo un microcontrolador que incluye entradas y salidas digitales y analógicas (311, 312, 313, 314, 315) , dicha segunda unidad de control (32) siendo un controlador PMW que controla la corriente que fluye en el electroimán de bobina única (2) a través de dicho circuito de potencia (37) , dicha primera unidad de control estando conectada operativamente a dicha fuente de alimentación a través de una primera entrada (311) , dicha unidad de control midiendo la tensión de entrada (Vin) y detectando valores umbrales de lanzamiento y liberación de dicha tensión de entrada (Vin) , caracterizado por el hecho de que se establece el valor de la corriente que circula en el electroimán de bobina única (2) en un nivel de lanzamiento predeterminado (Il) durante un periodo de lanzamiento predeterminado (Tl) , cuando dicha primera unidad de control (31) detecta un aumento de dicha tensión de entrada (Vin) que supera el valor umbral de lanzamiento (Vth_rise) , el valor de la corriente que circula en el electroimán de bobina única (2) se reduce y se mantiene a un nivel de retención predeterminado (Ih) hasta que se detecte una reducción de dicha tensión de entrada (Vin) hasta valores inferiores al valor umbral de liberación (Vth_fall) , dicho valor umbral de liberación (Vth_fall) siendo inferior a dicho valor umbral de lanzamiento (Vth_rise) .

2. Accionador de bobina única (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha primera unidad de control (31) está conectada operativamente a dicha segunda unidad de control (32) a través de una primera salida (312) para establecer la corriente (Iset) que fluye en dicho electroimán de bobina única (2) .

3. Accionador de bobina única (1) según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que una segunda entrada (313) de dicha primera unidad de control (31) está conectada operativamente a una salida (321) de dicha segunda unidad de control (32) para medir el ciclo de funcionamiento de salida de dicho controlador PMW.

4. Accionador de bobina única (1) según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que se usa un filtro de paso bajo (38) para convertir dicho ciclo de funcionamiento de salida de dicho controlador PWM en una tensión que dicha primera unidad de control (31) es capaz de medir.

5. Accionador de bobina única (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho circuito de potencia (37) comprende un MOSFET (371) para accionar dicho electroimán de bobina única (2) , un diodo de vía libre (372) y una resistencia de detección (373) para medir la corriente (Im) que circula en dicho electroimán de bobina única (2) .

6. Accionador de bobina única (1) según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que dicho MOSFET (371) es accionado por dicha segunda unidad de control (32) .

7. Accionador de bobina única (1) según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que dicha segunda unidad de control (32) comprende un comparador para comparar dicho valor medido (Im) de la corriente que circula en dicho electroimán de bobina única (2) con el valor de corriente (Iset) definido por dicha primera unidad de control (31) .

8. Accionador de bobina única (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha primera unidad de control (31) comprende una tercera entrada (314) para medir la temperatura de dicho electroimán de bobina única (2) .

9. Accionador de bobina única (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha unidad de potencia y control (3) está conectada operativamente a un supervisor de circuito de disparo (4) .

10. Accionador de bobina única (1) , según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cuando dicha primera unidad de control (31) detecta un valor de tensión de entrada (Vin) que está entre dicho valor umbral de liberación (Vth_fall) y un valor mínimo predeterminado (Vmin) , se deja que una corriente de supervisión de bobina (Ics) inferior a dicha corriente de lanzamiento (Il) circule en dicho electroimán de bobina única.

11. Accionador de bobina única (1) según las reivindicaciones 3 y 10, caracterizado por el hecho de que cuando el valor del ciclo de funcionamiento de salida de dicho controlador PWM no se encuentra en un rango predeterminado, se interrumpe dicha corriente de supervisión de bobina (Ics) .

12. Accionador de bobina única (1) según las reivindicaciones 9 y 10 u 11, caracterizado por el hecho de que dicho supervisor de circuito de disparo (4) se activa cuando se permite que dicha corriente de supervisión de bobina (Ics) circule en dicho electroimán de bobina única y genera una señal de alarma (41) cuando se interrumpe dicha corriente de supervisión de bobina (Ics) .

13. Accionador de bobina única (1) según una o varias de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por el hecho de que cuando la temperatura de dicho electroimán de bobina única (2) es superior a un valor predeterminado, se desactiva dicha segunda unidad de control (32) .