BR112012019679B1

BR112012019679B1 - Circuito para condicionar uma corrente fluindo através de uma bobina em um dispositivo decomutação eletromagnético e dispositivo de comutação eletromagnético

Info

Publication number: BR112012019679B1
Application number: BR112012019679-0A
Authority: BR
Inventors: Venkatramani Subramaniam
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2019-07-02
Also published as: KR20120140656A; WO2011095224A1; BR112012019679A2; EP2513939A1; US20130003246A1; CN102893363B; EP2513939B1; CN102893363A

Abstract

circuito de controle para um dispositivo de comutação eletromagnético. a presente invenção refere-se a um circuito (23) para condicionar uma corrente fluindo através de uma bobina (17) em um dispositivo de comutação eletromagnético, o circuito compreendendo, um amplificador (27) compreendendo um primeiro terminal do amplificador (33) para receber a corrente fluindo através da bobina (17) como uma eentrada, um segundo terminal do amplificador (37) para emitir um sinal de saída, um diodo (29) compreendendo um primeiro terminal do diodo (30) conctado com o terceeiro terminal do amplificador (37) para reeceber o sinal de saída, onde o segundo terminal do diodo (32) está conectado com o segundo terminal do amplificador (32) está conectado com o segundo sinal de entrada para a segunda entrada do amplificador (35), e um circuito de filtro (31) conectado com o segundo terminal do diodo (32) para filtrar a saída do diodo(29).

Description

CIRCUITO PARA CONDICIONAR UMA CORRENTE FLUINDO ATRAVÉS DE UMA BOBINA EM UM DISPOSITIVO DE COMUTAÇÃO ELETROMAGNÉTICO E DISPOSITIVO DE COMUTAÇÃO ELETROMAGNÉTICO.

[001] A presente invenção refere-se a um circuito para condicionar uma corrente fluindo através de uma bobina em um dispositivo de comutação eletromagnético.

[002] Um dispositivo de comutação eletromagnético tipicamente é utilizado para controlar o fluxo de corrente elétrica em um circuito elétrico. O dispositivo de comutação eletromagnético pode ser controlado em relação à comutação entre o estado ligado e desligado para fechar e interromper um circuito de fonte de alimentação. O dispositivo de comutação eletromagnético pode ser manualmente ou eletricamente controlado. Para controlar o dispositivo de comutação eletromagnético eletricamente, imãs podem ser empregados para atuarem um elemento de contato móvel para interromper e fechar o circuito de fonte de alimentação.

[003] Tipicamente, o elemento de contato móvel é movido para engate com um elemento de contato estacionário para fechar o circuito de fonte de alimentação. O elemento de contato estacionário é eletricamente conectado com a fonte de alimentação. Assim, o circuito de fonte de alimentação é fechado quando o elemento de contato móvel fica em engate com o elemento de contato estacionário. Os imãs empregados para atuarem o elemento de contato móvel são energizados por uma bobina. A bobina é energizada por uma corrente fluindo através da bobina.

[004] Um objetivo das concretizações da invenção é medir a corrente fluindo em uma bobina de um dispositivo de comutação eletromagnético mais precisamente.

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2/9 [005] O objetivo acima é alcançado por um circuito para condicionar uma corrente fluindo através de uma bobina em um dispositivo de comutação eletromagnético de acordo com a invenção.

[006] A corrente fluindo através da bobina é recebida pelo amplificador. A saída do amplificador é proporcionada para o diodo, onde o diodo atua como uma chave unidirecional para permitir que a corrente flua somente em uma direção. A saída do diodo é proporcionada para o circuito de filtro e também para o amplificador como uma realimentação. A realimentação proporcionada para o amplificador permite compensar uma queda de tensão elétrica através do diodo. Isto permite obter uma reprodução real da corrente fluindo através da bobina na saída do circuito de filtro.

[007] De acordo com uma concretização, o circuito de filtro compreende um primeiro resistor conectado com o segundo terminal do diodo, um capacitor conectado em série com o primeiro resistor, e um segundo resistor conectado em série com o primeiro resistor e em paralelo com o capacitor. O capacitor é carregado pelo diodo via primeiro resistor e o capacitor descarrega via o segundo resistor. Estas carga e descarga do capacitor permitem obter um valor médio da tensão elétrica do sinal proporcionado para o circuito de filtro como uma entrada. [008] Ainda de acordo com outra concretização, o amplificador é um amplificador operacional.

[009] Ainda de acordo com outra concretização, o primeiro terminal do amplificador é um terminal que não é de inversão do amplificador operacional.

[0010] Ainda de acordo com outra concretização, o segundo terminal do amplificador é um terminal de inversão do amplificador operacional.

[0011] Ainda de acordo com outra concretização, o amplificador é um transistor.

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3/9 [0012] Por conseqüência, a concretização inclui um dispositivo de comutação eletromagnético compreendendo o circuito de acordo com as concretizações, onde o dispositivo de comutação eletromagnético compreende uma chave conectada entre uma fonte de alimentação e a bobina, e um controlador configurado para controlar um estado ligado e um desligado da chave para controlar a corrente fluindo através da bobina em resposta a uma saída do circuito.

[0013] De acordo com outra concretização, o controlador é um processador.

[0014] Concretizações da presente invenção são adicionalmente descritas daqui para frente com referência às concretizações ilustradas apresentadas nos desenhos acompanhantes, nos quais:

a figura 1a ilustra um suporte de um dispositivo de comutação eletromagnético de acordo com uma concretização neste documento, a figura 1b ilustra uma montagem de um sistema eletromagnético e o suporte da Figura 1a de acordo com uma concretização neste documento, e a figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um sistema para controlar a corrente fluindo através de uma bobina de um dispositivo de comutação eletromagnético de acordo com uma concretização neste documento.

[0015] Várias concretizações são descritas com referência aos desenhos, onde números de referência iguais são utilizados para se referir a elementos iguais por todas as figuras. Na descrição seguinte, para propósito de explicação, vários detalhes específicos são expostos de modo a proporcionar um entendimento completo de uma ou mais concretizações. Por ser evidente que tais concretizações podem ser praticadas sem estes detalhes específicos.

[0016] Referindo-se à figura 1a, um suporte 1 de um dispositivo de

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4/9 comutação eletromagnético é ilustrado de acordo com uma concretização neste documento. Um elemento de contato 3 é suportado no suporte para ser móvel a partir de uma posição de interrupção do circuito até uma posição de fechamento do circuito, onde o elemento de contato 3 é movido para entrar em contato com um elemento de contato estacionário para ficar na posição de fechamento do circuito. O contato estacionário pode ser conectado com a fonte de alimentação de entrada.

[0017] A figura 1b ilustra uma montagem de um sistema eletromagnético e do suporte 1 da figura 1a de acordo com uma concretização neste documento. No exemplo apresentado da figura 1b, o suporte 1 compreende um pilar 7 se estendendo de forma vertical para cima. O sistema eletromagnético 8 é suportado no pilar 7 para atuar o suporte. Na presente concretização, o sistema eletromagnético 8 é apresentando como compreendendo os induzidos eletromagnéticos 9, 13. Entretanto, o sistema eletromagnético 8 pode ser projetado de outro modo compreendendo menos ou mais induzidos eletromagnéticos. Tipicamente, os induzidos eletromagnéticos 9, 13 são adaptados para atuarem o suporte 1. O induzido eletromagnético 9 engata com o pilar 7 via o membro 1 para transferir para o induzido 9 o movimento até o suporte 1. O suporte 1 por sua vez move o elemento de contato 3 para a posição de fechamento do circuito. No exemplo apresentado da figura 1b, o induzido eletromagnético 9 está em engate com o pilar mecanicamente via o membro 11. Entretanto, o induzido eletromagnético 9 pode ser engatado com o pilar 7 utilizando outros dispositivos mecânicos conhecidos. Outro induzido eletromagnético 13 compreendendo as bobinas 17 também é suportado no pilar 7. No exemplo apresentado da figura 1b, duas bobinas 17 foram ilustradas. Entretanto, em algumas implementações, o induzido magnético pode compreender somente uma única bobina 17. As bobinas 17 são energizadas pelo suPetição 870190008437, de 25/01/2019, pág. 7/18

5/9 primento de uma corrente proporcionada por uma fonte de alimentação. Nas bobinas 17 estando energizadas, o induzido eletromagnético 9 é puxado em direção ao induzido eletromagnético 13. Este movimento do induzido 9 é transferido para o suporte 1 e para o elemento de contato 3 para o movimento de fechamento do circuito. Entretanto, em outras concretizações, o suporte 1 pode compreender um pilar se estendendo verticalmente para baixo e o induzido eletromagnético 9 e o induzido eletromagnético 13 podem ser suportados no pilar.

[0018] No movimento de fechamento do circuito, o elemento de contato 3 é movido para ficar em contato com o elemento de contato estacionário. O elemento de contato 3 em contato com o elemento de contato estacionário é dito como estando na posição de fechamento do circuito. A corrente requerida para energizar a bobina 17 para o movimento de fechamento do circuito do suporte 1 e do elemento de contato 3 é daqui para frente referida como corrente de captação. Uma vez que o elemento de contato 3 é movido para a posição de fechamento do circuito, a corrente requerida para energizar a bobina 17 de modo que o elemento de contato 3 seja mantido na posição de fechamento do circuito é referida como corrente de continuação. Tipicamente, a corrente de captação é de um valor relativamente muito mais alto do que a corrente de continuação. Por exemplo, a corrente de captação requerida para energizar uma bobina é ao redor de cinco até dez vezes a corrente de continuação.

[0019] A figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um sistema para controlar a corrente fluindo através da bobina 17 de acordo com uma concretização neste documento. No exemplo da figura 2, uma corrente para energizar a bobina 17 é proporcionada para a bobina 17 utilizando uma chave 19. A chave 19 é operável para proporcionar a corrente de captação durante o movimento de fechamento do circuito e a corrente de continuação para manter o elemento de contato 3 da

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6/9 figura 1b na posição de fechamento do circuito. Por exemplo, a chave 19 pode ser uma chave estática de estado sólido. Um controlador 21 é configurado para controlar a chave 19 para proporcionar a acorrente de captação durante o movimento de fechamento do circuito e a corrente de continuação para manter o elemento de contato 3 na posição de fechamento do circuito. O controlador 21 controla a chave 19 em resposta à corrente fluindo na bobina 17. A corrente fluindo na bobina 17 é proporcionada para o controlador por um circuito de condicionamento 23. O controlador 23 pode ser um processador, um microcontrolador, e assim por diante. Em uma concretização, uma chave 20 pode ser conectada em paralelo com a bobina 17. Por exemplo, a chave 20 pode ser operável para ficar em um estado ligado durante a condição de continuação para circular a corrente de continuação em um circuito formado pela bobina 17 e pela chave 20. Em uma concretização, o controlador 21 pode ser configurado para controlar a chave 19 em reposta à corrente fluindo na bobina 17.

[0020] Em um exemplo, o circuito de condicionamento 23 é conectado em A através de um resistor R25 no circuito proporcionando a corrente para a bobina 17. O circuito de condicionamento 23 obtém a corrente fluindo através da bobina 17 a partir da tensão elétrica em A. Em uma concretização, o circuito de condicionamento 23 compreende um amplificador 27, um diodo 29 e um circuito de filtro 31. No exemplo da figura 2, a tensão elétrica em A é proporcionada para o amplificador 27. O amplificador pode ser um amplificador operacional, um circuito transistorizado, e assim por diante. No exemplo apresentado da figura 2, o amplificador 27 ilustrado é um amplificador operacional. O amplificador 21 tipicamente compreende um primeiro terminal do amplificador 33 para receber um primeiro sinal de entrada, um segundo terminal do amplificador 35 para receber um segundo sinal de entrada e um terceiro sinal do amplificador 37 proporcionando um sinal de saída. A tensão

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7/9 elétrica através de A é proporcionada para o primeiro terminal do amplificador 27 como o primeiro sinal de entrada. Em uma concretização, o primeiro terminal do amplificador 33 pode ser um terminal que não é de inversão do amplificador 27. O terceiro terminal do amplificador 37 é conectado com o diodo 29. O terceiro terminal do amplificador 37 proporciona um sinal de saída para um primeiro terminal do diodo 30 do diodo 29 emitido pelo amplificador 27. Um segundo terminal 32 do diodo 29 é conectado com o segundo terminal do amplificador 35 e com o circuito de filtro 31. A saída do diodo 29 é proporcionada para o segundo terminal do amplificador 35 como o segundo sinal de entrada. Em uma concretização, o segundo terminal do amplificador 35 é um terminal de inversão do amplificador 27. A saída do diodo 29 é proporcionada para o segundo terminal do amplificador para proporcionar uma realimentação negativa. A saída do diodo 29 também é proporcionada para o circuito de filtro 31.

[0021] Como a saída do diodo 29 também é proporcionada para o amplificador 27 como uma realimentação negativa, o amplificador 27 deve compensar a queda de tensão elétrica através do diodo 29 devido ao ganho do circuito fechado. A saída do amplificador 27 é a tensão elétrica real do sinal em A em adição à queda de tensão elétrica de 0,7 volts do diodo 29. Assim, no ponto B, a tensão elétrica real do sinal em A é replicada.

[0022] A tensão elétrica de saída em B é filtrada pelo circuito de filtro 31 para obter um valor médio da tensão elétrica em C. O circuito de filtro 31 compreende um primeiro resistor R39, um capacitor C41 e um segundo resistor R43. O primeiro resistor R32 está conectado com o segundo terminal do diodo 32. O capacitor C41 está conectado em série com o primeiro resistor R39. O segundo resistor R43 está conectado em série com o primeiro resistor R39 e em paralelo com o capacitor C41. O diodo 29 atua como uma chave unidirecional e carrega o

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8/9 capacitor 41 através do primeiro resistor R39. O capacitor C41 descarrega através do segundo resistor R43. Estas carga e descarga do capacitor C41 permitem obter um valor médio da tensão elétrica do sinal proporcionado para o circuito de filtro 31 como uma entrada. O diodo 29 impede a carga no capacitor C41 descarregar no amplificador 27. Isto permite que o capacitor C41 tenha um caminho de descarga com alta constante de tempo independente via o segundo resistor R43. Assim, o valor médio da tensão elétrica em C emitido pelo circuito de filtro 31 pode ser proporcionado para o controlador 21 para controlar a chave 19. A saída do circuito de filtro sendo uma reprodução real da tensão elétrica do sinal em A permite controlar a corrente fluindo através da bobina 17 mais precisamente para proporcionar a corrente de captação e a corrente de continuação. A queda de tensão elétrica através do diodo 21 sendo compensada permite medir a corrente de continuação precisamente à medida que a corrente de continuação é de um valor relativamente muito mais baixo.

[0023] As concretizações descritas neste documento permitem o controle eficiente da chave utilizada para proporcionar a corrente de captação e a corrente de continuação para a bobina à medida que o controlador controla a chave em resposta à corrente real fluindo através da bobina. Além disso, como a corrente de continuação é de um valor relativamente muito mais baixo, a corrente fluindo através da bobina durante a condição de continuação é medida de forma precisa à medida que a queda de tensão elétrica através do diodo é compensada pelo amplificador. Proporcionar uma medida da corrente fluindo através da bobina de forma precisa para o controlador permite energizar a bobina de forma eficiente dependendo da corrente requerida para o movimento de fechamento do circuito e manter a posição de fechamento do circuito.

[0024] Enquanto esta invenção foi descrita em detalhes com refePetição 870190008437, de 25/01/2019, pág. 11/18

9/9 rência a algumas concretizações preferidas, deve ser apreciado que a presente invenção não está limitada a estas concretizações precisas. Ao invés disso, em vista da presente revelação que descreve o melhor modo atual para praticar a invenção, várias modificações e variações seriam apresentadas para os versados na técnica sem afastamento do escopo e do espírito desta invenção. Portanto, o escopo da invenção é indicado pelas concretizações seguintes ao invés do que pela descrição precedente. Todas as alterações, modificações e variações surgindo dentro do significado e alcance de equivalência das concretizações são para serem consideradas dentro de seu escopo.

Claims

1/2 reivindicações

1. Circuito (23) para condicionar uma corrente fluindo através de uma bobina (17) em um dispositivo de comutação eletromagnético, o circuito caracterizado pelo fato de que compreende:

- um amplificador (27) compreendendo um primeiro terminal do amplificador (33) para receber a corrente fluindo através da bobina (17) como uma entrada, um segundo terminal do amplificador (35) para receber um segundo sinal de entrada e um terceiro terminal do amplificador (37) para emitir um sinal de saída,

- um diodo (29) compreendendo um primeiro terminal do diodo (30) conectado com o terceiro terminal do amplificador (37) para receber o sinal de saída do amplificador e um segundo terminal do diodo (32) para proporcionar uma saída, sendo que o segundo terminal do diodo (32) está conectado com o segundo terminal do amplificador (35) para proporcionar a saída do diodo (29) como o segundo sinal de entrada para o segundo terminal do amplificador (35), e

- um circuito de filtro (31) conectado com o segundo terminal do diodo (32) para filtrar a saída do diodo (29).

2. Circuito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de filtro (31) compreende um primeiro resistor (R39) conectado com o segundo terminal do diodo (32), um capacitor (C41) conectado em série com o primeiro resistor (R39), e um segundo resistor (R43) conectado em série com o primeiro resistor (R39) e em paralelo com o capacitor (C41).

3. Circuito, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o amplificador (27) é um amplificador operacional.

4. Circuito, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro terminal do amplificador (33) é um terminal de não-inversão do amplificador operacional.

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2/2

5. Circuito, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o segundo terminal do amplificador (35) é um terminal de inversão do amplificador operacional.

6. Circuito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o amplificador (27) é um transistor.

7. Dispositivo de comutação eletromagnético compreendendo o circuito (23), como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, o dispositivo de comutação eletromagnético caracterizado pelo fato de que compreende:

- uma chave (19) conectada entre uma fonte de alimentação e a bobina (17), e

- um controlador (21) configurado para controlar um estado ligado e um desligado da chave (19) para controlar a corrente fluindo através da bobina (17) em resposta a uma saída do circuito (23).

8. Dispositivo de comutação eletromagnético, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o controlador (21) é um processador.