BR112013024908B1

BR112013024908B1 - comutador de derivação em carga para comutar derivações em um enrolamento de um transformador

Info

Publication number: BR112013024908B1
Application number: BR112013024908-0A
Authority: BR
Inventors: William James Teising; Robert Alan Elick; David Matthew Geibel; Joshua Tyler Elder
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2011-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2021-02-17
Also published as: CN103563032B; EP2691967B1; CN103563032A; MX2013011089A; BR112013024908A2; US20150061806A1; EP2691967A1; WO2012135209A1; CA2831592C; US9143072B2; CA2831592A1

Abstract

COMUTADOR DE DERIVAÇÃO COM UM SISTEMA DE ACIONAMENTO APERFEIÇOAMENTO. A presente invenção se refere a um comutador de derivação em carga que é proporcionado tendo uma pluralidade de módulos, cada um dos quais é operável para mudar derivações em um enrolamento de um transformador. Um eixo de transmissão é conectado aos módulos e é operável com rotação para efetuar comutações de derivação nos enrolamentos. Um servo motor gira o eixo de transmissão. O servo motor inclui um dispositivo de retroalimentação operável para gerar um sinal de retroalimentação contendo informação relativa à posição do eixo do motor. Uma unidade servo é conectada ao servo motor para receber o sinal de retroalimentação. A unidade servo usa o sinal de retroalimentação para determinar e armazenar um deslocamento angular total do eixo do motor. A unidade servo usa o sinal de retroalimentação e o deslocamento angular total do eixo do motor para controlar a operação do servo motor.

Description

COMUTADOR DE DERIVAÇÃO EM CARGA PARA COMUTAR DERIVAÇÕES EM UM ENROLAMENTO DE UM TRANSFORMADOR

Antecedentes da Presente Invenção

[0001] A presente invenção se refere a um comutador de derivação e mais particularmente para comutadores de derivação em carga.

[0002] Como é bem conhecido, um transformador converte eletricidade em uma tensão para eletricidade em outra tensão, seja de valor mais alto ou mais baixo. Um transformador realiza essa conversão de tensão usando um enrolamento principal e um enrolamento secundário, cada um dos quais é enrolado em um núcleo ferromagnético e compreende um número de espiras de um condutor elétrico. O enrolamento principal é conectado a uma fonte de tensão e o enrolamento secundário é conectado a uma carga. Ao mudar a relação de espiras secundárias para espiras primárias, a relação de tensão de saída para tensão de entrada pode ser mudada, desse modo controlando ou regulando a tensão de saída do transformador. Essa relação pode ser mudada ao efetivamente mudar o número de espiras no enrolamento principal e/ou o número de espiras no enrolamento secundário. Isso é realizado ao realizar conexões entre diferentes pontos de conexão ou "derivações" dentro do(s) enrolamento(s). Um dispositivo que pode realizar as referidas conexões seletivas para as derivações é referido como um "comutador de derivação".

[0003] Em geral, há dois tipos de comutador de derivação: comutador de derivação em carga e comutador de derivação sem carga ou desenergizado. Um comutador de derivação sem carga usa um disjuntor para isolar um transformador a partir da fonte de tensão e então comuta a partir de uma derivação para a outra. Um comutador de derivação em carga (ou simplesmente "comutador de derivação de carga") comuta a conexão entre derivações enquanto o transformador é conectado à fonte de tensão. Um comutador de derivação de carga pode incluir, para cada enrolamento de fase, um conjunto de chave seletora, um conjunto interruptor de desvio e um conjunto interruptor a vácuo. O conjunto de chave seletora faz conexões para as derivações do transformador, enquanto o conjunto interruptor de desvio conecta as derivações, através de dois circuitos derivados, a um circuito de energia principal. Durante uma comutação de derivação, o conjunto interruptor a vácuo isola com segurança um circuito derivado. Um sistema de acionamento move o conjunto de chave seletora, o conjunto de chave de desvio e o conjunto interruptor a vácuo. A presente invenção é direcionada ao referido sistema de acionamento.

Sumário da Invenção

[0004] De acordo com a presente invenção, um comutador de derivação em carga é proporcionado para realizar comutações de derivação em um enrolamento do transformador. O comutador de derivação inclui um módulo de comutador de derivação conectado ao enrolamento do transformador. O módulo de comutador de derivação inclui um conjunto interruptor de desvio, um conjunto interruptor a vácuo e um conjunto de chave seletora. Um servo motor é proporcionado e inclui um eixo do motor e um dispositivo de retroalimentação. O eixo do motor é conectado ao módulo de comutador de derivação e é operável, com rotação, para fazer com que o módulo de comutador de derivação realize uma sequência de operações que efetua uma comutação de derivação. O dispositivo de retroalimentação é operável para gerar um sinal de retroalimentação contendo informação relativa à posição do eixo do motor. Uma unidade servo é conectada ao servo motor para receber o sinal de retroalimentação. A unidade servo usa o sinal de retroalimentação para determinar e armazenar o deslocamento angular total do eixo do motor. A unidade servo usa o sinal de retroalimentação e o deslocamento angular total do eixo do motor para controlar a operação do servo motor.

Breve Descrição dos Desenhos

[0005] As características, aspectos, e vantagens da presente invenção se tornarão melhor entendidas com relação a descrição seguinte, reivindicações anexas e desenhos anexos, nos quais:

[0006] A figura 1 mostra uma vista em elevação dianteira de um comutador de derivação da presente invenção;

[0007] A figura 2 mostra uma vista esquemática do comutador de derivação;

[0008] A figura 3 mostra diagramas de circuito do comutador de derivação em configurações linear, mais-menos e grosso-fino;

[0009] A figura 4 mostra um desenho esquemático de um circuito elétrico do comutador de derivação;

[00010] A figura 5 mostra o circuito elétrico progredindo através de uma comutação de derivação;

[00011] A figura 6 mostra uma vista dianteira do interior de um tanque do comutador de derivação;

[00012] A figura 7 mostra uma vista traseira de uma estrutura de suporte dianteiro do comutador de derivação;

[00013] A figura 8 mostra uma vista esquemática de um sistema de acionamento e um sistema de monitoramento do comutador de derivação;

[00014] A figura 9 mostra uma vista dianteira de um painel de oscilação de um alojamento para o sistema de acionamento;

[00015] A figura 10 mostra uma vista esquemática das conexões de energia e de comunicação entre os componentes do sistema de acionamento e o sistema de monitoramento;

[00016] A figura 11 mostra uma vista seccionada esquemática de um servo motor do sistema de acionamento;

[00017] A figura 12 mostra a vista esquemática de uma unidade servo do sistema de acionamento;

[00018] A figura 13 mostra uma vista em perspectiva do interior do alojamento contendo o sistema de acionamento e o sistema de monitoramento;

[00019] A figura 14 mostra uma vista ampliada de um conjunto de manivela manual e outros componentes do sistema de acionamento;

[00020] A figura 15 mostra uma vista ampliada de um came e engrenagem do tipo Genebra do sistema de acionamento;

[00021] A figura 16 mostra uma vista em perspectiva do came;

[00022] A figura 17 mostra uma vista esquemática de um sistema de monitoramento de interruptor a vácuo;

[00023] A figura 18 mostra uma representação gráfica de um mapa de comutação de derivação armazenado na memória do sistema de monitoramento;

[00024] A figura 19 mostra um gráfico de fluxo de uma rotina de restauração de energia realizada pelo sistema de monitoramento;

[00025] A figura 20 mostra um gráfico de fluxo de uma primeira rotina de monitoramento que pode ser realizada pelo sistema de monitoramento; e

[00026] A figura 21 mostra um gráfico de fluxo de uma segunda rotina de monitoramento que pode ser realizada pelo sistema de monitoramento.

Descrição Detalhada das Modalidades Ilustrativas

[00027] Deve ser observado que na descrição detalhada a seguir, componentes idênticos têm os mesmos números de referência, independente de se os mesmos são mostrados em diferentes modalidades da presente invenção. Deve também ser observado que de modo a claramente e concisamente ilustrar a presente invenção, os desenhos podem não necessariamente estar em escala e determinadas características da presente invenção podem ser mostradas em uma forma relativamente esquemática.

[00028] Com referência agora às figuras 1 e 2, é mostrado um comutador de derivação de carga (LTC) 10 idealizado de acordo com a presente invenção. O LTC 10 é adaptado para montagem em tanque a um transformador. Em geral, o LTC 10 compreende um conjunto comutador de derivação 12, um sistema de acionamento 14 e um sistema de monitoramento 16. O conjunto comutador de derivação 12 é embutido em um tanque 18, enquanto o sistema de acionamento 14 e o sistema de monitoramento 16 são embutidos em um alojamento 20, que pode ser montado abaixo do tanque 18. O tanque 18 define uma câmara interna dentro da qual o conjunto comutador de derivação 12 é montado. A câmara interna retém um volume de fluido dielétrico suficiente para imergir o conjunto comutador de derivação 12. O acesso ao conjunto comutador de derivação 12 é proporcionado através de uma porta 24, que é pivotável entre as posições aberta e fechada.

[00029] O conjunto comutador de derivação 12 inclui três circuitos 30, cada um dos quais é operável para mudar as derivações em um enrolamento regular 32 para uma fase do transformador. Cada circuito 30 pode ser utilizado em uma configuração linear, uma configuração mais-menos ou uma configuração fino-grosso, como mostrado nas figuras 3a, 3b, 3c, respectivamente. Na configuração linear, a tensão através do enrolamento regular 32 é adicionada à tensão através de um enrolamento principal (baixa tensão) 34. Na configuração mais-menos, o enrolamento regular 32 é conectado ao enrolamento principal 34 por uma chave comutadora 36, que permite que a tensão através do enrolamento regular 32 seja adicionada ou subtraída a partir da tensão através do enrolamento principal 34. Na configuração fino-grosso, há um enrolamento grosso regular 38 além do enrolamento regular (fino) 32. A chave comutadora 40 conecta o enrolamento regular (fino) 32 ao enrolamento principal 34, seja diretamente, ou em série, com o enrolamento regular grosso 38.

[00030] Com referência agora à figura 4, é mostrado um desenho esquemático de um dos circuitos elétricos 30 do conjunto comutador de derivação 12 conectado ao enrolamento regular 32 em uma configuração mais-menos. O circuito elétrico 30 é arranjado em primeiro e segundo circuitos derivados 44, 46 e em geral inclui um conjunto de chave seletora 48, um conjunto interruptor de desvio 50 e um conjunto interruptor a vácuo 52 compreendendo um interruptor a vácuo 54.

[00031] O conjunto de chave seletora 48 compreende primeiro e segundo braços de contato móveis 58, 60 e uma pluralidade de contatos estacionários 56 que são conectados às derivações do enrolamento 32, respectivamente. Os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 são conectados a reatores 62, 64, respectivamente, que reduzem a amplitude da corrente circulante quando o conjunto de chave seletora 48 está ligando duas derivações. O primeiro braço de contato 58 é localizado no primeiro circuito derivado 44 e um segundo braço de contato 60 é localizado em um segundo circuito derivado 46. O conjunto interruptor de desvio 50 compreende primeiro e segundo comutadores de derivação 66, 68, com o primeiro comutador de derivação 66 sendo localizado no primeiro circuito derivado 44 e um segundo comutador de derivação 68 sendo localizado em um segundo circuito derivado 46. Cada um dos primeiro e segundo comutadores de derivação 66, 68 é conectado entre o seu reator associado e o circuito de energia principal. O interruptor a vácuo 54 é conectado entre o primeiro e segundo circuitos derivados 44, 46 e compreende um contato fixo e um contato móvel embutido em um frasco ou alojamento tendo vácuo no mesmo.

[00032] Os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 do conjunto de chave seletora 48 podem ser posicionados em uma posição de não ligação ou uma posição de ligação. Na posição de não ligação, os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 são conectados a um único de uma pluralidade de derivações no enrolamento 32 do transformador. Na posição de ligação, o primeiro braço de contato 58 é conectado a uma das derivações e um segundo contato 60 é conectado à uma outra, adjacente das derivações.

[00033] Na figura 4, os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 são ambos conectados a uma derivação 4 do enrolamento 32, isto é, os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 estão na posição de não ligação. Em uma condição de estado estável, os contatos 164, 166 do interruptor a vácuo 54 são fechados e os contatos em cada um dos primeiro e segundo comutadores de derivação 66, 68 são fechados. A corrente de carga flui através dos primeiro e segundo braços de contato 58, 60 e dos primeiro e segundo comutadores de derivação 66, 68. Substancialmente nenhuma corrente flui através do interruptor a vácuo 54 e não há corrente circulante no circuito do reator.

[00034] Uma comutação de derivação na qual os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 são movidos para a posição de ligação será agora descrita com referência às figuras 5a–5e. O primeiro comutador de derivação 66 é primeiro aberto (como mostrado na figura 5a), que faz com que a corrente flua através do interruptor a vácuo 54 a partir do primeiro braço de contato 58 e o reator 62. O interruptor a vácuo 54 é então aberto para isolar o primeiro circuito derivado 44 (como mostrado na figura 5b). Isso permite que o primeiro braço de contato 58 seja movido em seguida para a derivação 5 sem centelhação (como mostrado na figura 5c). Após esse movimento, o interruptor a vácuo 54 é primeiro fechado (como mostrado na figura 5d) e então o primeiro comutador de derivação 66 é fechado (como mostrado na figura 5e). Isso completa a comutação de derivação. Nesse ponto, o primeiro braço de contato 58 é conectado à derivação 5 e o segundo braço de contato 60 é conectado à derivação 4, isto é, os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 estão na posição de ligação. Na condição de estado estável, os contatos do interruptor a vácuo 54 são fechados e os contatos em cada um dos primeiro e segundo comutadores de derivação 66, 68 são fechados. Os reatores 62, 64 são agora conectados em série e a tensão em seu ponto central é metade da tensão por seleção de derivação. A corrente circulante agora flui no circuito do reator.

[00035] Outra comutação de derivação pode ser feita para mover o segundo braço de contato 60 para a derivação 5 de modo que os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 estão na mesma derivação (derivação 5), isto é, para estar na posição de não ligação. Para fazer isso, a rotina acima descrita é realizada para um segundo circuito derivado 46, isto é, um segundo comutador de derivação 68 é primeiro aberto, então o interruptor a vácuo 54 é aberto, um segundo braço de contato 60 é movido para a derivação 5, o interruptor a vácuo 54 é primeiro fechado e então um segundo comutador de derivação 68 é fechado.

[00036] Nas comutações de derivação descritas acima, a corrente flui continuamente durante as comutações de derivação, enquanto os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 são movidos na ausência de corrente.

[00037] Como melhor mostrado na figura 4, o conjunto de chave seletora 48 pode ter oito contatos estacionários 56 conectados a oito derivações no enrolamento 32 e um contato estacionário 56 conectado a uma derivação neutra (faixa do meio) do enrolamento 32. Assim, com a chave comutadora 36 no terminal B (como mostrado), o conjunto de chave seletora 48 é móvel entre uma posição neutra e dezesseis posições elevadas distintas (mais) (isto é, oito posições de não ligação e oito posições de ligação). Com a chave comutadora 36 no terminal A, o conjunto de chave seletora 48 é móvel entre a posição neutra e dezesseis posições inferiores distintas (menos) (isto é, oito posições de não ligação e oito posições de ligação). Desse modo, o conjunto de chave seletora 48 é móvel entre um total de 33 posições (uma posição neutra, 16 posições (R) superiores e 16 posições (L) inferiores).

[00038] Com referência agora à figura 6, três estruturas de suporte 80 são montadas dentro do tanque 18, uma para cada circuito elétrico 30. As estruturas de suporte 80 são compostas de um material rígido, dielétrico, tal como plástico dielétrico reforçado a fibra. Para cada circuito elétrico 30, o conjunto interruptor de desvio 50 e o conjunto interruptor a vácuo 52 são montados em um primeiro lado (ou porção dianteira) de uma estrutura de suporte 80, enquanto o conjunto de chave seletora 48 é montado atrás da estrutura de suporte 80.

[00039] Com referência agora à figura 7, um segundo lado de uma das estruturas de suporte 80 é mostrado. Uma engrenagem de desvio 82 e uma engrenagem de interruptor a vácuo (VI) 92 são montadas em um segundo lado. Um eixo isolado 83 é mostrado conectado à engrenagem de desvio 82. O eixo 83 é conectado por um sistema de transmissão 120 (mostrado na figura 8) a um eixo de transmissão principal 122 (mostrado na figura 8) do sistema de acionamento 14. A engrenagem de desvio 82 é fixada a um eixo de desvio que se estende através da estrutura de suporte 80 e dentro do primeiro lado da estrutura de suporte 80. A engrenagem de desvio 82 é conectada por uma corrente 90 para a engrenagem de VI 92, que é fixada a um eixo de VI 94. O eixo de VI 94 também se estende através da estrutura de suporte 80 e dentro do primeiro lado da estrutura de suporte 80. Quando o sistema de acionamento 14 é ativado para efetuar uma comutação de derivação, o sistema de transmissão 120 e o eixo 83 transportam a rotação do eixo de transmissão principal 122 para a engrenagem de desvio 82, desse modo fazendo com que a engrenagem de desvio 82 e o eixo de desvio girem. A rotação da engrenagem de desvio 82, por sua vez, é transportada por uma corrente 90 para a engrenagem de VI 92, que faz com que a engrenagem de VI 92 e o eixo de VI 94 girem.

[00040] Detalhes do sistema de transmissão 120 são descritos em pedido de patente US provisória No.: 61/467,455 depositada em 25 de Março de 2011, intitulada "Selector Switch Assembly for Load Tap Changer" e no pedido de patente US provisória No.: 61/467,822 depositada em 25 de Março de 2011, intitulada "An Improved Tap Changer", ambas as quais se encontram aqui incorporadas por referência.

[00041] No primeiro lado da estrutura de suporte 80, o eixo de desvio é fixado a um came de desvio, enquanto o eixo de VI 94 é fixado a um came de VI. O came de desvio gira com a rotação do eixo de desvio e o came de VI gira com a rotação do eixo de VI 94. A rotação do came de desvio aciona os primeiro e segundo comutadores de derivação 66, 68, enquanto a rotação do came de VI abre e fecha os contatos do interruptor a vácuo 54. O desvio e as engrenagens de VI 82, 92 são dimensionados e arranjados para girar o came de desvio através de 180 graus para cada comutação de derivação e para girar o came de VI em 360° para cada comutação de derivação.

[00042] Com referência agora à figura 8, o sistema de transmissão 120 também conecta cada conjunto de chave seletora 48 ao eixo de transmissão principal 122 do sistema de acionamento 14. Mais especificamente, o sistema de transmissão 120 traduz a rotação do eixo de transmissão principal 122 em movimento rotacional dos primeiro e segundo braços de contato 58, 60. O referido movimento rotacional é indexado e é em torno de um eixo comum no centro de uma configuração circular dos contatos estacionários 56. Os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 são alinhados, com um segundo braço de contato 60 disposto sobre o primeiro braço de contato 58 quando os mesmos estão conectados no mesmo contato estacionário 56 (em uma posição de não ligação). Os contatos estacionários 56 são arranjados em um círculo, com o contato estacionário neutro N sendo localizado na parte superior e um contato de redução máxima 16L e um contato de elevação máxima 16R sendo localizados em direção ao fundo. O contato estacionário 56 adjacente ao contato neutro N no sentido anti-horário (CCW) é daqui em diante referida como o contato 1L. A rotação do primeiro braço de contato 58 entre o contato neutro N e o contato 1L aciona a chave comutadora 36. Mais especificamente, a rotação em CCW do primeiro braço de contato 58 a partir do contato neutro N para o contato 1L move a chave comutadora 36 para o terminal A, enquanto que na rotação no sentido horário (CW) do primeiro braço de contato 58 a partir do contato 1L para o contato neutro N move a chave comutadora 36 para o terminal B. Na modalidade descrita acima onde há posições 16R, posições 16L e a posição neutra (o contato estacionário neutro N), uma vez que os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 foram movidos em sentido anti-horário e estão na posição 16L (ambos no contato 16L), os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 devem ser movidos de volta para sentido horário para a posição neutra antes dos primeiro e segundo braços de contato 58, 60 poderem ser movidos para qualquer uma das posições 1-16R. De modo similar, uma vez que os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 foram movidos em sentido horário e estão na posição 16R (ambos no contato 16R), os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 devem ser movidas de volta para anti-horário para a posição neutra antes dos primeiro e segundo braços de contato 58, 60 poderem ser movidos para qualquer uma das posições 1-16L. Mover os primeiro e segundo braços de contato 58, 60 de cada circuito 30 entre as posições, neutra, as posições 1L-16L e as posições 1R-16R (e a operação associada de cada conjunto interruptor de desvio 50 e cada conjunto interruptor a vácuo 52) pode ser referida como mover o conjunto comutador de derivação 12 entre as derivações.

[00043] Com referência agora também às figuras 9 e 10, o sistema de acionamento 14 em geral inclui um servo motor 124, um unidade servo 126, a cabeça de engrenagem 128 e um conjunto de manivela manual 130. O sistema de acionamento 14 interfaceia com e é controlado pelo sistema de monitoramento 134. Como determinado acima, o sistema de acionamento 14 e o sistema de monitoramento 134 são montados dentro do alojamento 20, que tem uma abertura dianteira através da qual o sistema de acionamento 14 e o sistema de monitoramento 134 podem ser acessados. Como mostrado na figura 1, uma porta externa 136 é pivotavelmente montada ao alojamento 20 e é operável para fechar a abertura dianteira. Com referência particular agora à figura 9, uma placa de oscilação 138 é pivotavelmente montada ao alojamento 20, internamente à porta externa 136. A placa de oscilação 138 tem uma pluralidade de aberturas através das quais dispositivos de interface dentro do alojamento 20 são acessíveis quando a placa de oscilação 138 é em uma posição fechada. Por exemplo, uma chave de modo 140, um soquete 142, um indicador de posição de derivação mecânica 144 e uma interface homem máquina (HMI) 146 todos se estendem através de e/ou são acessíveis através de aberturas na placa de oscilação 138 quando a placa de oscilação 138 é fechada. Além de proporcionar acesso aos dispositivos de interface anteriores, a placa de oscilação 138 tem um número de dispositivos de interface diretamente montados à mesma. Por exemplo, uma chave de retorno ao neutro 150 e uma chave de baixar/levantar 152 são montadas diretamente na placa de oscilação 138. A placa de oscilação 138 funciona como a segunda porta que protege o equipamento dentro do alojamento 20, enquanto proporciona acesso ao dispositivo de interface.

[00044] Com referência particular à figura 10, um ou mais aquecedores 158, um ou mais ventiladores 159, um ou mais sensores de temperatura e um ou mais sensores de umidade são instalados dentro do alojamento 20. Os referidos dispositivos são eletricamente conectados a e controlados pelo sistema de monitoramento 134 de modo a manter um ambiente adequado para a unidade servo 126, o sistema de monitoramento 134 e os outros dispositivos dentro do alojamento 20.

[00045] Ainda montados dentro do alojamento 20 estão a fonte de alimentação de 24 VCC 160, uma fonte de alimentação de 5 VCC 162 e uma segunda fonte de alimentação de 5 VCC redundante 164. A unidade servo 126, o aquecedor 158, o ventilador 159, a fonte de alimentação de 24 VCC 160 e a primeira fonte de alimentação de 5 VCC 162 são proporcionados com energia de 120 VCA a 240 VCA a partir de uma fonte de alimentação principal 165. Uma segunda fonte de alimentação de 5 VCC 164 pode ser conectada a uma fonte de alimentação de backup 166. O sistema de monitoramento 134 é proporcionado com energia a partir da primeira fonte de alimentação de 5 VCC 162 ou, no caso de uma falha do fornecimento de energia principal 165, a segunda fonte de alimentação de 5 VCC 164.

[00046] Com referência agora à figura 11, é mostrada uma vista seccionada de uma modalidade do servo motor 124. Na referida modalidade, o servo motor 124 é um motor de indução CA sem escovas tendo um estator fixado 170 e um rotor giratório 172 fixado a um eixo 174. Quando a tensão é aplicada ao estator 170, a corrente flui no estator 170 e induz a corrente a fluir no rotor 172 através de indução magnética. A interação dos campos magnéticos no estator 170 e o rotor 172 fazem com que o rotor 172 e, assim, o eixo 174 girem. O estator 170 é localizado radialmente para fora a partir do rotor 172 e pode ser compreendido de lâminas e espiras de um condutor elétrico. O rotor 172 pode ter uma construção de "gaiola de esquilo" compreendido de pilhas de lâminas de aço separadas por fendas preenchidas com material condutor, tal como cobre ou alumínio.

[00047] O servo motor 124 pode incluir um freio 176 que mantém a posição do eixo 174 quando a energia para a unidade servo 126 e, assim, o servo motor 124 é cortado. O freio 176 pode ser um freio do tipo de mola ou um freio do tipo de magneto permanente.

[00048] O servo motor 124 é proporcionado com um dispositivo de retroalimentação 180, que pode ser um resolvedor ou um codificador absoluto de múltiplos giros. Resolvedores são descritos nos parágrafos imediatamente a seguir, enquanto um codificador absoluto de múltiplos giros é descrito adicionalmente abaixo.

[00049] Em uma modalidade, o dispositivo de retroalimentação 180 é um transmissor resolvedor de velocidade única, como é mostrado na figura 11. O transmissor resolvedor é essencialmente um transformador giratório tendo um enrolamento de rotor 182 rotativamente disposto dentro de um par estacionário de enrolamentos de estator SIN e COS 184, 186, que são posicionados afastados em 90 graus. O enrolamento de rotor 182 é conectado em alguma maneira ao eixo do motor 174 de modo a girar com o mesmo. O enrolamento de rotor 182 é excitado por uma tensão CA chamada a tensão de referência (Vr). As voltagens induzidas nos enrolamentos de estator SIN e COS 184, 186 são iguais ao valor da tensão de referência multiplicada pelo SIN ou COS do ângulo do eixo do motor 174 a partir de um ponto zero fixado. Assim, o transmissor resolvedor proporciona duas voltagens cuja relação representa a posição absoluta do eixo. (SIN θ / COS θ = TAN θ, onde θ = ângulo de eixo). As voltagens induzidas nos enrolamentos de estator SIN e COS 184, 186 são proporcionadas a um microcontrolador do resolvedor, que analisa os sinais e gera um sinal de retroalimentação que contém informação sobre a velocidade e a posição angular do eixo do motor 174. O microcontrolador então emite o sinal de retroalimentação a uma unidade servo 126. Em uma modalidade da presente invenção, o sinal de retroalimentação compreende uma série de pulsos ou contagens, em que, por exemplo, 16,384 contagens são geradas por cada 360° de rotação do eixo do motor 174. Assim, uma contagem é gerada por cerca de cada 0,02 grau de movimento do eixo do motor 174. As contagens são positivas quando o servo motor 124 está funcionando em uma primeira direção, tal como para fazer uma comutação de derivação a partir de 1R a 2R e são negative quando o servo motor 124 está funcionando em uma segunda direção, tal como para fazer uma comutação de derivação a partir de 1L a 2L. Quando visto a partir de uma perspectiva dianteira de topo, tal como na figura 13, o primeiro sentido é horário e o segundo sentido é anti-horário.

[00050] O transmissor resolvedor descrito acima é considerado um transmissor resolvedor de velocidade única pelo fato de que os sinais emitidos vão através de apenas uma onda de seno (e um onda de cosseno) na medida em que o eixo do motor 174 gira através de 360°.

[00051] Deve ser observado que em lugar de ser um transmissor resolvedor de velocidade única, o dispositivo de retroalimentação 180 pode ser um transmissor resolvedor de velocidade múltipla, tal como um transmissor resolvedor de quatro velocidades no qual os sinais emitidos vão através de quatro ondas de seno na medida em que o eixo do motor 174 gira através de 360°. Adicionalmente, o dispositivo de retroalimentação 180 pode ser um transformador de controle de resolvedor, que tem dois enrolamentos de estator e dois enrolamentos de rotor. Os dois enrolamentos de rotor são proporcionados com sinais de excitação e a informação de posição é derivada a partir dos sinais a partir dos enrolamentos de estator. Ainda adicionalmente, o dispositivo de retroalimentação 180 pode ser um sincro, que é similar a um transmissor resolvedor, exceto que há três enrolamentos de estator, separados em 120°. Um transmissor resolvedor (de velocidade única ou múltipla) e um transformador de controle de resolvedor são genericamente referidos como um "resolvedor".

[00052] Com referência agora à figura 12, a unidade servo 126 controla a operação do servo motor 124 ao controlar a energia proporcionada ao servo motor 124. A unidade servo 126 em geral inclui uma seção de baixa tensão 187 e uma seção de alta tensão 194. A seção de baixa tensão 187 inclui um controlador 188 e uma pluralidade de registros associados, incluindo um registro de velocidade 189, um registro de parada mais 190, um registro de parada menos 191 e um registro de retroalimentação 192. O controlador 188 é com base em microprocessador e recebe sinais de comando a partir do sistema de monitoramento 134 ou dispositivos locais, tal como a chave de baixar/levantar 152. Adicionalmente, o controlador 188 recebe o sinal de retroalimentação a partir do dispositivo de retroalimentação 180 e deriva informação de retroalimentação a partir do mesmo (por exemplo, posição angular, velocidade). O controlador 188 compara um comando e informação de retroalimentação para gerar um erro que o controlador 188 então age para eliminar. O controlador 188 age no erro usando um algoritmo, tal como um algoritmo proporcional e integral (PI), ou um algoritmo proporcional, integral e derivativo (PID). A saída do algoritmo é um sinal de controle de nível de baixa energia, que é proporcionado para a seção de alta tensão 194. Usando energia a partir do fornecimento de energia principal 165, a seção de alta tensão 194 amplifica o sinal de controle de nível de baixa energia a um nível mais alto de energia que é então proporcionado ao servo motor 124. A seção de alta tensão 194 pode converter a energia CA em energia CC em um retificador 196 e gera uma saída ao servo motor 124 usando um inversor de modulação de largura de pulso 198. É em geral observado que níveis de tensão mais elevados são necessários para girar o servo motor 124 em velocidades mais elevadas apropriadas e níveis de corrente mais elevados são necessários para proporcionar torque para mover cargas mais pesadas.

[00053] Como determinado acima, há uma pluralidade de registros associados com o controlador 188. Os referidos registros armazenam informação que é usada pelo controlador 188 para controlar a operação do servo motor 124. O registro de velocidade 189 armazena a velocidade na qual o servo motor 124 deve operar quando se faz uma comutação de derivação. O registro de parada mais 190 armazena o número de unidades de retroalimentação positivo (por exemplo, contagens) a partir do dispositivo de retroalimentação 180 que corresponde a um local de parada na primeira direção de rotação do eixo do motor 174. De modo similar, o registro de parada menos 191 armazena o número total de unidades de retroalimentação negativo (por exemplo, contagens) a partir do dispositivo de retroalimentação 180 que corresponde a um local de parada na segunda direção de rotação do eixo do motor 174. O registro de retroalimentação 192 armazena a informação de posição do eixo do motor 174 obtida a partir do sinal de retroalimentação. Na modalidade descrita acima onde o sinal de retroalimentação compreende uma série de contagens, o registro de retroalimentação 192 armazena um total trabalhado das contagens recebidas. Uma vez que o eixo do motor 174 gira vinte vezes para cada comutação de derivação e 16.384 contagens são geradas para cada rotação, o registro irá armazenar 327.680 contagens para cada comutação de derivação. Se a energia para a unidade servo 126 é cortada, toda a informação armazenada no registro de velocidade 189, o registro de parada mais 190, o registro de parada menos 191 e o registro de retroalimentação 192 é perdida e, com o restabelecimento da energia, os valores nos registros são ajustados em zero.

[00054] O número de unidades de retroalimentação armazenado no registro de parada mais 190 é usado pelo controlador 188 para automaticamente parar a rotação do eixo 174 do servo motor 124 na primeira direção após o mesmo ter movido o conjunto comutador de derivação 12 para a posição de derivação 16R ou relativamente além. Na modalidade descrita acima onde o sinal de retroalimentação compreende uma série de contagens, o número de contagens armazenado no registro de parada mais 190 pode ser +5.242.880 contagens ou ligeiramente mais. O número de unidades de retroalimentação armazenado no registro de parada menos 191 é usado pelo controlador 188 para automaticamente parar a rotação do eixo 174 do servo motor 124 na segunda direção após o mesmo ter movido o conjunto comutador de derivação 12 para a posição de derivação 16L ou relativamente além. Na modalidade descrita acima onde o sinal de retroalimentação compreende uma série de contagens, o número de contagens armazenado no registro de parada menos 190 pode ser - 5.242.880 contagens ou relativamente mais (contagens negativas). A partir do dito acima, deve ser observado que o controlador 188, usando as unidades de retroalimentação (por exemplo, contagens) armazenado no registro de parada mais 190 e o registro de parada menos 191, realiza uma "parada eletrônica rígida" que evita que o conjunto comutador de derivação 12 vá a partir da posição 16R através da posição neutra e então para a posição 1R, e evita que o conjunto comutador de derivação 12 vá a partir da posição 16L através da posição neutra e então para a posição 1L.

[00055] A operação da unidade servo 126 é controlada por sinais recebidos pelo controlador 188 a partir do sistema de monitoramento 134. Dois dos referidos sinais são: permitir hardware (H/W) e permitir modo normal do software (NMS). Quando o sinal de permissão de H/W é recebido, o controlador 188 apenas permite algoritmos de controle no sistema de monitoramento 134 para controlar o conjunto comutador de derivação 12. Quando o sinal de permissão de NMS é recebido, o controlador 188 adicionalmente permite que a unidade servo 126 seja controlada por sinais de comando a partir de dispositivos locais (por exemplo, a chave de baixar/levantar 152), o HMI 146 e dispositivos remotos. Se nenhum de sinal de permissão de H/W nem o sinal de permissão de NMS são recebidos, a unidade servo 126 é "travada". A unidade servo 126 pode apenas ser movida fora do estado travado pelo acionamento de um botão de liberar no HMI 146 por um operador após o problema causando o estado travado ter sido corrigido. Há comunicação bidirecional entre a unidade servo 126 e o sistema de monitoramento 134 sobre um barramento CAN 200. Adicionalmente, o sistema de monitoramento 134 envia sinais digitais de comando para a unidade servo 126 sobre a interface de acionamento 202 (mostrada na figura 8). Sinais digitais podem também ser enviados a partir de a unidade servo 126 ao sistema de monitoramento 134 sobre a interface de acionamento 202.

[00056] Um resistor de frenagem regenerativa 206 pode ser proporcionado para rapidamente parar a rotação do eixo do motor 174. Quando ligado, o resistor de frenagem regenerativa 206 sangra a tensão a partir do servo motor 124. O resistor de frenagem regenerativa 206 pode ser interno ou externo à unidade servo 126 e pode ser ligado por um transistor. O resistor de frenagem regenerativa 206 é operável para parar a rotação do eixo do motor 174 com menos do que a metade de uma revolução (< 180°) de rotação adicional do eixo do motor 174. Em relação a isso, deve ser observado que o controlador 188 da unidade servo 126 usa valores de aceleração e desaceleração armazenados em uma memória não volátil (por exemplo, EEPROM) da unidade servo 126 para controlar o coeficiente no qual o eixo do motor 174 é iniciado e parado, respectivamente. Os referidos valores podem ser mudados por equipe de manutenção autorizada quando o comutador de derivação 10 é fechado para manutenção.

[00057] Com referência mais uma vez à figura 8, o servo motor 124 é conectado à cabeça de engrenagem 128, que é operável para multiplicar o torque do servo motor 124 e aumenta a sua rigidez torsional. Isso permite que o servo motor 124 seja reduzido em tamanho e opere sobre a sua faixa ótima. Adicionalmente, a cabeça de engrenagem 128 minimiza a inércia refletida para a aceleração máxima. A cabeça de engrenagem 128 inclui um eixo de saída e engrenagens planetárias e é fixada ao eixo do servo motor 124 por grampos de pino de entrada de autolocalização. Em uma modalidade, a cabeça de engrenagem 128 é operável para produzir uma rotação de seu eixo de saída para cada 10 dez revoluções do eixo do motor 174.

[00058] Com referência agora também à figura 13, o eixo de saída da cabeça de engrenagem 128 é conectado ao eixo de transmissão principal 122, que se estende para cima através de uma abertura em uma prateleira 208 fixada entre duas paredes do lado de dentro. Acima da prateleira 208, o eixo de transmissão principal 122 se estende para cima através de uma abertura no alojamento 20 e dentro do tanque 18. O eixo de transmissão principal 122 entra no tanque 18 através de um conjunto de alimentação 210 fixado dentro de uma abertura em uma parede de fundo do tanque 18. O conjunto de alimentação 210 inclui uma gaxeta para vedar a abertura no tanque 18. Dentro do tanque 18, o eixo de transmissão principal 122 é conectado a conjuntos de chave seletora 48, a conjuntos de comutador de derivação 50 e a conjuntos de interruptor a vácuo 52 via o sistema de transmissão 120. A rotação do eixo de transmissão principal 122 efetua uma comutação de derivação, como descrito acima. Mais especificamente, a 720° rotação do eixo de transmissão principal 122 resulta em uma completa comutação de derivação. Uma vez que dez revoluções do eixo do motor 174 produz uma rotação do eixo de transmissão principal 122, o servo motor 124 gira 20 vezes para cada comutação de derivação. O controle estrito proporcionado pelo sistema de acionamento 14 permite que a rotação do eixo de transmissão principal 122 seja parada no final de uma comutação de derivação com menos do que 15° de rotação adicional do eixo de transmissão principal 122.

[00059] Com referência agora também às figuras 14 e 15, o conjunto de manivela manual 130 inclui uma engrenagem de manivela manual ampliada 214 e um dispositivo de manivela 216. A engrenagem de manivela manual 214 é fixada ao eixo de transmissão principal 122, acima da prateleira 208. Um bloco 218 é fixado a lado de baixo da engrenagem de manivela manual 214. O dispositivo de manivela 216 é montado na prateleira 208, próximo à engrenagem de manivela manual 214. O dispositivo de manivela 216 inclui uma engrenagem que engata a engrenagem de manivela manual 214 e um mecanismo interno que traduz a rotação de uma haste 220 (mostrado na figura 13) em rotação da engrenagem e, assim, a engrenagem de manivela manual 214 e o eixo de transmissão principal 122. A haste 220 é tipicamente posta de lado e é apenas usada quando o movimento manual do eixo de transmissão principal 122 é necessário. A haste 220 tem uma extremidade com uma cavidade adaptada para receber com firmeza um eixo contornado 222 do mecanismo interno. O eixo 222 é disposto dentro do soquete 142 no alojamento do dispositivo de manivela 216. O eixo 222 pode ter uma seção transversal hexagonal, como mostrado. Quando a extremidade da haste 220 é disposta dentro do soquete 142 e engatada com o eixo 222, a haste 220 pode ser manualmente girada para girar o eixo de transmissão principal 122, tal como para realizar uma comutação de derivação manual total ou parcial.

[00060] A chave de modo 140 é montada adjacente ao dispositivo de manivela 216. (Deve ser observado que embora a chave de modo 140 não seja mostrada na figura 13, a mesma deve ser considerada presente). A chave de modo 140 é conectada à unidade servo 126 e o sistema de monitoramento 134 e inclui quatro posições: manivela, fora, local e remota. No modo local, a chave de modo 140 intertrava os sinais a partir dos dispositivos de controle de local (tal como a chave de baixar/levantar 152) para controlar a unidade servo 126 e, assim, o servo motor 124. No modo remoto, a chave de modo 140 intertrava os sinais a partir dos locais remotos para controlar a unidade servo 126 e, assim, o servo motor 124. No modo manivela, a chave de modo 140 desconecta a energia para a unidade servo 126 e sinaliza o sistema de monitoramento 134 para negar o sinal de permissão de H/W para a unidade servo 126, desse modo tornando o servo motor 124 inoperante. A chave de modo 140 tem uma haste giratória 223 para mover entre as quatro posições. Uma placa de formato irregular 224 com uma abertura ampliada é conectada à haste 223 de modo a girar com a mesma. A placa 224 é giratória entre uma posição não bloqueada, em que a abertura é alinhada com o soquete 142 no alojamento, e uma posição bloqueada, em que a placa 224 bloqueia o soquete 142 no alojamento. A placa 224 está na posição não bloqueada apenas quando a haste 223 está na posição que coloca a chave de modo 140 no modo manivela. Assim, a haste 220 pode apenas ser disposta dentro do soquete 142 e em engate com o eixo 222 quando a chave de modo 140 está no modo manivela. Desse modo, o dispositivo de manivela 216 pode apenas ser usado para manualmente move o eixo de transmissão principal 122 quando energia é cortada ao servo motor 124.

[00061] Abaixo da engrenagem de manivela manual 214, uma primeira engrenagem 226 (mostrado de modo esquemático na figura 8) é fixada ao eixo de transmissão principal 122. A primeira engrenagem 226 é engatada de modo acionado com uma segunda engrenagem ampliada 230 que é fixada a um primeiro lado do eixo 232. As primeira e segunda engrenagens 226, 230 são dimensionadas de modo que duas rotações do eixo de transmissão principal 122 fazem com que o eixo de primeiro lado 232 faça um rotação, isto é, há uma redução de dois para um. Desse modo, o primeiro lado do eixo 232 irá girar 360° para cada comutação de derivação. Marcações de posição são proporcionadas na superfície de topo da segunda engrenagem 230. As referidas marcações, em relação ao ponto de referência 234, proporciona uma indicação visual de onde em uma comutação de derivação o conjunto comutador de derivação 12 está localizado. As marcações e o ponto de referência 234 são visíveis a um operador que está manualmente movendo o eixo de transmissão principal 122 usando o dispositivo de manivela 216, desse modo ajudando o operador a mover de modo adequado o conjunto comutador de derivação 12 a uma posição desejada.

[00062] Um pino 236 (mostrado de modo esquemático na figura 8) é fixado à segunda engrenagem 230 e se estende para cima a partir do mesmo. O pino 236 é localizado em direção do centro da segunda engrenagem 230 e engata de modo direcionável os dentes da engrenagem do tipo Genebra 238, que é dimensionada e construída para girar 10 graus para cada rotação completa da segunda engrenagem 230, isto é, para cada comutação de derivação. A engrenagem do tipo Genebra 238 é fixada ao eixo de segundo lado 240 que é conectado de modo direcionável ao indicador de posição de derivação mecânica 242, que mostra as posições do comutador de derivação N, 1-16L e 1-16R arranjados em uma configuração circular, similar à frente de um relógio. Um eixo de segundo lado 240 é também conectado a um eixo de extensão que se estende através de uma pluralidade de placas de circuito 244. Braços excêntricos condutores são fixados ao eixo de extensão e engatam os contatos montados às placas de circuito 244 durante a rotação do eixo de extensão, desse modo gerando sinais representativos da posição do eixo de transmissão principal 122 (e a posição atual de derivação do conjunto comutador de derivação 12). Os referidos sinais são proporcionados aos dispositivos externos.

[00063] Com referência agora também à figura 16, um came 248 é fixado à engrenagem do tipo Genebra 238 de modo a girar com a mesma. A superfície lateral de uma região central do came 248 ajuda a definir uma ranhura sem fim 250. A região central é substancialmente circular exceto por uma denteação 252. Assim, a ranhura 250 tem uma porção radialmente externa (fora da denteação 252) e uma porção radialmente interna (dentro da denteação). Um seguidor de came 254 (mostrado na figura 13) é disposto na ranhura 250 e é fixado a um braço 256 que é pivotavelmente montado a uma primeira extremidade da prateleira 208. Uma estrutura com um bloco 260 que se projeta a partir do mesmo é fixado à segunda extremidade do braço 256. O bloco 260 é móvel entre uma posição engatada e uma posição desengatada. Na posição engatada, o bloco 260 se estende abaixo da engrenagem de manivela manual 214, onde a mesma pode ser contatada pelo bloco 218. Na posição desengatada, o bloco 260 não se estende abaixo da engrenagem de manivela manual 214 e, assim, não pode ser contatada pelo bloco 218. O bloco 260 é movido entre as posições engatada e desengatada pelo movimento do braço 256, que é controlado pelo movimento da ranhura 250 com relação ao seguidor de came 254. Quando o seguidor de came 254 está na porção radialmente externa de a ranhura 250, o braço 256 é estacionário e mantém o bloco 260 na posição desengatada. Quando o seguidor de came 254 se move para dentro da porção radialmente interna da ranhura 250 (falando de modo relativo), o seguidor de came 254 se move radialmente para dentro, o que faz com que o braço 256 pivote para dentro e mova o bloco 260 para a posição engatada. Quando o bloco 260 se move para a posição engatada, o mesmo será contatado pelo bloco 218 na engrenagem de manivela manual 214 se a engrenagem de manivela manual 214 completa a sua revolução atual em sua direção atual e tenta continuar se movendo na mesma direção. O contato entre os blocos 218, 260 evita o movimento adicional da engrenagem de manivela manual 214 em sua direção atual e é considerada uma "parada rígida mecânica".

[00064] A parada rígida mecânica é implementada para evitar que o conjunto comutador de derivação 12 vá a partir da posição 16R através de neutro e então para a posição 1R, e para evitar que o conjunto comutador de derivação 12 vá a partir da posição 16L através de neutro e então para a posição 1L. Em outras palavras, a parada rígida mecânica evita uma rotação de 360° ou maior dos primeiro e segundo braços de contato 58, 60 em uma direção. Em virtude do local de contato dos blocos 218, 260, a parada rígida mecânica não tem que ser implementada logo em 16L e 16R. Em vez disso, o eixo de transmissão principal 122 pode ser permitido girar em cerca de outros 90° adiante de 16L e adiante de 16R. A parada rígida eletrônica e a parada rígida mecânica podem ser configuradas para serem implementadas em cerca do mesmo tempo. Alternativamente, a parada rígida eletrônica e a parada rígida mecânica podem ser configuradas de modo que uma é implementada antes da outra. Por exemplo, a parada rígida eletrônica e a parada rígida mecânica podem ser configuradas de modo que a parada rígida eletrônica seja implementada primeiro.

[00065] Uma vez que o came 248 gira 10 graus para cada comutação de derivação, o movimento a partir de neutro para 16L e a partir de neutro para 16R corresponde à rotação do came 248 de 160°. Assim, o came 248 é construído e posicionado de modo que o seguidor de came 254 estará na porção radialmente externa da ranhura 250 por 160° de rotação do came 248 seja na direção horária ou anti-horária a partir da posição neutra e após entrará na porção radialmente interna (falando de modo relativo) para mover o bloco 260 para a posição engatada. Assim, a porção radialmente interna da ranhura compreende cerca de 40° da ranhura 250 e quando o conjunto comutador de derivação 12 está na posição neutra, o centro da denteação 252 é disposto em oposição ao seguidor de came 254.

[00066] Com referência particular à figura 8, a disco 262 de um codificador absoluto de múltiplos giros ("MTAE") 264 é conectado ao eixo de primeiro lado 232 de modo a girar com o mesmo. O disco 262 é composto de vidro ou plástico e tem um padrão formado no mesmo, tal como por deposição fotográfica. O padrão compreende uma série de pistas que se estendem radialmente. Cada pista é compreendida de áreas de diferentes propriedades óticas, tal como áreas de transparência e opacidade. Uma unidade de detecção 266 do MTAE 264 lê as referidas pistas na medida em que o disco 262 gira e emite um sinal de posição representativo da posição angular do eixo de primeiro lado 232. A unidade de detecção 266 inclui emissores e receptores de infravermelho. Os emissores de infravermelho são montados em um lado do disco 262 e os receptores de infravermelho são montados no outro lado do disco 262. Quando o disco 262 gira, o padrão de luz de cada pista recebido pelos receptores de infravermelho produz um código único que representa uma posição absoluta do eixo de primeiro lado 232 sobre 360°.

[00067] Uma pluralidade de portadores de código 267 do MTAE 264 é também conectada ao eixo de primeiro lado 232 de modo a girar com o mesmo, mas em um modo sequencialmente de redução de velocidade. Cada um dos portadores de código 267 é um corpo magnético compreendido de polos norte e sul alternados. Os campos magnéticos gerados pela rotação dos portadores de código 267 são detectados pela unidade de detecção 266 para proporcionar uma medida do número de rotações do eixo de primeiro lado 264.

[00068] Uma vez que as posições do disco 262 e dos portadores de código 267 não são mudadas com falha de energia, o MTAE 264 de fato tem uma memória embutida que é mantida no caso de uma falha de energia. Em uma modalidade da presente invenção, o MTAE 264 pode determinar e armazenar até 4096 rotações do eixo de primeiro lado 232. Também na referida modalidade, o MTAE 264 tem 33,554,432 posições por revolução do eixo de primeiro lado 232. A posição absoluta do eixo de primeiro lado 232 sobre 360° e a medição do número de rotações do eixo de primeiro lado 232 proporciona uma "posição de múltiplos giros" (ou simplesmente "posição") do eixo de primeiro lado 232. Através das relações descritas aqui, a posição do eixo de primeiro lado 232 é usada para determinar a posição do eixo de transmissão principal 122, a localização do conjunto comutador de derivação 12 dentro de uma comutação de derivação e a localização do conjunto comutador de derivação 12 entre as derivações, isto é, a posição de derivação.

[00069] O MTAE 264 é conectado ao sistema de monitoramento 134 por uma linha de comunicação, tal como um cabo de interface EnDat 2.2, que é uma interface digital, bidirecional que é capaz de transmitir a posição do eixo de primeiro lado 232 a partir do MTAE 264 assim como transmitir ou atualizar a informação armazenada no MTAE 264 (tal como dados diagnósticos). Além de ser conectado ao MTAE 264, o sistema de monitoramento 134 é conectado a uma unidade servo 126, um sistema de monitoramento de interruptor a vácuo (VI) 265 e diversas outras entradas, tal como os dispositivos de monitoramento/controle ambiental dentro do alojamento 20. O sistema de monitoramento 134 é embutido em uma unidade de alojamento 268 (mostrada na figura 13) montada dentro do alojamento 20. O sistema de monitoramento 134 compreende a interface homem máquina HMI 146, pelo menos um microprocessador 270 e uma memória não volátil 272, tal como EEPROM. A HMI 146 inclui uma tela e dispositivos de entrada, tal como teclas de pressionar de um teclado de membrana.

[00070] Com referência agora à figura 17, é mostrado um desenho esquemático do sistema de monitoramento VI 265, que em geral inclui três módulos detectores de corrente 276 (um para cada circuito 30), três emissores de infravermelho 278 (um para cada circuito 30), três receptores de infravermelho 280 (um para cada circuito 30) e um transceptor de sinal diferencial 282. Em cada circuito 30, o módulo detector de corrente 276 é conectado em série com o interruptor a vácuo 54. Quando corrente acima de 6 amperes passa através do interruptor a vácuo 54, o módulo detector de corrente 276 retifica a corrente sinusoidal para gerar pulsos elétricos tendo uma frequência que corresponde à frequência da corrente, que está em uma faixa de 50 Hz a 60 Hz. A retificação da corrente senoidal pode ser uma retificação de onda completa ou de meia onda. Em uma modalidade da presente invenção, a retificação da corrente senoidal é de meia onda de modo a produzir um pulso por onda de seno. O emissor de infravermelho 278 converte os pulsos elétricos em pulsos de luz e transmite os mesmos para o receptor de infravermelho 280 sobre um link de fibra ótica 284. O receptor de infravermelho 280 detecta os pulsos de luz e gera um sinal elétrico pulsado em resposta ao mesmo. O referido sinal, que é um sinal de uma extremidade só, é então transmitido ao transceptor de sinal diferencial 282. Como é conhecido, um sinal de uma extremidade só é transmitido sobre dois fios, um dos quais porta uma tensão variada que representa o sinal, enquanto o outro do qual é conectado à tensão de referência, em geral terra. O transceptor de sinal diferencial 282 converte o sinal de uma extremidade só em um sinal diferencial digital, isto é, dois sinais complementares que são transmitidos em dois fios separados. O transceptor de sinal diferencial 282 pode ser construído de acordo com os protocolos RS-422, RS-485 ou Ethernet. Em uma modalidade, o transceptor de sinal diferencial 282 é construído de acordo com o protocolo RS-485, que define as características elétricas de acionadores e receptores para uso em sistemas de múltiplos pontos digitais balanceados. A conversão do sinal de uma extremidade só em sinal diferencial ajuda a isolar o sinal a partir dos ruídos ambientais préenviados em e em torno do comutador de derivação 10.

[00071] Os sinais diferenciais geradas pelo transceptor de sinal diferencial 282 são transmitidos ao sistema de monitoramento 134 sobre fios. Dentro do sistema de monitoramento 134, os receptores de sinal diferencial convertem os sinais diferenciais de volta em sinais de uma extremidade só, que são então proporcionados ao microprocessador 270. O microprocessador 270 analisa o tempo dos sinais e a relação de fase entre os três sinais para monitorar e controlar uma comutação de derivação. Mais especificamente, durante determinados estágios de uma comutação de derivação, a corrente não deve estar fluindo através de qualquer um dos interruptores a vácuo 54 e em outros estágios da comutação de derivação, a corrente deve estar fluindo através dos interruptores a vácuo 54 e deve ser separada por 120° entre as fases. A presença de pulsos em um sinal para um interruptor a vácuo 54 proporciona uma indicação para o microprocessador 270 de que a corrente está fluindo através do interruptor a vácuo 54. De modo oposto, a ausência de pulsos em um sinal para um interruptor a vácuo 54 proporciona uma indicação para o microprocessador 270 de que a corrente não está fluindo através do interruptor a vácuo 54. Uma vez que os pulsos nos sinais têm uma frequência que corresponde à frequência da corrente através dos interruptores a vácuo 54, o deslocamento dos pulsos entre os três sinais (quando a corrente está fluindo) deve corresponder a 120° de diferença entre as fases.

[00072] Com referência agora à figura 18, é mostrada uma representação gráfica simplificada de um mapa de comutação de derivação 288 que é armazenado na memória 272 do sistema de monitoramento 134 e que é usado pelo sistema de monitoramento 134 para controlar e/ou monitor a operação do conjunto comutador de derivação 12 durante um procedimento de comutação de derivação. O mapa 288 inclui estágios ou operações A-H delimitados por linhas pontilhadas. As operações A-H correspondem a "posição ligada", "comutador de derivação aberto", "interruptor a vácuo (VI) aberto", "chave seletora aberta", "chave seletora fechada", "VI fechado", "comutador de derivação fechado" e "posição ligada", respectivamente. Os blocos sombreados nas linhas pontilhadas indicam ± margens em graus de rotação. A localização do conjunto comutador de derivação 12 dentro do mapa 288 é baseada na posição do eixo de primeiro lado 232, que é obtida a partir de um sinal de posição a partir do MTAE 264. A posição logo antes da operação D ("chave seletora aberta") é designada como o ponto de não retorno ("PONR"). A chave seletora (o primeiro braço de contato 58 ou o segundo braço de contato 60) é aberto quando a mesma é desligada de uma derivação inicial (contato estacionário inicial 56) na medida em que a mesma está sendo movidas para uma derivação de finalização (contato estacionário de finalização 56) durante uma comutação de derivação. Se o sistema de monitoramento 134 recebe ou gera um alarme em ou após o PONR, o sistema de monitoramento 134 fará com que o conjunto comutador de derivação 12 complete a comutação de derivação e então irá travar a unidade servo 126. Se, entretanto, o sistema de monitoramento 134 recebe ou gera um alarme antes do PONR, o sistema de monitoramento 134 fará com que o conjunto comutador de derivação 12 pare a comutação de derivação, de volta para a posição de derivação anterior e então trava a unidade servo 126.

[00073] O mapa de comutação de derivação 288 armazenado na memória 272 do sistema de monitoramento 134 é mais detalhado do que é graficamente mostrado na figura 18. O mapa 288 inclui as operações A-H para uma comutação de derivação a partir de uma derivação para a outra. Adicionalmente, para as comutações de derivação a partir de 1L a N e N para 1L, o mapa 288 adicionalmente inclui dados para uma chave comutadora 36, isto é, chave aberta e fechada. Para cada operação, o mapa 288 inclui os graus de rotação do eixo de primeiro lado 232 no qual a operação se inicia o tempo decorrido (a partir do início da comutação de derivação) na qual a operação deve ser iniciada, a mudança no tempo decorrido (tempo delta) que deve ocorrer a partir do início da operação anterior e o número de pulsos que deveria / deve ser recebido a partir do sistema de monitoramento de VI 265 durante o tempo delta para indicar se a corrente está fluindo através do interruptor de vácuo relevante 54. Assim, o tempo delta é a janela de tempo dentro da qual o sistema de monitoramento 134 decide se a comutação de derivação está procedendo adequadamente (com relação a corrente através do interruptor a vácuo 54). Os valores de tempo decorrido armazenados no mapa 288 são em milissegundos. Em relação a isso, é observado que o sistema de monitoramento 134 é programado para controlar o servo motor 124 para realizar uma comutação de derivação em um dos dois períodos de tempo, ou seja, 1 segundo e 2 segundos. Assim, o mapa 288 inclui os dados para as operações descritas acima seja para uma segunda comutação de derivação 1 ou a segunda comutação de derivação 2. Entretanto, os valores para o mapa 288 podem ser mudados a partir daqueles para a segunda comutação de derivação 1 para aqueles para a segunda comutação de derivação 2 e vice-versa na fábrica onde o comutador de derivação 10 é fabricado ou pela equipe de manutenção autorizada no campo quando o comutador de derivação 10 é fechado para manutenção. Em outra modalidade da presente invenção, o mapa 288 inclui os dados para as operações descritas acima não só para a segunda comutação de derivação 1, mas também para a segunda comutação de derivação 2 e um usuário pode selecionar a segunda comutação de derivação 1 ou a segunda comutação de derivação 2 através do HMI 146 ou a partir de uma localização remota.

[00074] Deve ser observado que além do mapa 288, a velocidade de rotação do eixo do motor 174 para a segunda comutação de derivação 1 e/ou a segunda comutação de derivação 2 é/são armazenado(s) na memória 272. Adicionalmente, as unidades de retroalimentação mais e menos que são usadas para implementar a parada rígida eletrônica são armazenadas na memória 272. A velocidade armazenada para a comutação de derivação programada/selecionada (1 ou 2 segundos) é proporcionada à unidade servo 126 (isto é, o registro de velocidade 189) em caso da energia ser cortada para a unidade servo 126, como descrito em mais detalhes abaixo. De modo similar, as unidades de retroalimentação mais e menos para implementar a parada rígida eletrônica são proporcionadas à unidade servo 126 (isto é, o registro de parada mais 190 e o registro de parada menos 191, respectivamente) no caso da energia ser cortada para a unidade servo 126, também como descrito em mais detalhes abaixo.

[00075] O sistema de monitoramento 134 realiza rotinas implementadas por software para monitorar e controlar a operação do conjunto comutador de derivação 12. O código de software para as referidas rotinas é armazenado na memória 272 do sistema de monitoramento 134 e é executado pelo microprocessador 270. Uma das rotinas é a rotina de restauração de energia 290 (mostrada na figura 19) que é implementada quando a energia ao sistema de monitoramento 134 e/ou a unidade servo 126 é cortada e então rearmazenada. Como determinado acima, quando a energia para a unidade servo 126 é perdida, todos os dados armazenados no registro de velocidade 189, no registro de parada mais 190, no registro de parada menos 191 e no registro de retroalimentação 192 são perdidos e com a restauração da energia, os valores nos registros são ajustados em zero. Quando a energia ao sistema de monitoramento 134 é rearmazenada após a falha de energia, um programa de boot é automaticamente iniciado na etapa 292 da rotina de restauração de energia 290. O programa de boot realiza um procedimento de inicialização que inclui: (i.) ler parâmetros a partir de memória 272, (ii.) estabelecer comunicação com a unidade servo 126 (iii.) estabelecer comunicação com o MTAE 264, (iv.) determinar a corrente da posição de derivação do conjunto comutador de derivação 12 com base em informação a partir do MTAE 264, (v.) ajustar um log de evento e (vi.) emitir sinais 4-20 mA representativos da posição de derivação atual para o regulador de tensão automática para o transformador. Embora comunicação seja estabelecida com a unidade servo 126, o sistema de monitoramento 134 não proporciona o sinal de permissão de H/W ou o sinal de permissão de NMS para a unidade servo 126.

[00076] Uma vez que o programa de boot terminou de rodar, a estado energizado é iniciado na etapa 294. O estado energizado tem quatro sub-estados ou modos que são determinados pelo interruptor, ou seja: local, manivela, remoto e desligado. As três entradas (local, manivela e remota) a partir do interruptor são mutuamente exclusivas. Se nenhuma das referidas três entradas for declarada, o sub-estado "desligado" é iniciado.

[00077] Após o sistema de monitoramento 134 iniciar o estado energizado, uma determinação é feita na etapa 296 de se o sistema de monitoramento 134 está no modo local ou no modo remoto. Se o sistema de monitoramento 134 está ou no modo local ou no modo remoto, a rotina 290 prossegue para a etapa 298, em que o sinal de permissão de H/W é transmitido para a unidade servo 126 via entradas digitais sobre a interface de acionamento 202. Após a etapa 298, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 300, em que a posição (0-360° e número de rotações) do eixo de primeiro lado 232 medida pelo MTAE 264 é convertida para as unidades de posição (por exemplo, contagens) do eixo do motor 174 medidas pelo dispositivo de retroalimentação 180, isto é, as unidades de posição do eixo do motor 174 são calculadas a partir da saída de posição pelo MTAE 264. The unidades de posição calculadas são então transmitidas para a unidade servo 126 sobre o barramento CAN 200 na etapa 302 e são armazenados no registro de retroalimentação 192 no mesmo. Também na etapa 302, os valores para a velocidade de rotação do eixo do motor 174 e as unidades de retroalimentação mais e menos para implementar a parada rígida eletrônica são transmitidos para a unidade servo 126 sobre o barramento CAN 200 e são armazenados no registro de velocidade 189, o registro de parada mais 190 e o registro de parada menos 191, respectivamente. Em seguida, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 306 na qual a rotina 290 determina se o conjunto comutador de derivação 12 é derivação desligada, isto é, são derivações entre, usando informação a partir do MTAE 264. Se o conjunto comutador de derivação 12 não for a derivação desligada, a rotina prossegue diretamente para a etapa 308. Se, entretanto, o conjunto comutador de derivação 12 for derivação desligada, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 310, em que o sistema de monitoramento 134 determina se o conjunto comutador de derivação 12 está antes do PONR, ou se está em ou adiante do PONR. Se o conjunto comutador de derivação 12 está antes do PONR, o sistema de monitoramento 134 envia uma instrução na etapa 312 sobre o barramento CAN 200 para a unidade servo 126 para controlar o servo motor 124 para mover o conjunto comutador de derivação 12 de volta para a derivação anterior. Se o conjunto comutador de derivação 12 está em ou após o PONR, o sistema de monitoramento 134 envia uma instrução na etapa 314 sobre o barramento CAN 200 para a unidade servo 126 para controlar o servo motor 124 para mover o conjunto comutador de derivação 12 para frente para a derivação a seguir. Após a etapa 312 ou a etapa 314, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 316, em que o sistema de monitoramento 134 apura a unidade servo 126 para determinar se o movimento do conjunto comutador de derivação 12 é completo. Se for esse o caso, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 308 na qual um sinal de permissão de NMS é transmitido para a unidade servo 126 via as entradas digitais sobre a interface de acionamento 202. Nesse ponto, o conjunto comutador de derivação 12 está na operação normal em modo remoto ligado ou em operação normal em modo local ligado, conforme seja o caso.

[00078] Se apenas a unidade servo 126 perde energia, o programa de boot não é iniciado e a rotina de restauração de energia se inicia na etapa 298.

[00079] Deve também ser observado que quando o sistema de monitoramento 134 está no modo manivela ou no modo desligado e então é movido ou para o modo local ou o modo remoto, o sistema de monitoramento 134 realiza as etapas 298 e após. Isso ocorre, independente de se houve falha de energia ou não.

[00080] Além de realizar a rotina de restauração de energia 290, o sistema de monitoramento 134 também realiza a rotina de monitoramento 320 que inspeciona cada operação de comutação de derivação. O sistema de monitoramento 134 usa o mapa de comutação de derivação 288 armazenado na memória 272, a posição do eixo de primeiro lado 232 a partir do MTAE 264 e informação a partir do sistema de monitoramento de VI 265 para realizar a rotina de monitoramento 320. Quando um comando para uma comutação de derivação é feito (por exemplo, um comando de levantar é emitido a partir da chave de baixar/levantar 152), o sistema de monitoramento 134, na etapa 322, primeiro determina se a comutação de derivação está iniciando a partir de uma posição de derivação válida. Se o conjunto comutador de derivação 12 é uma derivação desligada, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 323, em que o sistema de monitoramento 134 nega o sinal de permissão de NMS para a unidade servo 126 e então retorna para a rotina 290 e realiza a etapa 310 e as etapas após. Com a conclusão da etapa 308, o sistema de monitoramento 134 retorna para a rotina 320 e então permite que a comutação de derivação prossiga para abrir os comutadores de derivação (66 ou 68) em operação B. Se o conjunto comutador de derivação é determinado estar em derivação ligada na etapa 322, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga diretamente para abrir os comutadores de derivação (66 ou 68) em operação B. O sistema de monitoramento 134, na etapa 324, determina se os comutadores de derivação (66 ou 68) se abriram (como determinado a partir da posição do eixo de primeiro lado 232) dentro de um predeterminado período de tempo a partir do início da comutação de derivação. Se os comutadores de derivação tiverem sido abertos na hora certa, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 326, em que o sistema de monitoramento 134 determina se a corrente está fluindo através de todos os interruptores a vácuo 54. Se a corrente está fluindo através de todos os interruptores a vácuo 54, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga para abrir os contatos dos interruptores a vácuo 54 em operação C. O sistema de monitoramento 134, na etapa 328, determina se os contatos dos interruptores a vácuo 54 foram abertos (como determinado a partir da posição do eixo de primeiro lado 232) dentro de um predeterminado período de tempo a partir dos comutadores de derivação (66 ou 68) sendo abertos. Se os contatos dos interruptores a vácuo 54 tiverem sido abertos na hora certa, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 330 para determinar se nenhuma corrente está fluindo através de qualquer um dos interruptores a vácuo 54. Se os contatos dos interruptores a vácuo 54 tiverem sido abertos na hora certa e nenhuma corrente está fluindo através dos interruptores a vácuo 54, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação continue para mover o primeiro braço de contato 58 ou o segundo braço de contato 60 para a derivação a seguir e para fechar os contatos dos interruptores a vácuo 54. Na etapa 332, o sistema de monitoramento 134 determina se a corrente está fluindo através dos interruptores a vácuo 54 dentro de um predeterminado período de tempo a partir do fechamento dos contatos dos interruptores a vácuo 54 (como determinado a partir da posição do eixo de primeiro lado 232). Se a corrente está fluindo através dos interruptores a vácuo 54 dentro do predeterminado período de tempo a partir do fechamento dos contatos dos interruptores a vácuo 54, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação continue para fechar os comutadores de derivação (66 ou 68). Na etapa 334, o sistema de monitoramento 134 determina se os comutadores de derivação (66 ou 68) foram fechados (como determinado a partir de a posição do eixo de primeiro lado 232) dentro de um predeterminado período de tempo a partir do fechamento dos contatos dos interruptores a vácuo 54. Se os comutadores de derivação (66 ou 68) foram fechados na hora certa, o sistema de monitoramento 134 determina na etapa 336 que a comutação de derivação foi concluída com sucesso.

[00081] Se, durante a rotina de monitoramento anterior 320, qualquer uma das determinações for negativa, o sistema de monitoramento 134 irá primeiro ou parar a comutação de derivação e retornar para a derivação inicial ou completa a comutação de derivação, dependendo de onde a determinação negativa é, e então irá travar a unidade servo 126. Se a determinação for negative na etapa 332 ou após, o sistema de monitoramento 134 irá instruir a unidade servo 126 para completar a comutação de derivação na etapa 338 e então travar a unidade servo 126 na etapa 340. Se a determinação for negative na etapa 330 ou mais cedo, o sistema de monitoramento 134 irá instruir a unidade servo 126 para parar a comutação de derivação e vai de volta para a derivação inicial na etapa 344 e então travar a unidade servo 126 na etapa 346.

[00082] Após cada determinação na rotina de monitoramento 320, o sistema de monitoramento 134 faz uma entrada no caso log descrevendo o resultado da determinação. Par algumas das determinações negativas, o sistema de monitoramento 134 irá incluir na entrada a causa provável do problema. Por exemplo, se há uma determinação negativa na etapa 324, o sistema de monitoramento 134 irá incluir no caso na entrada de log que há uma falha no comutador de derivação.

[00083] Após uma comutação de derivação ter sido realizada com sucesso, o sistema de monitoramento 134 monitora a unidade servo 126 para garantir que a unidade servo 126 está mantendo o servo motor 124 no lugar de modo a manter a posição de derivação atual. Se o sistema de monitoramento 134 vê que a saída da unidade servo 126 se move dentro de uma predeterminada quantidade de desvio, o sistema de monitoramento 134 irá mover a saída da unidade servo 126 de volta. Se, entretanto, a saída de a unidade servo 126 se move além da predeterminada quantidade de desvio, o sistema de monitoramento 134 irá emitir um alarme e travar a unidade servo 126.

[00084] Em lugar da rotina de monitoramento 320, outras rotinas de monitoramento podem ser implementadas para inspecionar uma operação de comutação de derivação. Por exemplo, em outra modalidade, a rotina de monitoramento 420 pode ser implementada, como mostrado na figura 21. Quando um comando para uma comutação de derivação é feito (por exemplo, um comando de levantar é emitido a partir da chave de baixar/levantar 152), o sistema de monitoramento 134, na etapa 422, primeiro determina se a comutação de derivação está iniciando a partir de uma posição de derivação válida. Se o conjunto comutador de derivação 12 é uma derivação desligada, o sistema de monitoramento 134 prossegue para a etapa 423, em que o sistema de monitoramento 134 nega o sinal de permissão de NMS para a unidade servo 126 e então retorna para a rotina 290 e realiza etapa 310 e as etapas após. Com a conclusão de etapa 308, o sistema de monitoramento 134 retorna para a rotina 420 e então permite que a comutação de derivação prossiga para abrir os comutadores de derivação (66 ou 68). Se o conjunto comutador de derivação é determinado estar em derivação na etapa 422, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga diretamente para abrir os comutadores de derivação (66 ou 68) em operação B. Na etapa 424, o sistema de monitoramento 134 determina se a corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 por uma quantidade mínima de tempo no período entre as operações B e C. Se a corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 para a quantidade mínima de tempo, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga para abrir os contatos dos interruptores a vácuo 54 na operação C. Na etapa 426, o sistema de monitoramento 134 determina se nenhuma corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 no período entre as operações C e D. Se nenhuma corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga para abrir o primeiro braço de contato 58 ou o segundo braço de contato 60 em operação D, isto é, para mover o primeiro braço de contato 58 ou o segundo braço de contato 60 para fora das derivações de início (contatos estacionários de início 56) em uma comutação de derivação. Na etapa 428, o sistema de monitoramento 134 determina se no corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 no período entre as operações D e E. Se nenhuma corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga para fechar o primeiro braço de contato 58 ou o segundo braço de contato 60 em operação E, isto é, para mover o primeiro braço de contato 58 ou o segundo braço de contato 60 em engate com as derivações finais (contatos estacionários finais 56) em uma comutação de derivação. Na etapa 430, o sistema de monitoramento 134 determina se nenhuma corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 no período entre as operações E e F. se nenhuma corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga para fechar os contatos dos interruptores a vácuo 54 na operação F. Na etapa 432, o sistema de monitoramento 134 determina se corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 para a quantidade mínima de tempo no período entre as operações F e G. Se a corrente é detectada através de todos os interruptores a vácuo 54 para a quantidade mínima de tempo, o sistema de monitoramento 134 permite que a comutação de derivação prossiga para fechar os comutadores de derivação (66 ou 68) em operação G e complete a comutação de derivação em operação H. Na etapa 436, o sistema de monitoramento 134 determina se toda a comutação de derivação foi realizada dentro da necessária quantidade de tempo, que é um pouco menos do que 1 segundo para a segunda derivação 1 e um pouco menos do que 2 segundos para a segunda comutação de derivação 2. Se a comutação de derivação foi completada a tempo, o sistema de monitoramento 134 determina que a comutação de derivação foi completada com sucesso na etapa 438. Se a comutação de derivação não foi completada a tempo, o sistema de monitoramento 134 determina que há um problema e trava a unidade servo 126 na etapa 442.

[00085] Se, durante a rotina de monitoramento anterior 420, qualquer uma das determinações é negativa, o sistema de monitoramento 134 irá primeiro ou parar a comutação de derivação e vai de volta para a derivação inicial ou completa a comutação de derivação, dependendo de onde a determinação negativa é, e então irá travar a unidade servo 126. Se a determinação for negative na etapa 428 ou após, o sistema de monitoramento 134 irá instruir a unidade servo 126 para completar a comutação de derivação na etapa 440 e então travar a unidade servo 126 na etapa 442. Se a determinação for negative na etapa 426 ou mais cedo, o sistema de monitoramento 134 irá instruir a unidade servo 126 para parar a comutação de derivação e vai de volta para a derivação inicial na etapa 444 e então travar a unidade servo 126 na etapa 446.

[00086] Diferente da rotina de monitoramento 320, a rotina de monitoramento 420 não checa o tempo das operações durante o desempenho da comutação de derivação. A rotina 420 apenas checa o empo geral da comutação de derivação em sua conclusão na etapa 436. Deve ser observado que a rotina 420 pode ser modificada para adicionalmente incluir um ou mais checagens de tempo durante o desempenho da comutação de derivação. Por exemplo, uma determinação de tempo pode ser feita antes do PONR, tal como se os contatos dos interruptores a vácuo 54 abertos na operação C dentro de uma predeterminada quantidade de tempo para o início da comutação de derivação em operação A. Se os contatos dos interruptores a vácuo 54 não estiverem abertos dentro da predeterminada quantidade de tempo, o sistema de monitoramento 134 pode prosseguir para a etapa 444 e então travar a unidade servo 126 na etapa 446. Adicionalmente, ou alternativamente, a determinação de tempo pode ser feita após o PONR. Por exemplo, a determinação pode ser feita se os contatos dos interruptores a vácuo 54 forem fechados em operação F dentro de uma predeterminada quantidade de tempo do fechamento do primeiro braço de contato 58 ou do segundo braço de contato 60 em operação E. Se os contatos dos interruptores a vácuo 54 não estiverem fechados dentro da predeterminada quantidade de tempo, o sistema de monitoramento 134 pode prosseguir para a etapa 440 e então travar a unidade servo 126 na etapa 442.

[00087] Nas descrições anteriores das rotinas 320, 420, as referências ao sistema de monitoramento 134 permitindo a comutação de derivação para continuar após a determinação não devem ser construídas de modo a significar que o procedimento de comutação de derivação aguarda o sistema de monitoramento 134 para fazer a sua determinação antes do procedimento de comutação de derivação continuar. A comutação de derivação prossegue de modo contínuo e o sistema de monitoramento 134 faz as suas determinações dentro dos tempos deltas entre as várias operações. A comutação de derivação é parada apenas se um erro for detectado.

[00088] Além da rotina de monitoramento 320 ou 420, o sistema de monitoramento 134 realiza outras atividades de monitoramento, também. Por exemplo, a rotina de monitoramento 134 continuamente monitora a posição do eixo de primeiro lado 232 medida pelo MTAE 264 e a posição do eixo do motor 174 medida pelo dispositivo de retroalimentação 180. Se as duas medições não corresponderem (após a conversão), o sistema de monitoramento 134 irá gerar um alarme e travar a unidade servo 126 (após permitir que uma comutação de derivação continue ou move de volta para a derivação inicial, conforme seja o caso). O sistema de monitoramento 134 também monitora os três sinais a partir do sistema de monitoramento de VI 265 para garantir que o deslocamento dos pulsos entre os três sinais (quando a corrente está fluindo) corresponde à diferença de 120° entre as fases. Se os mesmos não corresponderem, o sistema de monitoramento 134 irá gerar um alarme. Além de gerar um alarme, o sistema de monitoramento 134 pode também travar a unidade servo 126, como descrito acima.

[00089] Outra operação realizada pelo sistema de monitoramento 134 é a operação de retorno ao neutro. A operação de retorno ao neutro pode ser realizada quando o sistema de monitoramento 134 está ou no modo local ou no modo remoto. Quando a referida operação é iniciada, o sistema de monitoramento 134 faz com que o servo motor 126 mova o conjunto comutador de derivação 12 para a posição neutra, independente de onde o conjunto comutador de derivação 12 esteja atualmente localizado. A operação de retorno ao neutro pode ser iniciada por um operador que aciona a chave de retorno ao neutro 150 na placa de oscilação 138, ou pela ativação de uma chave de retorno ao neutro localizado em uma localização remota, tal como uma sala de controle ou uma cabine de controle nas proximidades.

[00090] Uma operação adicional realizada pelo sistema de monitoramento 134 é uma operação de deslocamento, que pode apenas ser realizada quando o sistema de monitoramento 134 está no modo local. A operação de deslocamento é realizada em conjunto com a operação de abaixar/levantar, que será descrita primeiro. A operação de abaixar/levantar pode ser realizada em um modo contínuo (que é o default) ou em um modo de etapa por etapa. A operação de abaixar/levantar pode ser realizada usando a chave de baixar/levantar 152 na placa de oscilação 138 quando o sistema de monitoramento 134 está no modo local, ou a chave de baixar/levantar em uma localização remota quando o sistema de monitoramento 134 está no modo remoto. Quando a chave de baixar/levantar é acionada no modo contínuo, o conjunto comutador de derivação 12 continua a fazer as comutações de derivação (para abaixar ou levantar a tensão através do enrolamento principal 34, dependendo de se o interruptor for acionado para abaixar ou levantar) pelo tempo no qual o interruptor for mantido na posição acionada. Quando a chave de baixar/levantar é acionada no modo de etapa em etapa, o conjunto comutador de derivação 12 apenas faz uma comutação de derivação (para abaixar ou levantar a tensão através do enrolamento principal 34, dependendo de se o interruptor é acionado para abaixar ou levantar) independente de quanto tempo o interruptor é mantido na posição acionada. De modo a fazer outra comutação de derivação, o interruptor deve ser movido para o seu estado desligado e então acionado de novo para elevar ou abaixar. A operação de deslocamento é iniciada por um operador primeiro acionando o botão de deslocamento no HMI 146 e então acionando a chave de baixar/levantar 152 na placa de oscilação 138. Quando a operação de deslocamento é iniciada, o sistema de monitoramento 134 faz com que a unidade servo 126 mova o servo motor 124 em um coeficiente muito mais lento do que quando uma operação normal de levantar/abaixar é realizada. Por comparação, a velocidade do eixo do motor 174 durante a segunda comutação de derivação 1 é 1300 RPM e durante a segunda comutação de derivação 2 é 650 RPM. Durante a operação de deslocamento, a velocidade do eixo do motor 174 é cerca de 150 RPM. Assim, a velocidade do eixo do motor 174 durante a operação de deslocamento é cerca de 8,6 vezes mais lenta do que a segunda comutação de derivação 1.

[00091] Ainda outra operação realizada pelo sistema de monitoramento 134 é uma operação de relação de espiras do transformador (TTR). A operação de TTR pode ser realizada quando o sistema de monitoramento 134 está ou no modo local ou no modo remoto. Quando a operação de TTR é iniciada, o sistema de monitoramento 134 faz com que o servo motor 126 mova o conjunto comutador de derivação 12 através da predeterminada sequência de comutações de derivação par fins de testes. A predeterminada sequência pode ser a partir de neutro para 16R, e então de volta para neutro e então 1-16L, ou apenas a partir de neutro para 16R, ou apenas a partir de neutro para 16L, ou alguma outra sequência. Como na operação de deslocamento, a operação de TTR é realizada em conjunto com a operação de abaixar/levantar. Mais especificamente, uma tecla de TTR no HMI 146 ou uma tecla de TTR em uma localização remota é primeiro acionada. Então a chave de baixar/levantar 152 na placa de oscilação 138 ou uma chave remota de baixar/levantar é acionada. Independente de se a chave de baixar/levantar é acionada para baixar ou levantar, o sistema de monitoramento 134 faz com que o servo motor 126 mova o conjunto comutador de derivação 12 através da predeterminada sequência de comutações de derivação.

[00092] Deve ser entendido que a descrição da(s) modalidade(s) exemplificativa(s) anterior(es) é (são) pretendida(s) para ser(em) apenas ilustrativa(s), em vez de exaustiva(s), da presente invenção. Aqueles versados na técnica serão capazes de realizar determinadas adições, deleções, e/ou modificações à(s) modalidade(s) do objetivo descrito sem se desviar do espírito da presente invenção ou de seu âmbito, conforme definido nas reivindicações em anexo.

Claims

Comutador de derivação em carga (10) para comutar derivações em um enrolamento de um transformador, o comutador de derivação (10) compreendendo:
um módulo de comutador de derivação (12) conectado ao enrolamento do transformador e compreendendo um conjunto interruptor de desvio (50), um conjunto interruptor a vácuo (52) e um conjunto de chave seletora (48);
um servo motor (124) compreendendo:
um eixo do motor (174) conectado ao módulo de comutador de derivação (12) e operável, com rotação, para fazer com que o módulo de comutador de derivação (12) realize uma sequência de operações que efetua uma comutação de derivação;
um dispositivo de retroalimentação (180) operável para gerar um sinal de retroalimentação contendo informação relativa à posição do eixo do motor (174); e
uma unidade servo (126) conectada ao servo motor (124) para receber o sinal de retroalimentação, a unidade servo (126) usando o sinal de retroalimentação para determinar e armazenar o deslocamento angular total do eixo do motor (174), a unidade servo (126) usando o sinal de retroalimentação e o deslocamento angular total do eixo do motor (174) para controlar a operação do servo motor (124),
caracterizado pelo fato de que o dispositivo de retroalimentação (180) é um codificador absoluto de múltiplos giros.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade servo (126) armazena um deslocamento angular máximo e em que a unidade servo (126) automaticamente interrompe a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) alcança o deslocamento angular máximo.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o deslocamento angular máximo é um primeiro deslocamento angular máximo e é para uma primeira direção de rotação do eixo do motor (174);
em que a unidade servo (126) armazena um segundo deslocamento angular máximo for uma segunda direção de rotação do eixo do motor (174);
em que a unidade servo (126) automaticamente interrompe a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) na primeira direção alcança o primeiro deslocamento angular máximo; e
em que a unidade servo (126) automaticamente interrompe a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) em uma segunda direção alcança o segundo deslocamento angular máximo.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o enrolamento do transformador é um enrolamento regular (32) conectado a um enrolamento principal (34) por uma chave comutadora (36) que permite que a tensão através do enrolamento regular (32) seja adicionada ou subtraída a partir da tensão através do enrolamento principal (34) para gerar uma tensão total através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34).
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a rotação do eixo do motor (174) na primeira direção move a chave comutadora (36) para uma posição de elevação que ocasiona a subsequente rotação do eixo do motor (174) na primeira direção para efetuar comutações de derivação que elevam a tensão total através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34), enquanto que a rotação do eixo do motor (174) na segunda direção move a chave comutadora (36) para uma posição mais baixa que ocasiona a subsequente rotação do eixo do motor (174) na segunda direção para efetuar comutações de derivação que reduzem a tensão total através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34).
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o conjunto de chave seletora (48) compreende um par de chaves seletoras e uma pluralidade de contatos fixos (56) conectados às derivações do enrolamento regular (32), os contatos fixos (56) sendo arranjados em um círculo e incluindo um contato neutro (N), um contato de elevação máxima (16R) e um contato de redução máxima (16L), as chaves seletoras cada uma sendo capaz de girar em torno de um eixo central do círculo de modo a se mover em engate com os diferentes contatos fixos (56);
em que após a rotação do eixo do motor (174) na primeira direção mover a chave comutadora (36) para a posição de elevação, a subsequente rotação do eixo do motor (174) na primeira direção faz com que as chaves seletoras girem em uma primeira direção de comutação a partir de engate com o contato neutro (N) fixo para engatar com o outro dos contatos fixos (56), desse modo realizando comutações de derivação que elevam a tensão total através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34); e
em que após a rotação do eixo do motor (174) na segunda direção mover a chave comutadora (36) para a posição mais baixa, a subsequente rotação do eixo do motor (174) na segunda direção faz com que as chaves seletoras girem em uma segunda direção de comutação a partir de engate com o contato neutro (N) fixo para engatar com o outro dos contatos fixos (56), desse modo realizando comutações de derivação que reduzem a tensão total através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34).
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que quando as chaves seletoras são engatadas com o contato de elevação máxima (16R) após girar na primeira direção de comutação, o enrolamento regular (32) está adicionando uma quantidade máxima de tensão à tensão através do enrolamento principal (34);
em que quando as chaves seletoras são engatadas com o contato de redução máxima (16L) após girar na segunda direção de comutação, o enrolamento regular (32) correspondente está subtraindo uma quantidade máxima de tensão a partir da tensão através do enrolamento principal (34);
em que quando a unidade servo (126) para a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) na primeira direção alcança o primeiro deslocamento angular máximo, a unidade servo (126) evita que as chaves seletoras sejam movidas substancialmente além do contato de elevação máxima (16R) na primeira direção de comutação; e
em que quando a unidade servo (126) para a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) na segunda direção alcança o segundo deslocamento angular máximo, a unidade servo (126) evita que as chaves seletoras sejam movidas substancialmente além do contato de redução máxima (16L) na segunda direção de comutação.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender:
um eixo de transmissão (122) conectando o eixo do motor (174) ao módulo de comutador de derivação (12);
uma engrenagem de manivela manual (214) fixada ao eixo de transmissão (122);
um dispositivo de manivela (216) engatado com a engrenagem de manivela manual (214), o dispositivo de manivela tendo um soquete (142) com um conector (222) disposto no mesmo, o conector (222) sendo adaptado para engatar uma extremidade de uma haste de manivela;
em que a rotação do conector (222) faz com que o dispositivo de manivela gire a engrenagem de manivela manual (214) e, assim, o eixo de transmissão (122);
um interruptor (140) montado próximo ao dispositivo de manivela (216), o interruptor (140) sendo conectado à unidade servo (126) e tendo uma haste de interruptor (223) que é móvel entre pelo menos uma primeira posição, em que a haste de interruptor (223) faz com que o interruptor (140) desconecte a energia à unidade servo (126), e uma segunda posição em que a haste de interruptor (223) faz com que o interruptor (140) conecte a energia à unidade servo (126); e
uma estrutura de bloqueio (224) conectada à haste de interruptor (223) de modo a ser móvel com a mesma, a estrutura de bloqueio (224) bloqueando o acesso ao soquete (142) quando a haste de interruptor (223) está na segunda posição e permitindo acesso ao soquete (142) quando a haste de interruptor (223) está na primeira posição.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender:
um eixo de transmissão (122) conectando o eixo do motor (174) ao módulo de comutador de derivação (12);
uma primeira estrutura de bloqueio (218) conectada ao eixo de transmissão (122) de modo a girar com a mesma;
uma primeira engrenagem (238) conectada ao eixo de transmissão (122) de modo a girar quando o eixo de transmissão (122) gira;
uma segunda estrutura de bloqueio (260) móvel entre uma posição engatada, em que a segunda estrutura de bloqueio (260) está em uma posição onde a mesma pode ser contatada pela primeira estrutura de bloqueio (218), e a posição desengatada, em que a segunda estrutura de bloqueio (260) não pode ser contatada pela primeira estrutura de bloqueio (218);
um acionador de batente rígido (248, 256, 250, 254) conectado à primeira engrenagem (238) e a segunda estrutura de bloqueio (260), o acionador de batente rígido (248, 256, 250, 254) sendo operável para mover a segunda estrutura de bloqueio (260) a partir da posição desengatada para a posição engatada após o eixo de transmissão (122) girar uma predeterminada quantidade; e
em que a rotação continuada do eixo de transmissão (122) após a predeterminada quantidade faz com que a primeira estrutura de bloqueio (218) entre em contato com a segunda estrutura de bloqueio (260), desse modo evitando a rotação adicional do eixo de transmissão (122).
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o acionador de batente rígido (248, 256, 250, 254) compreende:
um came (248) fixado à primeira engrenagem (238) de modo a girar com a mesma, o came (248) definindo uma ranhura sem fim (250) tendo uma porção radialmente interna e uma porção radialmente externa;
um braço (256) tendo uma primeira porção de extremidade pivotavelmente montada a um suporte e a segunda porção de extremidade fixada à segunda estrutura de bloqueio (260), o braço (256) sendo pivotável para mover segunda estrutura de bloqueio (260) entre as posições desengatada e engatada;
um seguidor de came (254) fixado ao braço e disposto na ranhura sem fim (250) do came (248); e
em que o movimento relativo do seguidor de came (254) entre as porções radialmente interna e externa da ranhura sem fim (250) faz com que o braço (256) mova a segunda estrutura de bloqueio (260) entre posições engatada e desengatada.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o enrolamento do transformador é um enrolamento regular (32) conectado a um enrolamento principal (34) pela chave comutadora (36) que permite que a tensão através do enrolamento regular (32) seja adicionada ou subtraída a partir da tensão através do enrolamento principal (34) para gerar a tensão total através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34);
em que as primeira e segunda estruturas de bloqueio (218, 260) entram em contato uma com a outra após um predeterminado número de comutações de derivação ter sido realizado para adicionar tensão através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34); e
em que as primeira e segunda estruturas de bloqueio (218, 260) entram em contato uma com a outra após um predeterminado número de comutações de derivação ter sido realizado para subtrair tensão através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34).
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a unidade servo (126) armazena um primeiro deslocamento angular máximo e um segundo deslocamento angular máximo;
em que a unidade servo (126) automaticamente interrompe a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) em uma primeira direção alcança o primeiro deslocamento angular máximo;
em que a unidade servo (126) automaticamente interrompe a rotação do eixo do motor (174) quando o deslocamento angular total do eixo do motor (174) em uma segunda direção alcança o segundo deslocamento angular máximo;
em que o deslocamento angular total do eixo do motor (174) na primeira direção alcança o primeiro deslocamento angular máximo após o predeterminado número de comutações de derivação ter sido realizado para adicionar tensão através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34);
em que o deslocamento angular total do eixo do motor (174) na segunda direção alcança o segundo deslocamento angular máximo após o predeterminado número de comutações de derivação ter sido realizado para subtrair tensão através do enrolamento regular (32) e do enrolamento principal (34); e
em que o deslocamento angular total do eixo do motor (174) na primeira direção alcança o primeiro deslocamento angular máximo antes das primeira e segunda estruturas de bloqueio (218, 260) entrarem em contato uma com a outra.
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade servo (126) armazena uma velocidade de rotação do eixo do motor (174) que é necessária para realizar uma comutação de derivação dentro de um predeterminado período de tempo; e
em que o predeterminado período de tempo pode ser mudado por um usuário através de uma interface homem máquina conectada à unidade servo (126).
Comutador de derivação em carga (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender um sistema de retroalimentação (188) operável para determinar o deslocamento angular total do eixo do motor (174);
em que o sistema de retroalimentação (188) transmite o deslocamento angular total do eixo do motor (174) à unidade servo (126) no caso do valor do deslocamento angular total do eixo do motor (174) armazenado na unidade servo (126) ser perdido; e
em que o dispositivo de retroalimentação (180) é um resolvedor e em que o sistema de retroalimentação (188) compreende um codificador absoluto de múltiplos giros.