DISPOSITIVO ELECTRONICO PARA PROVEER LA ALIMENTACION ELECTRICA E INSENSIBILIZAR DE LAS PERTURBACIONES DE LA RED ELECTRICA A LOS ELECTROIMANES EN GENERAL Y EN ESPECIAL A LOS DE LOS CONTACTORES ELECTROMAGNETICOS.

Dispositivo electrónico para proveer la alimentación eléctrica e insensibilizar de las perturbaciones de la red eléctrica a los electroimanes en general y en especial a los de los contactores electromagnéticos.

Comprende un circuito de conversión y excitación que realiza la conversión de corriente alterna a corriente continua y de diversos reguladores de tensión que proveen, automáticamente mediante un circuito de control y mantenimiento, las tensiones adecuadas en cada momento según el estado de funcionamiento del electroimán. Dispone, además, de un circuito de inmunidad, incluyendo un condensador de almacenamiento de energía, y de un circuito de parada. Cuando aparece una perturbación, la bobina del electroimán se alimenta a través del circuito de inmunidad, asegurando su funcionamiento durante el tiempo que ésta perdure. El dispositivo insensibiliza al electroimán de perturbaciones de la red como caídas de tensión, huecos de tensión y cortes breves y no presenta ningún retardoen su parada voluntaria

Dispositivo electrónico para proveer la alimentación eléctrica e insensibilizar de las perturbaciones de la red eléctrica a los electroimanes en general y en especial a los de los contactores electromagnéticos.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un dispositivo electrónico que tiene como misión proveer la alimentación eléctrica e insensibilizar o inmunizar de las perturbaciones de la red eléctrica a los electroimanes en general y en especial a los de los contactores electromagnéticos. Se entenderá por insensibilizar o inmunizar a que se asegura el funcionamiento del electroimán mientras dura la perturbación. El dispositivo se refiere al campo de la técnica de los aparatos o componentes del sistema eléctrico de potencia y más específicamente a las técnicas y métodos para mitigar los efectos de las perturbaciones de la red eléctrica, especialmente las caídas de tensión, los huecos de tensión y microcortes con la finalidad de garantizar el suministro y mejorar la calidad de la energía eléctrica.

Antecedentes de la invención

Una forma de inmunizar a un contactor de las perturbaciones de la red es alimentar su bobina a través de una fuente de energía eléctrica distinta de la que alimenta al circuito que se establece al cerrarse el propio contactor.

Otra forma de conseguir que un contactor se mantenga cerrado frente a un corte eventual de corriente es adoptar soluciones mecánicas [1] y [2]. Éstas se basan en un enclavamiento mecánico del propio contactor que mantiene fija la parte móvil cuando se excita la bobina. Para desenclavarse es necesaria una acción manual o la ayuda externa de una bobina adicional.

Son conocidos distintos sistemas de alimentación eléctrica con conversión de corriente alterna a corriente continua para regular la tensión aplicada a la bobina de un electroimán y en especial a la de un contactor con el fin de conseguir que los contactos del contactor se cierren de forma controlada reduciendo el rebote de los contactos [3], y para energizar y desenergizar rápidamente la bobina del contactor [4].

Se han propuesto sistemas de alimentación eléctrica con conversión de corriente alterna continua, incluyendo un condensador conectado en paralelo con una bobina de mantenimiento añadida al contactor, con la finalidad de proveer un ligero retardo en la separación de los contactos ante eventuales fallos de potencia de la red [5].

Se ha descrito un método y un aparato [6] para mejorar las características de los dispositivos con solenoide de corriente alterna durante los fallos en la calidad del suministro. El aparato se configura para superponer una componente de corriente continua a la señal de corriente alterna proporcionada por la fuente de corriente alterna y dar a la salida, como mínimo parte de la señal de corriente alterna modificada por la componente continua a través de la bobina. El aparato protege al contactor de los huecos de tensión pero no de los cortes breves o microcortes.

Se ha propuesto un sistema de alimentación eléctrica [7] que puede facilitar a un electroimán hacer frente a las perturbaciones de la red eléctrica. El sistema alimenta la bobina de un contactor a través de un rectificador y de un troceador, convertidor de corriente continua a corriente continua. Mediante el citado troceador, la tensión en la bobina del contactor se mantiene constante incluso ante importantes caídas de tensión. El dispositivo dispone de un condensador para almacenamiento de energía. Cuando acontece un hueco de tensión o un corte breve la bobina del contactor se alimenta a través del condensador asegurando el funcionamiento del contactor. El dispositivo presenta un retardo en la operación del contactor, para abrirlo inmediatamente ha de disponerse de un botón de paro de emergencia.

Aunque se han hecho importantes aportaciones a la alimentación eléctrica de las bobinas de los electroimanes de los contactores electromagnéticos, asegurando el mantenimiento de sus contactos cerrados incluso transcurrido un tiempo después de aparecer ciertas perturbaciones de la red. Es necesario, aún, disponer de un sistema de alimentación compatible con los distintos modos de funcionamiento de un contactor, generalizable a los distintos tipos de contactores, adaptable a todos los contactores comerciales que no altere, en absoluto, el funcionamiento del contactor y los proteja, insensibilizándolos o inmunizándoles en cierto grado, de las perturbaciones de la red.

Referencias

1. Contactor Siemens 3TH4454-0Z

2. Ortiz Jiménez, Miguel. "Dispositivo mecánico selector y de retención de un contactor para mantener su posición de cierre". Solicitud de Patente ES 2109860 Al. 16/01/98.

3. Wieloch, Christopher J. "Soft-closure electrical contactor". US Patent 5406440. April 11, 1995.

4. Hansen, James E.; Heinz, Jerome G. "Energizing and quick deenergizing circuit for electromagnetic contactors or the like". US Patent 4274122. June 16, 1981.

5. Loring, Dennis J. "Magnetically operated AC switching device with delay on-dropout". US Patent 4544987. October 1, 1985.

6. Turner, Allen E. "Method and apparatus to improve the performance of AC solenoid devices during lapses in power quality". US Patent 5734543. March 31, 1998.

7. Kelley, Arthur; Ledford, Jim; Vassalli, Luca; Cavaroc, John. "Power supply systems and methods that can enable an electromagnetic device to ridethrough variations in a supply voltage". US Patent 6847515. January 25, 2005.

Descripción de la invención

El contactor electromagnético es un aparato electromecánico de conexión, con dos estados: cerrado y abierto, controlado mediante un electroimán. Cuando la bobina del electroimán se conecta a una determinada tensión, circulará por ésta una corriente eléctrica que generará un flujo magnético que producirá una fuerza de atracción sobre la parte móvil del electroimán que vencerá la acción de un resorte, cerrando los contactos principales o polos. Cuando se interrumpe la alimentación de la bobina el electroimán se desmagnetiza y los polos se abren por la acción del resorte. La bobina se alimenta, por lo general, de la misma fuente de energía eléctrica que lo hace el circuito que se establece al cerrarse el contactor. La bobina puede alimentarse con corriente alterna o corriente continua. En los contactores cuya bobina se alimenta con corriente alterna, la corriente al empezar a cerrarse los polos, corriente de llamada, alcanza un valor muy elevado. Esto es debido a que la reluctancia del circuito magnético es muy alta, como consecuencia de presentar un entrehierro de grandes dimensiones, en estas circunstancias la resistencia de la bobina es la única causa limitadora del valor de la corriente Cuando efectivamente se cierra el contactor, el entrehierro final es muy pequeño, con lo cual la reluctancia del circuito magnético es muy reducida y por tanto la impedancia muy elevada, limitando la corriente, corriente de mantenimiento, a un valor muy bajo. En los contactores cuya bobina se alimenta con corriente continua, la corriente esta limitada, en todo momento, únicamente por la resistencia. Esta corriente es excesiva para la función de mantener los polos cerrados por tanto se suele disponer, para reducirla, de una resistencia adicional en serie que se conecta a través de los contactos auxiliares cuando el contactor termina de cerrarse.

Las perturbaciones de la red eléctrica afectan al funcionamiento de las cargas en general y son percibidos por el usuario final como una seria disminución de la calidad del servicio eléctrico. En especial en el sector industrial pueden ocasionar importantes pérdidas en los procesos de producción continuos. Los contactores son dispositivos ampliamente utilizados en los procesos industriales sobre todo en el control y maniobra de motores eléctricos. Los contactores se ven muy afectados por las perturbaciones de la red especialmente por las caídas de tensión, los huecos de tensión y los cortes breves o microcortes.

Los huecos de tensión son momentáneas disminuciones de la tensión en una o más fases de una duración comprendida entre 10 ms y varios segundos que acontecen frecuentemente. Los cortes breves o microcortes son cortes de suministro que se prolongan hasta 0.4 s.

En las líneas de producción los huecos de tensión de corta duración, los más habituales, tienen poco efecto sobre a los motores eléctricos, como consecuencia de su momento de inercia, sin embargo pueden provocar la...

1. Dispositivo electrónico para proveer la alimentación eléctrica e insensibilizar de las perturbaciones de la red eléctrica a los electroimanes del tipo que integra, para proveer dicha alimentación eléctrica, al menos un convertidor de corriente alterna a corriente continua, o convertidor CA/CC, con una entrada conectada a una fuente de tensión alterna, y previsto para alimentar, a través de una correspondiente salida, a la bobina de un electroimán, y para insensibilizar de las perturbaciones de la red eléctrica un circuito de inmunidad, que incluye un condensador de almacenamiento de energía, previsto para alimentar a la bobina de dicho electroimán con la tensión continua almacenada en el mismo, estando dicho dispositivo caracterizado porque comprende:

- dicho convertidor CA/CC, que es un primer convertidor previsto para suministrar una tensión de excitación a dicha bobina del electroimán;

- un segundo convertidor CA/CC previsto para suministrar una tensión de mantenimiento a dicha bobina del electroimán, inferior a dicha tensión de excitación; y

- un circuito de control previsto para controlar, de manera automática, la conexión de la salida de uno u otro de dichos convertidores CA/CC con dicha bobina, cuando la tensión alterna generada por dicha fuente de tensión alterna se encuentra dentro de unas condiciones nominales.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho circuito de control está previsto para conectar la salida de dicho primer convertidor CA/CC con la bobina durante una fase inicial de excitación, de duración determinada, y para conectar la salida de dicho segundo convertidor CA/CC con la bobina durante una fase de mantenimiento consecutiva a dicha fase inicial.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho circuito de control comprende un temporizador (P1, C5, DZ5) que determina dicha duración determinada, y que se inicializa al iniciarse la alimentación del dispositivo desde dicha fuente de tensión alterna.

4. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho circuito de control está previsto además para controlar la conexión de la salida de dicho circuito de inmunidad con dicha bobina, cuando la tensión alterna generada por dicha fuente de tensión alterna sufre una perturbación que hace disminuir temporalmente su valor por debajo de los nominales.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además un circuito de parada previsto para, en respuesta a la recepción de una señal de paro, al menos desconectar a dicha bobina de la alimentación recibida.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho circuito de parada está previsto para, al producirse dicha desconexión, conectar a la salida de dicho circuito de inmunidad con una resistencia de descarga (RDX), para descargar la energía acumulada en dicho condensador de almacenamiento de energía (CX1), cuando el circuito de inmunidad era el que se encontraba conectado a la bobina inmediatamente antes de que se accionase dicho dispositivo de paro.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer convertidor CA/CC comprende al menos dos salidas para suministrar dos correspondientes niveles de tensión diferentes entre sí, siendo dichas dos salidas seleccionables en función del nivel de tensión de alimentación requerido por la bobina.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho circuito de control está asociado con un relé (Kon) para llevar a cabo dicho control de dichas conexiones con la bobina del electroimán.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto para alimentar eléctricamente la bobina del electroimán de un contactor electromagnético de corriente continua o de corriente alterna, estando dicho primer convertidor CA/CC configurado para suministrar suficiente corriente como para que circule la intensidad de llamada entre los polos de dicho contactor cuando éstos empiezan a cerrarse, y estando dicho segundo convertidor CA/CC configurado para suministrar suficiente corriente como para que circule la intensidad de mantenimiento entre los polos de dicho contactor necesaria cuando el contactor está cerrado.