BR112016002976B1

BR112016002976B1 - Interruptor geral eletrônico e controlado à distância e uso de um interruptor geral

Info

Publication number: BR112016002976B1
Application number: BR112016002976-3A
Authority: BR
Inventors: Eric MOESKOPS
Original assignee: Cmi Defence S.A
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2021-11-23
Also published as: DK3033821T3; CA2920318C; PT3033821T; ES2633823T3; CN105594095A; CN105594095B; US9793757B2; CA2920318A1; EP3033821B1; EP3033821A1; US20160181866A1; WO2015022329A1; PL3033821T3; BR112016002976A2; BE1022018B1

Abstract

interruptor geral eletrônico e controlado à distância e uso de um interruptor geral. a presente invenção tem por objeto um interruptor geral eletrônico e de controle remoto, em pelo menos um sistema de abastecimento de energia elétrica de corrente contínua, para assegurar uma função de comutação e uma função de controle da corrente e do tensão da alimentação, que é composto por um módulo eletrônico que compreende: - um controlador ou processador (4) ligado, por um lado, ao circuito de comutação (2) e ao circuito de medição (1), sendo a ligação entre o controlador (4) e o circuito de medição (1) uma ligação bidirecional, estando o controlador (4) configurado de tal modo que, quando recebe uma medição de voltagem e de corrente do circuito de medição (1), é capaz, respetivamente, de verificar se a voltagem de entrada está num intervalo pré-determinado e de dar instruções de interrupção da corrente por meio do circuito de comutação (2), durante um certo tempo, em função do valor da referida medição de corrente e estando o controlador ligado, por outro lado, à interface de comunicação (3), sendo a ligação entre a interface de comunicação (3) ligada à linha de alimentação de comunicações (8) e o controlador (4) uma ligação bidirecional, de tal modo que o controlador (4) possa ser programado remotamente; - um barramento de endereçamento (5) ao qual o controlador (4) também está ligado, tornando possível selecionar, entre vários sistemas, um sistema de alimentação particular ligado ao interruptor geral.

Description

Objeto da invenção

[0001] A presente invenção está relacionada com o domínio técnico dos sistemas de controle das potências de alimentações elétricas em veículos blindados.

[0002] O sistema de acordo com a presente invenção, contudo, é suscetível de ser aplicado a qualquer sistema de alimentação elétrica de corrente contínua (CC) ou a qualquer aplicação elétrica industrial que utilize este tipo de alimentação, em qualquer sítio em que se pretenda proteger sistemas elétricos e/ou eletrônico ou de cabeamento.

Antecedentes tecnológicos e estado da técnica

[0003] É reconhecido que existe uma necessidade acrescida de proteção dos sistemas elétricos e eletrônico presentes na torreta de um veículo blindado. Com efeito, neste tipo de sistemas, estabelecem-se correntes durante micro-segundos, enquanto os dispositivos de proteção, tal como os fusíveis, disjuntores e/ou relés eletromecânicos só servem para tempos de reação no domínio dos milisegundos.

[0004] Atualmente, utiliza-se uma distribuição de potência. Neste quadro, os sistemas mais aperfeiçoados, a saber, por exemplo, os interruptores magnetotérmicos ou uma combinação destes com fusíveis, são mais lentos à reação porque provocam uma resposta variável da corrente em função do tempo de reação pretendido.

[0005] Os interruptores magnetotérmicos apresentam uma curva de tempo de disparo/sobre-intensidade que é uma característica intrínseca não programável do componente. É-se então obrigado a fixar um valor máximo admissível de corrente média, ao longo do tempo, o sistema fica protegido apenas se a corrente real instantânea ultrapassar este valor máximo. Como é preciso ter em conta picos de falhas, este valor deve, em geral, ser bastante elevado (por exemplo, algumas dezenas de amperes). Em seguida é-se obrigado a sobre-dimensionar a cabeamento (cabeamento mais robusta, diâmetro maior), o que implica mais peso e rigidez para a cabeamento e por isso é desvantajoso para a instalação, por exemplo, numa torreta de um veículo blindado.

[0006] A solução para evitar uma corrente variável, em função do tempo, consiste em abandonar os sistemas de proteção com interruptores eletromecânicos e recorrer a uma proteção eletrónica sem interruptor mecânico.

[0007] Conhecem-se interruptores eletrônico no estado da técnica, mas estes interruptores não medem a corrente que os atravessa.

[0008] O documento US 2013/113451 divulga um circuito de conversão de potência que compreende um circuito para estimar a tensão, um circuito para estimar a corrente e um circuito de regulação da largura de impulsão. O circuito para estimar a tensão está configurado para receber uma tensão de entrada de um indutor do circuito de conversão de potência e gerar uma estimativa de uma tensão de saída do circuito de potência, com base da referida tensão. O circuito para estimar a corrente está configurado para receber uma corrente correspondente a um interruptor ligado em série ao indutor e gerar uma estimativa da corrente de saída do circuito de conversão de potência, com base na referida corrente. O circuito de regulação, em largura de impulso, está configurado para produzir um sinal modulado em largura de impulso com base na estimativa da tensão de saída e na estimativa da corrente de saída.

[0009] O documento WO 2008/057386 divulga um sistema de gestão e de vigilância à distância da potência, para o comando de um aparelho elétrico alimentado por um bloco de alimentação. O sistema pode compreender uma caixa de disjuntores estruturados para controlar e gerar a potência no aparelho elétrico, por intermédio de um barramento de dados centralizado e de um barramento de potência centralizado. A caixa de disjuntores pode comportar pelo menos um corta-circuitos, eletrônico, no estado sólido, acionado à distância (CCE) que vigia e gere a alimentação do aparelho elétrico e um interruptor ligado ao CCE e capaz de controlar à distância o CCE. O sistema pode também compreender um mostrador e um controlador que pode vigiar à distância e controlar o aparelho elétrico, acionando à distância o CCE.

[0010] O documento US 2006/0049694 divulga um sistema de controle de carga num sistema de alimentação elétrica, no qual estão previstos um ou vários dispositivos de controle de carga, para comandar a potência fornecida ao equipamento elétrico. Uma autoridade de gestão à distância da rede, tal como uma empresa de eletricidade, um organismo governamental ou uma sociedade de transporte de eletricidade envia ou um vários comandos aos dispositivos de controle de carga, para ajustar a carga no sistema de alimentação elétrica.

[0011] Numa modalidade de realização, a referida autoridade envia comandos de paragem. Numa modalidade de realização, a autoridade envia comandes que impõem que o dispositivo de alimentação elétrica funcione em modo de baixa potência.

[0012] Numa modalidade de realização, os comandos estão limitados no tempo, permitindo assim ao sistema de alimentação elétrica retomar o funcionamento normal após um período de tempo determinado.

[0013] Num modo de realização, os comandos compreendem recursos para levar o dispositivo de controle a assinalar características de funcionamento (por exemplo, o rendimento, o tempo de funcionamento, etc.), de retorno à referida autoridade.

[0014] Esta aplicação diz respeito ao fornecimento de corrente alterna pela rede de eletricidade para aplicações de potência no domínio residencial ou industrial e utiliza dispositivos de cortes eletromecânicos.

[0015] O documento US 2009/0225483 divulga um dispositivo corta-circuito elétrico que protege um circuito elétrico contra sobrecargas. Um primeiro dispositivo de disparo do corta-circuito programável à distância recebe um comando externo com um limite de corrente programável, deteta um nível de corrente no circuito elétrico e pode provocar um corte no circuito elétrico, em função do nível da corrente detetada em relação com uma primeira duração de corrente associada com o limite de corrente programável memorizado. Um segundo dispositivo de disparo do corta-circuito é agenciado para provocar um corte no circuito elétrico de acordo com uma segunda duração de corrente diferente, por exemplo, mais curta, da primeira duração, se um corrente circulante no circuito elétrico ultrapassa uma corrente nominal pré-determinada numa duração superior à segunda duração da corrente. Esta tecnologia, destinada igualmente a uma utilização na rede de distribuição elétrica, faz intervir vários níveis de disparo, mas é de reação lenta, tendo em vista a utilização de corta- circuitos magneto-térmicos.

Finalidades da invenção

[0016] A presente invenção tem por objeto propor uma solução que permita ultrapassar os inconvenientes dos sistemas de proteção com interruptores electromecânicos e/ou fusíveis.

[0017] A presente invenção também tem por objeto a utilização de um sistema de proteção que permite alterar as proteções de corrente em função do tempo, para ajustar a proteção, o mais próximo possível do consumo real do interruptor.

[0018] A presente invenção também tem por objeto melhorar a velocidade e a precisão de corte da corrente em caso de sobrecarga ou curto-circuito.Principais elementos característicos da presente invenção

[0019] Um primeiro aspeto da presente invenção diz respeito a um interruptor geral eletrônico e ao controle à distância em pelo menos um sistema elétrico de alimentação de potência contínua, para assegura uma função de comutação e uma função de controle da corrente e da tensão de alimentação, composto por um módulo eletrônico que compreende: - uma entrada de potência; - uma saída de potência;- um circuito de comutação ou um corta-circuito eletrônico, ligado à entrada de potência;- um circuito de medição provido com um sensor de corrente sem contato e de um sensor de tensão, estando o referido circuito de medição ligado em série entre o circuito de comutação e a saída de potência;- uma interface de comunicação ligada a um barramento bidirecional de comunicação;- um controlador ou um processador ligado, por um lado, ao circuito de comutação e ao circuito de medição, estando o controlador configurado para que, quando recebe uma medição de tensão e de corrente do circuito de medição, esteja apto, respetivamente, a verificar se a tensão de entrada se encontra no intervalo pré-determinado e apto para comandar um corte de corrente pelo circuito de comutação durante um certo período de tempo, em função do valor da referida medição de corrente e ligado, por outro lado, à interface de comunicação, sendo bidirecional a ligação entre a interface de comunicação ligada ao barramento de comunicação e o controlador, de tal maneira que o controlador possa ser programado à distância;- um barramento de endereçamento ao qual também está ligado, permitindo selecionar, entre vários, um sistema de alimentação particular ligado ao interruptor geral,sendo o referido interruptor caracterizado pelo fato de a ligação entre o controlador 4 e o circuito de medição 1 bidirecional e pelo fato de o circuito de medição 1 compreender uma bobina suplementar que permite ao controlador 4 injetar um sinal de ensaio detetável pelo sensor de corrente e permitindo verificar o bom funcionamento do sensor em cada disparo do sistema e/ou determinar a precisão do sensor.

[0020] De acordo com as modalidades de realização preferidas da presente invenção, o interruptor geral citado antes comporta ainda uma ou uma combinação apropriada das seguintes características:- o controlador contém um micro-código específico apto a gerir dinamicamente os parâmetros de funcionamento programáveis/ configuráveis e ajustáveis/calibráveis, quer dizer, antes e durante o funcionamento, numa gama de valores pré-determinada; - Os parâmetros de funcionamento programáveis/ configuráveis e ajustáveis/calibráveis, numa gama de valores pré- determinada, compreendem, respetivamente, vários limites de sobre-intensidade e de durações de corte, correspondentes a esses diferentes limites, assim como uma gama de tensão de saída do interruptor e a precisão do sensor de corrente;- o circuito de medição de corrente comporta ainda meios que cooperam com o controlador para ensaiar e auto-calibrar o sensor de corrente, sem contato;- os referidos meios cooperam com o controlador para ensaiar e auto-calibrar o sensor de corrente, sem contato, estão aptos a entrar em funcionamento cada vez que se põe sob tensão o sistema de alimentação;- o circuito de medição compreende pelo menos dois comparadores ligados em paralelo no sensor de corrente, cada um deles associado a um valor limite de sobre-intensidade (I1, I2, I0v,...) à guisa de entrada de referência dos comparadores respetivos e cuja saída é explorada pelo controlador para comandar o corte de corrente pelo interruptor, durante um certo período de tempo, se o valor da referida medição de corrente for superior a pelo menos um dos valores limites;- o barramento de comunicação é um barramento em série multiplexado, de preferência do tipo CAN, com uma velocidade que vai até 10 Mbits/s;- o circuito de comutação ou o corta-circuito eletrônico é do tipo transistorizado.

[0021] Um segundo aspeto da presente invenção tem por objeto a utilização do interruptor geral descrito antes para proteger uma aplicação elétrica e/ou sistemas de cabeamento, face a sobrecargas ou a sobre-intensidades.

Breve descrição das figuras

[0022] A figura 1 representa o esquema de princípio do dispositivo de comutação e de proteção de sistemas elétricos de acordo com a presente invenção; e

[0023] A figura 2 representa um exemplo de funcionamento dapresente invenção com diferentes valores limites de sobre- intensidade, programados no sistema de proteção.

Descrição das modalidades preferidas de realização da presente invenção

[0024] O dispositivo de proteção, de acordo com a presente invenção, deve ter as seguintes características:- utilização de transístores eletrônico, quer dizer, de peças estáticas, não necessitando de movimento para fazer passar a corrente;- utilização de um controle por barramento "bus” de comunicação;- utilização de uma medição de corrente sem contato para evitar ou minimizar as perdas de energia;- utilização de um sistema de autocalibrarão devido ao fato de a medição da corrente ser feita sem contato: a cada disparo, o sistema calibra-se a si próprio;- utilização de parâmetros de funcionamento programáveis.

[0025] Segundo uma modalidade de execução preferida da presente invenção, o sistema proposto tem por base um processador (controlador lógico) com ligações, respetivamente, a:- um sensor para a medição da corrente;- um sistema de interruptores com transístores para deixar passar a corrente ou parar a corrente;- uma via de comunicação bidirecional de grande velocidade para comunicar os parâmetros de funcionamento, por exemplo, um barramento em série multiplexado do tipo CAN (da expressão controller area network), atualmente disponível até 10 Mbits/s; - um meio de seleção para poder endereçar vários módulos de alimentação para o mesmo barramento.

[0026] A figura 1 representa, esquematicamente, uma forma de realização do sistema de comutação e de proteção elétrica, de acordo com a presente invenção.

[0027] O circuito «sensor» (sensor 1) compreende, ao mesmo tempo, um sensor analógico que mede a corrente sem contato, por exemplo do tipo com efeito de Hall e os elementos necessários para calibrar e testar o funcionamento do sensor. O circuito re-envia as informações adquiridas para o controlador (controlador 4) que decide em que momento e durante quanto tempo deve cortar a corrente e envia o comando correspondente para o interruptor ou o dispositivo de corte (switching 2). É vantajoso efetuar uma medição da corrente sem contato para minimizar as perdas de energia no sistema. O circuito sensor 1 compreende igualmente um sensor de tensão (não representado).

[0028] A utilização de um sistema de barramento do tipo CAN é particularmente vantajosa graças à sua grande rapidez, pelo fato de não se servir duma calculadora exterior.

[0029] O interruptor 2 corta ou deixa passar a corrente.

[0030] O endereçamento 5 apresenta entradas que permitem diferenciar os diferentes módulos de alimentação por meio de uma instrução dada no arranque. O dispositivo da presente invenção permite assim uma aplicação modular. Contrariamente às aplicações do estado da técnica, com interruptores magneto- térmicos ou, de uma maneira geral, não transistorizados, em que se deve escolher um interruptor específico para proteger cada dispositivo de potência tal como um forno, uma bomba, um motor, etc. (ver, por exemplo, a patente norte-americana 2006/0049694), o mesmo dispositivo de proteção pode então ser utilizado e programado para cada alimentação particular.

[0031] O controlador (controlador 4) contém um microcódigo específico que gere os parâmetros de funcionamento.

[0032] Um exemplo de utilização do dispositivo de proteção, de acordo com a presente invenção, é dado em seguida, com referência à figura 2. Nesta figura, definiram-se valores máximos de sobreintensidade admissíveis no sistema: I1 é a corrente de falha máxima admissível (falha direta), I2 representa a corrente média de falha admissível, em relação à corrente nominal e Iov é a sobreintensidade máxima, admissível temporariamente. A duração do corte para a sobreintensidade de valor máximo I1 é de t1, sendo tx e ty exemplos de duração de sobreintensidades temporárias autorizadas e sendo tov a duração máxima admissível da sobreintensidade temporária Iov (tx, ty, ... < tov). A zona de proteção (I, t) está representada a ponteado. O dispositivo de proteção da presente invenção pode ser parametrizado com valores para I1 (por exemplo 120 A), I2 (por exemplo 15 A), Iov, ti, t0v. O dispositivo, de acordo com a presente invenção, permite assim assegurar uma proteção, seguindo de muito próximo o consumo real do interruptor. Contudo, no estado da técnica, não é possível este ajustamento fino, tal como se discutiu antes.

[0033] A tomada em conta, pelo sistema, de vários níveis de limiares de sobreintensidade, como no exemplo anterior, pode ser realizada da maneira que se segue, sempre de acordo com a presente invenção. O sinal analógico fornecido pelo sensor de corrente entra em pelo menos dois comparadores em paralelo (não representados), tendo cada comparador, como valor de referência, um dos valores de sobreintensidade mencionados antes (I1, I2, Iov,...). As saídas dos comparadores estão ligadas ao controlador 4 que contém a sequência de instruções a efetuar, no caso de ser ultrapassado um dos limites (I1, I2, Iov,...).

[0034] Além disso, o sensor de corrente utilizado é do tipo analógico e a sua precisão vai variar com o tempo ou com a temperatura. O circuito sensor 1 contém desde logo um enrolamento suplementar (não representado) que permite ao controlador 4 injetar um sinal de teste que vai ser detetado pelo sensor de corrente e que permitirá verificar o bom funcionamento do sensor a cada disparo do sistema ou determinar a precisão do sensor (calibração).

[0035] A presente invenção apresenta as seguintes vantagens:- trata-se de um corta-circuito com parâmetros programáveis e ajustáveis, que permite reduzir os riscos ao máximo e oferece assim uma melhor proteção para o sistema elétrico/eletrônico e, em particular, para a cabeamento;- trata-se de um sistema estático que não tem nenhum movimento, nem vibrações, que confere a capacidade de trabalhar em qualquer ambiente;- os parâmetros são programáveis/configuráveis e ajustáveis/calibráveis dinamicamente, quer dizer, não só antes da utilização, mas também durante a utilização (um único modelo para toda uma gama).- uma flexibilidade do componente em relação às utilizações, em termos de gama de corrente;- uma rapidez de execução muito mais importante (estando a amostragem digital no domínio dos micro-segundos) que a do sistema magneto-térmico (reação na gama dos milissegundos) que, em combinação com o ajustamento do nível de corrente, permite reduzir ao máximo o diâmetro ou a secção dos cabos, assim como o dimensionamento dos conectores;- uma robustez e uma precisão de medição, em relação aos componentes clássicos, muito mais fiável.

[0036] O inconveniente é um maior consumo que um fusível e um interruptor separado (mas o valor é ínfimo).Lista dos símbolos de referência1 sensor2 comutação3 comunicação4 controlador5 endereçamento6 ligação da corrente7 desligação da corrente8 barramento em série multiplexado (bus CAN).

Claims

1. Interruptor geral eletrônico e controlado à distância, em pelo menos um sistema de alimentação elétrica, de potência contínua, para assegurar uma função de comutação e uma função de controle da corrente e da tensão de alimentação, composto por um módulo eletrônico que compreende:- uma entrada de potência (6);- uma saída de potência (7);- um circuito de comutação ou um corta-circuito eletrônico (2), ligado à entrada de potência (6);- um circuito de medição (1) provido com um sensor de corrente sem contato e um sensor de tensão, estando o referido circuito de medição ligado em série entre o circuito de comutação (2) e a saída de potência (7);- uma interface de comunicação (3) ligada a um barramento bidirecional de comunicação (8);- um controlador ou processador (4) ligado, por um lado, ao circuito de comutação (2) e ao circuito de medição (1), estando o controlador (4) configurado para que, quando recebe uma medição de tensão e de corrente do circuito de medição (1), esteja apto, respetivamente, a verificar se a tensão de entrada se encontra num intervalo pré-determinado e esteja apto para comandar um corte de corrente pelo circuito de comutação (2), durante um certo período de tempo, em função do valor da referida medição de corrente e ligado, por outro lado, à interface de comunicação (3) sendo a ligação entre a interface de comunicação (3), ligada ao barramento de comunicação (8) e ao controlador (4) uma ligação bidirecional, de tal maneira que o controlador (4) possa ser programado à distância;- um barramento de endereçamento (5) ao qual está igualmente ligado o controlador (4), permitindo selecionar, entre outros, um sistema de alimentação particular ligado ao interruptor geral, sendo o referido interruptor, caracterizado pelo fato de a ligação entre o controlador (4) e o circuito de medição (1) ser bidirecional e pelo fato de o circuito de medição (1) compreender uma bobina suplementar que permite ao controlador (4) injetar um sinal de ensaio detetável pelo sensor de corrente e permitindo verificar o bom funcionamento do sensor em cada disparo do sistema e/ou determinar a precisão do sensor.

2. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o controlador (4) conter um micro- código específico, apto a gerir os parâmetros de funcionamento programáveis/configuráveis e ajustáveis/calibráveisdinamicamente, ou seja, antes e durante o funcionamento, numa faixa de valores pré-determinada.

3. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de os parâmetros programáveis/ configuráveis e ajustáveis/calibráveis, numa faixa de valores pré-determinada, compreenderem, respetivamente, vários limites de sobre-intensidade e de durações do corte, correspondentes a esses diferentes limites, assim como uma faixa de tensões de saída do interruptor e a precisão do sensor de corrente.

4. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o circuito de medição (1) compreender ainda meios que cooperam com o controlador (4) para testar e auto-calibrar o sensor de corrente, sem contato.

5. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de os referidos meios que cooperam com o controlador (4), para testar e auto-calibrar o sensor de corrente sem contato, estarem aptos a entrar em funcionamento cada vez que se energiza o sistema de alimentação de potência.

6. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o circuito de medição (1) compreender pelo menos dois comparadores ligados em paralelo ao sensor de corrente, cada um deles associado a um valor limite de sobre- intensidade (I1, I2, I0v, ...) como uma entrada de referência dos respetivos comparadores e cuja saída é utilizada pelo controlador (4) para comandar o corte de corrente por meio do interruptor (2), durante um certo período de tempo, se o valor da referida medição de corrente for superior a pelo menos um dos citados valores limites.

7. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o barramento de comunicação (8) ser um barramento em série, multiplexado.

8. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o barramento de comunicação (8) ser um barramento em série, multiplexado do tipo CAN, com uma velocidade que vai até 10 Mbits/s.

9. Interruptor geral, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o circuito de comutação ou o corta- circuito eletrônico ser do tipo transistorizado.

10. Uso de um interruptor geral, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de proteger uma aplicação elétrica de corrente contínua e/ou sistemas de cabeamento contra sobrecargas ou a sobre- intensidades.