BRPI1006240B1

BRPI1006240B1 - Método para controlar um aparelho de comutação elétrica, sistema de controle para um aparelho de comutação elétrica e aparelho de comutação elétrica

Info

Publication number: BRPI1006240B1
Application number: BRPI1006240-8A
Authority: BR
Inventors: Patrick Wellington Mills; James Michael Mccormick; Kevin Francis Hanley
Original assignee: Eaton Corporation
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2020-09-15
Also published as: WO2010107655A1; EP2409202A1; CN102428417A; WO2010107655A9; EP2409202B1; EP2409202A4; CN102428417B

Abstract

método para controlar um aparelho de comutação elétrica, sistema de controle para um aparelho de comutação elétrica e aparelho de comutação elétrica. um aparelho de comutação elétrica (130) inclui uma bobina (54), uma estrutura magnética (50) cooperando com a bobina, um número de contatos separáveis (137), controlados pela bobina, um número de interruptores auxiliares (22), um sensor de corrente (114) estruturado para detectar uma corrente (108) fluindo através da bobina, e um sensor magnético (120) estruturado para detectar um campo magnético (66, 106) da estrutura magnética. um circuito (24) é estruturado (180) para detectar uma característica pré-determinada (94) da corrente detectada (126) fluindo através da bobina e emitir um sinal de controle (270 responsivo ao campo magnético ser maior que um valor pré-determinado (112) e a caracteristica pré-determinada ser detectada. o sinal de controle é estruturado para provocar uma mudança de estado do número de interruptores auxiliares.

Description

Antecedentes Campo

[0001] O conceito divulgado diz respeito geralmente a aparelho de comutação elétrica e, mais particularmente, aparelho de comutação elétrica, tal como, por exemplo, relés, interruptores atuados por contatores ou solenoides, incluindo uma bobina e um número de interruptores auxiliares. O conceito divulgado também se refere a métodos para controlar tal aparelho de comutação elétrica. O conceito divulgado diz respeito adicionalmente a sistemas de controle para tal aparelho de comutação elétrica.

Informações antecedentes

[0002] A figura 1 mostra um contator trifásico convencional 2 incluindo três contatos principais 4, 6, 8 controlados por uma bobina 10. Um número de conjuntos de contatos auxiliares eletromecânicos 12 são responsivos à posição fechada ou à posição aberta dos três contatos principais 4, 6, 8.0 contator 2 emprega dois condutores, tais como 14, 16, para cada conjunto dos contatos auxiliares eletromecânicos 12. O contator 2 tem um tamanho e peso relativamente grandes, inclui ajustes mecânicos individuais (p.ex., sem limitações, um ajuste para prover "folga para desgaste" para garantir a função correta à medida que várias peças se desgastam). Por exemplo, cada conjunto dos contatos auxiliares eletromecânicos 12 requer ajuste para garantir que ele seja atuado quando os contatos principais 4, 6, 8 são atuados. Cada conjunto dos contatos auxiliares eletromecânicos 12 inclui um interruptor auxiliar eletromecânico que provê a correspondente função de contato auxiliar (p.ex., normalmente fechado (NF); normalmente aberto (NA)). Embora nenhuma energia seja requerida para interruptores auxiliares NF, os interruptores auxiliares eletromecânicos são suscetíveis a detritos de objetos estranhos (FOD) e contaminantes.

[0003] Existe espaço para melhorias em aparelho de comutação elétrica, tal como relés, interruptores atuados por contatores ou solenoides, incluindo uma bobina e um número de interruptores auxiliares.

[0004] Também existe espaço para melhorias em métodos para controlar tal aparelho de comutação elétrica.

[0005] Existe espaço adicional para melhoria em sistemas de controle para tal aparelho de comutação elétrica.

Sumário

[0006] Estas necessidades e outras são atendidas por configurações do conceito divulgado, que monitoram um campo magnético de uma estrutura magnética cooperando com uma bobina, detectam uma característica pré-determinada de uma corrente fluindo através da bobina, e mudam um estado de um número de interruptores auxiliares se o campo magnético for maior que um valor pré-determinado e se a característica pré-determinada for detectada.

[0007] De acordo com um aspecto do conceito divulgado, um método controla um aparelho de comutação elétrica incluindo uma bobina, uma estrutura magnética cooperando com a bobina, e um número de interruptores auxiliares. O método compreende: monitorar um campo magnético da estrutura magnética; detectar uma característica pré-determinada de uma corrente fluindo através da bobina; e mudar um estado do número de interruptores auxiliares se o campo magnético for maior que um valor pré- determinado e se a característica pré-determinada for detectada.

[0008] O método pode compreender adicionalmente reduzir a corrente fluindo através da bobina; empregar o valor pré- determinado como um primeiro valor pré-determinado; empregar um segundo valor pré-determinado, que é menor que o primeiro valor pré-determinado; e determinar se o campo magnético diminui para menor que o segundo valor pré-determinado menor e responsivamente mudar o estado do número de interruptores auxiliares.

[0009] O método pode compreender adicionalmente empregar um êmbolo ferroso com a bobina; e detectar a característica pré- determinada da corrente fluindo através da bobina quando o êmbolo ferroso se mover tanto afastado o suficiente quanto rápido o suficiente responsivo ao campo magnético.

[0010] O método pode compreender adicionalmente determinar uma magnitude da corrente fluindo através da bobina; e ajustar o valor pré-determinado como uma função da magnitude da corrente.

[0011] Como um outro aspecto do conceito divulgado, um sistema de controle é para um aparelho de comutação elétrica incluindo uma bobina, uma estrutura magnética cooperando com a bobina, e um número de interruptores auxiliares. O sistema de controle compreende: um sensor de corrente estruturado para detectar uma corrente fluindo através da bobina; um sensor magnético estruturado para detectar um campo magnético da estrutura magnética; e um circuito estruturado para detectar uma característica pré-determinada da corrente detectada fluindo através da bobina e emitir um sinal de controle responsivo ao campo magnético ser maior que um valor pré- determinado e a característica pré-determinada ser detectada.

[0012] Como um outro aspecto do conceito divulgado, um aparelho de comutação elétrica compreende: uma bobina; uma estrutura magnética cooperando com a bobina; um número de contatos separáveis controlados pela bobina; um número de interruptores auxiliares; um sensor de corrente estruturado para detectar uma corrente fluindo através da bobina; um sensor magnético estruturado para detectar um campo magnético da estrutura magnética; e um circuito estruturado para detectar uma característica pré-determinada da corrente detectada fluindo através da bobina e emitir um sinal de controle responsivo ao campo magnético ser maior que um valor pré- determinado e a característica pré-determinada ser detectada, sendo que o sinal de controle é estruturado para causar uma mudança no estado do número de interruptores auxiliares.

[0013] A bobina pode incluir um êmbolo ferroso; os contatos separáveis podem incluir um número de contatos fixos e um número de contatos móveis móveis pelo êmbolo ferroso; e a corrente fluindo através da bobina pode cooperar com a estrutura magnética para fazer o campo magnético mover o êmbolo ferroso a partir de uma primeira posição sendo que os contatos separáveis são abertos para uma segunda posição diferente onde o número de contatos móveis contatam eletricamente o número de contatos fixos.

[0014] O circuito pode ser adicionalmente estruturado para determinar uma magnitude da corrente fluindo através da bobina e ajustar o valor pré-determinado como uma função da magnitude da corrente.

[0015] O sinal de controle pode ser estruturado para provocar uma mudança no estado do número de interruptores auxiliares para um primeiro estado quando o campo magnético for maior que o valor pré-determinado e a característica pré- determinada for detectada; o valor pré-determinado pode ser um primeiro valor pré-determinado; um segundo valor pré- determinado pode ser menor que o primeiro valor pré- determinado; e o circuito pode ser estruturado adicionalmente para determinar se o campo magnético é subsequentemente menor que o segundo valor pré-determinado menor e para provocar uma mudança adicional no estado do número de interruptores auxiliares para um segundo estado diferente.

Descrição resumida dos desenhos

[0016] Uma compreensão completa do conceito divulgado pode ser obtida a partir da descrição seguinte das configurações preferidas quando lidas em conjunção com os desenhos anexos nos quais:

[0017] A figura 1 é um diagrama de blocos de um contator;

[0018] A figura 2 é um diagrama de blocos de um contator incluindo interruptores auxiliares e lógica de atuação para os mesmos de acordo com configurações do conceito divulgado;

[0019] A figura 3 é um diagrama de blocos de um contator incluindo interruptores auxiliares e lógica de atuação para os mesmos de acordo com uma outra configuração do conceito divulgado;

[0020] A figura 4 inclui plotagens de campo magnético de estrutura magnética, corrente de bobina e do estado dos contatos principais de um interruptor de contator ou relé sendo comutado para um primeiro estado de acordo com uma outra configuração do conceito divulgado;

[0021] A figura 5 inclui plotagens de campo magnético de estrutura magnética, corrente de bobina e do estado dos contatos principais de um interruptor de contator ou relé sendo comutado para um segundo estado com um resultado anormal de acordo com uma outra configuração do conceito divulgado;

[0022] A figura 6 inclui plotagens de campo magnético de estrutura magnética, corrente de bobina e do estado dos contatos principais de um interruptor de contator ou relé estando comutado para um segundo estado com um resultado normal de acordo com uma outra configuração do conceito divulgado;

[0023] A figura 7 é um diagrama de blocos em forma esquemática da lógica de atuação de interruptor auxiliar da figura 2 e correspondentes sensores de corrente e magnético de acordo com uma outra configuração do conceito divulgado;

[0024] A figura 8 é uma seção transversal de uma vista de elevação vertical de um relé de acordo com uma outra configuração do conceito divulgado;

[0025] A figura 9 é um diagrama de blocos em forma esquemática do economizador e bobina da figura 2; e

[0026] A figura 10 é um diagrama de fluxo de uma rotina executada pelo circuito lógico da figura 7.

Descrição das configurações preferidas

[0027] Como empregado aqui, o termo "número" deve significar um ou um número inteiro maior que um (isto é, uma pluralidade).

[0028] Como empregado aqui, o termo "processador" significa um dispositivo analógico e/ou digital programável que pode armazenar, recuperar, e processar dados; um computador; uma estação de trabalho; um computador pessoal; um microprocessador; um microcontrolador; um microcomputador; uma unidade de processamento central; um computador mainframe; um minicomputador; um servidor; um processador em rede; ou qualquer dispositivo ou aparelho de processamento adequado.

[0029] Como empregado aqui, o termo "falha" significa uma diminuição momentânea em uma corrente fluindo através de uma bobina antes que ela subsequentemente alcance um valor de corrente maior.

[0030] Como empregado aqui, o termo "interruptor auxiliar" significa contatos auxiliares, um interruptor auxiliar eletromecânico ou um interruptor auxiliar eletrônico.

[0031] Como empregado aqui, o termo "bobina" significa uma bobina de relé, uma bobina de contator ou uma bobina solenoide.

[0032] O conceito divulgado é descrito em associação com relés trifásicos e contatores trifásicos tendo uma pluralidade de interruptores auxiliares, embora o conceito divulgado seja aplicável a uma ampla faixa de aparelhos de comutação elétrica incluindo uma bobina, qualquer número de fases, e qualquer número de interruptores auxiliares, tais como contatos auxiliares, interruptores auxiliares eletromecânicos ou interruptores auxiliares eletrônicos.

Exemplo 1

[0033] A figura 2 mostra um contator 20 incluindo uma pluralidade de interruptores auxiliares eletrônicos bidirecionais 22 e lógica de atuação 24 para o mesmo. Os interruptores auxiliares eletrônicos bidirecionais 22 simulam interruptores auxiliares eletromecânicos, tais como 12 da figura 1. Uma entrada de energia 26 provê energia para ativar quaisquer interruptores auxiliares eletrônicos normalmente fechados (NF) 22. Uma entrada de controle 28 é provida para um economizador 30, a qual é discutida, abaixo, em conexão com a figura 9. O economizador 30, por sua vez, controla uma bobina 54, a qual controla os contatos principais 4, 6, 8 com um êmbolo 52. A lógica de atuação 24 é discutida, abaixo, em conexão com as figuras 7 e 10.

Exemplo 2

[0034] A figura 3 mostra um outro contator 40 incluindo uma pluralidade de interruptores auxiliares eletrônicos 42 e lógica de atuação 44 para o mesmo. Os interruptores auxiliares eletrônicos 42 exemplares simulam interruptores auxiliares eletromecânicos, tais como 12 da figura 1, exceto que um terra de interruptor auxiliar comum e independente 45 da entrada de energia 46 é empregado para prover saldas auxiliares de terminação simples 43, para reduzir a contagem de condutores externos. O terra de interruptor auxiliar independente 45 preferivelmente reduz problemas de EMI. Os interruptores auxiliares eletrônicos 42 podem empregar qualquer lógica de voltagem relativamente alta ou relativamente baixa, e correspondentes conexões de energia. Por exemplo, transistores MOSFET ou bipolares (não mostrados) podem ser empregados dependendo das necessidades individuais do interruptor auxiliar. Circuitos de transistor High Side [lado alto] ou Low Side [lado baixo] (não mostrados) podem ser empregados. O contator exemplar 40 emprega interruptores auxiliares Low Side de interruptor para terra 42 como mostrado na figura 3.

[0035] Será apreciado que embora os contatores exemplares 20 e 40 das figuras 2 e 3 sejam mostrados, o conceito divulgado é aplicável a uma ampla faixa de diferentes contatores, relês ou configurações de interruptor elétrico atuado por solenoide para encaminhar uma ampla faixa de aplicações de comutação elétrica.

[0036] Em adição, os interruptores auxiliares eletrônicos exemplares 22, 42 das figuras 2 e 3 podem ser interruptores de nivel lógico e/ou podem controlar outros relés dentro de um sistema. Como exemplos não limitantes, os interruptores auxiliares eletrônicos 22, 42 podem acionar até cerca de 1 A para aplicações de nivel lógico, enquanto interruptores auxiliares tipo relé podem tipicamente ser classificados para até cerca de 10 A.

Exemplo 3

[0037] Referindo-se às figuras 4-6, quando uma bobina de relé ou de contator, tal como 54, é energizada, a intensidade do campo magnético dentro de uma correspondente estrutura magnética (não mostrada, mas veja a estrutura magnética 50 das figuras 7 e 8) geralmente não alcança plena intensidade até que o êmbolo móvel (não mostrado, mas veja o êmbolo 52 das figuras 7 e 8) da bobina (veja a bobina 54 das figuras 7 e 8) seja movido completamente para a posição energizada onde ele entra em descanso de modo tal a reduzir a relutância do circuito magnético da estrutura magnética. A diminuição de relutância, que ocorre quando o êmbolo completa a trajetória do circuito magnético, permite a intensidade do campo magnético dentro do êmbolo alcançar sua intensidade mais completa.

[0038] A figura 4 inclui as plotagens 60, 62 e 64 do campo magnético de estrutura magnética 66, corrente de bobina 68 e o estado 70 (p.ex., desligado ou aberto é alto; ligado ou fechado é baixo) dos contatos principais (veja 4, 6, 8 da figura 2) de um aparelho de comutação elétrica, tal como um interruptor de contator ou relé, sendo comutado para um primeiro estado (p.ex., desligado), respectivamente. Quando desligando o relé ou contator exemplar, em resposta à remoção ou queda suficiente na corrente da bobina 68 (p.ex., em 72), o campo magnético 66 da estrutura magnética 50 (figuras 7 e 8) cai para uma intensidade magnética (p.ex., em 74) onde os interruptores auxiliares 22, 42 (figuras 2 e 3) mudam de estado (e função) e os contatos principais abertos (p.ex., em 76).

[0039] A figura 5 inclui plotagens 80, 82 e 84 de campo magnético de estrutura magnética 86, corrente de bobina 88 e o estado 90 dos contatos principais (veja 4, 6, 8 da figura 2) sendo tentados a serem comutados para um segundo estado (p.ex., ligados), respectivamente, mas com um resultado anormal uma vez que o estado 90 não muda. Quando energia é aplicada à bobina de contator ou relé 54 (figuras 7 e 8), a corrente de bobina 88 aumenta até um valor final 92 que é uma função da resistência da bobina; entretanto, o formato de onda da corrente de bobina crescente 88 é influenciado por vários fatores. As formas de onda de corrente observadas durante o periodo seguindo a aplicação inicial de energia normalmente exibem uma "falha" 94 (figura 6) resultante do efeito magnético "contra-FEM" [Força Eletro Motriz contrária] do êmbolo móvel (não mostrado, mas veja o êmbolo 52 das figuras 7 e 8), o que momentaneamente resulta na corrente da bobina diminuir antes de alcançar o valor final 92. Se o êmbolo não se move, ou se ele se move lentamente ou parcialmente (p.ex., não longe o suficiente; não rápido o suficiente), então a falha 94 (figura 6) não estará presente como mostrada na área 94' da figura 5. Isto é porque o êmbolo em movimento, neste caso, não cria "contra-FEM" suficiente para provocar a depressão da corrente de bobina 88. Embora a corrente de bobina 88 ainda alcance o valor de corrente de partida plena 92 (p.ex., baseada na resistência da bobina) (p.ex., sem limitações, cerca de 3,1 A a 25°C), porque o êmbolo não se assenta, existe uma folga de ar que limita o valor final 96 do campo magnético 86. Como um resultado, o estado 90 permanece alto correspondendo ao estado aberto ou desligado dos contatos principais.

[0040] Como será discutido abaixo, em conexão com a figura 10, um método de controle para mudar o estado dos interruptores auxiliares 22, 42 (figuras 2 e 3) inclui: (1) determinar se a falha 94 (figura 6) está presente; e (2) determinar se a intensidade do campo magnético 96, 96' é suficiente; e (3) criar um sinal de controle 27, 47 (figuras 2 e 3) a partir da lógica de atuação 24, 44 (figuras 2 e 3), que muda o estado dos correspondentes interruptores auxiliares 22, 42 (isto é, para um estado correspondendo aos contatos principais 4, 6, 8 estarem fechados).

[0041] A figura 6 inclui plotagens 100, 102, 104 do campo magnético de estrutura magnética 106, corrente de bobina 108 e do estado 110 dos contatos principais (veja 4, 6, 8 da figura 2) sendo comutados para um segundo estado (p.ex., ligados), respectivamente, com um resultado normal. Aqui, a "falha" 94 é detectada. Esta detecção é SOMA da com a detecção do sinal de intensidade do campo magnético 96' estando acima do limite 112. Como é mostrado na figura 5, a "falha" 94 não está presente na área 94' quando, por exemplo, o êmbolo (não mostrado, mas veja o êmbolo 52 das figuras 7 e 8) é parado por excesso de carga. Um valor de corrente de bobina 113 é detectado com um sensor adequado (p.ex., sem limitações, um sensor Hall 114 (figura 7)). Este valor de corrente 113 pode ser usado, como será explicado, para definir ou ajustar o limite 112 para a intensidade de campo magnético 86, 106. O limite 112 da intensidade de campo magnético 86, 106 pode ser determinado usando o valor de corrente de bobina 113, como é discutido nos Exemplos 4, 9 e 10, abaixo.

Exemplo 4

[0042] Uma das variáveis controlando a intensidade de campo magnético 96, 96' na estrutura magnética (não mostrada, mas veja a estrutura magnética 50 das figuras 7 e 8) é a magnitude final 92, 113 da corrente 88, 108. A magnitude da corrente 88, 108 varia com a temperatura inversamente. Para definir o limite 112 para determinar se a intensidade de campo magnético 96, 96' é suficiente, a magnitude 92, 113 da corrente de bobina 88, 108 pode ser empregada para definir este limite para tal intensidade de campo magnético.

Exemplo 5

[0043] Quando for desejado retornar ao estado dos interruptores auxiliares 22, 42 (isto é, para um estado correspondendo aos contatos principais 4, 6, 8 estarem abertos com a bobina 54 estando desenergizada com nenhuma ou corrente suficientemente reduzida fluindo através dela), lógica de controle adequada (p.ex., um algoritmo) pode ser empregada. Esta lógica de controle inclui: (1) determinar se o campo magnético 66, 106 na estrutura magnética 50 diminui abaixo de um limite pré-definido diferente (p.ex., sem limitações, menor que o limite 112; determinado empiricamente; ajustado para temperatura ambiente, corrente da bobina e/ou voltagem da bobina) (veja, por exemplo, 74 da figura 4) sabido a ser menor que aquele necessário para manter o fechamento de contato; e (2) prover o sinal de controle 27, 47 para comandar os interruptores auxiliares 22, 42 para reverter para seu estado original.

Exemplo 6

[0044] A figura 7 mostra a lógica de atuação de interruptor auxiliar 24 da figura 2, o correspondente sensor de corrente 114 estruturado para detectar corrente fluindo através da bobina 54, e o correspondente sensor de campo magnético 120 estruturado para detectar o campo magnético 106 (figura 6) da estrutura magnética 50. Será apreciado que a lógica de atuação da figura 3 pode ser igual ou similar à lógica de atuação 24. Ambas as lógicas de atuação 24, 44 podem ser implementadas com um processador adequado, tal como por exemplo e sem limitações, um microcontrolador ou microcomputador incluindo um conversor de analógico para digital adequado 122. A lógica de atuação 24 e sensores 114, 120 provêem um sistema de controle (circuito de controle) para controlar os interruptores auxiliares 22, 42 para um aparelho de comutação elétrica baseado no campo magnético detectado 124 da estrutura magnética 50 e na corrente detectada 126 fluindo através da bobina 54. Este sistema de controle monitora e detecta a intensidade do campo magnético na estrutura magnética 50 e detecta a característica de "falha" 94 da forma de onda da corrente da bobina.

[0045] Um relé 130 (porções do qual são mostradas na figura 8) inclui um terminal elétrico positivo 132 e um terminal elétrico negativo 134, que alimentam um sinal de atuação simples (p.ex., sem limitações, 28 VCC; qualquer voltagem CC adequada). A lógica de atuação 24 emite o sinal de controle de interruptor auxiliar eletrônico 27, que é estruturado para mudar o estado dos interruptores auxiliares 22, 42 (figuras 2 e 3) . O sensor de campo magnético 120 é preferivelmente sensivel à faixa completa da intensidade magnética presente durante a operação da bobina 54. A lógica de atuação 24 é estruturada para detectar uma característica pré-determinada, tal como a falha 94 da corrente detectada 126 fluindo através da bobina 54, e emitir o sinal de controle 27 responsivo ao campo magnético detectado 124 ser maior que o limite 112 (figura 6) e à característica pré-determinada ser detectada.

Exemplo 7

[0046] Referindo-se à figura 8, um aparelho de comutação elétrica (p.ex., sem limitações, tal como o relé exemplar 130; um contator; um interruptor elétrico atuado por solenoide) inclui a bobina 54 (também mostrada na figura 9), a estrutura magnética 50 cooperando com a bobina 54, um número de contatos separáveis 137 (não mostrados totalmente, mas veja os contatos principais 4, 6, 8 da figura 2) controlados pela bobina 54, um número de interruptores auxiliares 136 (p.ex., interruptores auxiliares 22, 42 das figuras 2 ou 3), o sensor de corrente 114 (figura 7) estruturado para detectar a corrente fluindo através da bobina 54, o sensor magnético 120 estruturado para detectar o campo magnético da estrutura magnética 50, um circuito, tal com 24, e o economizador 30.

[0047] O relé 130 funciona como um interruptor elétrico atuado por bobina (p.ex., atuado por solenoide) no qual o campo magnético gerado por um eletroimã formado pela bobina 54 e a estrutura magnética 50 faz o êmbolo ferroso axial 52 se mover de uma posição de descanso (p.ex., para cima com relação às figuras 7 e 8) para uma posição energizada (p.ex., para baixo com relação às figuras 7 e 8) quando a bobina 54 é energizada adequadamente. A característica pré-determinada (p.ex., falha 94) da corrente detectada 126 fluindo através da bobina 54 é responsiva a um efeito magnético de "contra-FEM" do êmbolo ferroso 52 quando movido pelo campo magnético do eletroimã. A lógica de atuação 24 detecta esta característica pré- determinada quando o êmbolo ferroso 52 se move tanto para longe o suficiente quanto rápido o suficiente responsivo ao campo magnético.

[0048] Os contatos separáveis 137 (não mostrados completamente, mas veja os contatos principais 4, 6, 8 da figura 2), que são acoplados ao êmbolo 52, podem ser movidos de uma posição de descanso para uma posição energizada. Como mostrado na figura 2, os contatos separáveis 137 podem incluir um número de contatos fixos 138 e um número de contatos móveis 140 (também mostrados na figura 8) móveis pelo êmbolo ferroso 52. A corrente fluindo através da bobina 54 coopera com a estrutura magnética 50 para fazer o campo magnético mover o êmbolo ferroso 52 de uma primeira posição (p.ex., para cima com relação às figuras 7 e 8) onde os contatos separáveis 137 estão abertos para uma segunda posição (p.ex., para baixo com relação às figuras 7 e 8) onde o número de contatos móveis 140 contatam eletricamente o número de contatos fixos 138. Os contatos separáveis 137 podem comutar qualquer voltagem adequada (p.ex., CA; CC) . Embora três conjuntos de contatos separáveis 137 sejam mostrados, qualquer número adequado pode ser empregado. No exemplo da figura 2, os três conjuntos de contatos móveis 140 são acionados pelo êmbolo 52 da bobina 54.

[0049] O relé exemplar 130 também inclui uma tampa (não mostrada), uma placa de circuito impresso (PCI) 142 incluindo contatos auxiliares eletrônicos 136, uma PCI 144 incluindo a lógica de atuação 24 e o economizador 30, uma base 146, e uma pluralidade de terminais 148 em comunicação elétrica com os contatos fixos 138 da figura 2 (somente três de seis terminais 148 são mostrados) . Um terminal 150 provê a entrada de energia 26 (figura 2) para ativar quaisquer interruptores auxiliares eletrônicos NE 22. Os terminais 132, 134 provêem energia para o economizador 30 e a PCI 144 como mostrado na figura 7. Os terminais 132, 134, 150 podem ser empregados como parte de um conector comum. Os terminais de energia, tais como 148, incluem tipicamente barras de barramento (não mostradas) ou terminais de pinos roscados (não mostrados) para conexões elétricas externas.

Exemplo 8

[0050] A figura 9 mostra o economizador 30 e bobina 54 da figura 2. O economizador 30 é um circuito de controle de relé/contator de bobina convencional que permite um campo magnético relativamente muito maior em um aparelho de comutação elétrica durante, por exemplo, o tempo inicial (p.ex., sem limitações, 50 ms) seguindo a aplicação de energia para garantir que o êmbolo 52 complete seu percurso e supere sua própria inércia, forças de atrito e molas. Isto é conseguido usando um arranjo de bobina dupla no qual existe uma bobina ou circuito de resistência relativamente baixa adequada 160 e uma bobina ou circuito de resistência relativamente alta adequada 162 em série com a bobina 160. Inicialmente, o economizador 30 permite corrente fluir através do circuito de baixa resistência 160, mas após um periodo de tempo adequado, o economizador 30 desliga a trajetória de baixa resistência. Esta solução reduz a quantidade de energia consumida durante os estados estáticos (p.ex., periodos relativamente longos de energização).

[0051] A bobina bifilar dupla 54 é empregada dentro da estrutura magnética 50. Os componentes de cronometragem RC 164 controlam o periodo de tempo de corrente de partida. A bobina 160 tem, por exemplo e sem limitações, 9 ohms e a bobina 162 tem, por exemplo e sem limitações, 90 ohms. Quando a bobina 162 é desviada pelo FET 166 durante o tempo inicial após a aplicação de energia, a corrente é relativamente alta (p.ex., sem limitações, 28 VCC/9 ohms = 3,1 A) . 0 FET 166 provê uma trajetória de desvio de corrente de bobina para aumentar dramaticamente a corrente através da bobina 160 durante o periodo inicial após a aplicação de energia. Baseado no design da bobina, a bobina 160 cria um campo magnético relativamente muito forte apesar de nenhuma corrente apreciável fluir através da outra bobina 162 durante este tempo. A intensidade do campo magnético é uma função do produto da corrente da bobina e do número de voltas da(s) correspondente(s) bobina (s) 160, 162.

[0052] Quando o capacitor 168 se carrega até uma voltagem limite pré-definida, a lógica de controle 170 desliga o FET 166, a trajetória de desvio não mais está presente, e a corrente da bobina agora flui através de ambas as bobinas 160, 162. O design da bobina é tal que a corrente da bobina cria força magnética suficiente para reter o aparelho de comutação elétrica no estado energizado. Neste caso, a corrente deve ser reduzida para (p.ex., sem limitações, 28 VCC/(9 + 90 ohms) ou cerca de 0,28 A), que são poucos ampères, mas com muito mais voltas das bobinas 160, 162.

[0053] Devido à energia ser uma função do quadrado da corrente vezes a resistência, uma redução da corrente da bobina por um fator de cerca de 11 faz a energia necessária para reter o correspondente aparelho de comutação elétrica fechado ser significativamente reduzida. A intensidade relativamente alta da aplicação de energia garante que o aparelho de comutação elétrica feche corretamente e completamente.

Exemplo 9

[0054] A figura 10 mostra uma rotina 180 executada pela lógica de atuação 24 da figura 7. Inicialmente, em 182, a entrada de controle 28 (voltagem de controle) (figura 2) é aplicada entre os terminais elétricos 132, 134. A seguir, em 184, o economizador de bobina 30 e o circuito de lógica de atuação 24 são ativados, e o circuito de lógica de atuação 24 começa a monitorar a corrente quanto à falha 94 (figura 6). Então, em 186, é determinado se a falha de corrente de partida 94 está presente. Se não estiver, então em 188, o estado dos interruptores auxiliares 22 (figura 2) não é mudado (p.ex., mantém os interruptores auxiliares normalmente abertos e os interruptores auxiliares normalmente fechados em seus estados anteriores) . Caso contrário, em 190, se a intensidade do campo magnético estiver dentro de limites aceitáveis (p.ex., acima de um valor pré-determinado (limite 112 da figura 6); acima de um valor determinado empiricamente adequado; acima de um valor a partir de uma tabela de recorrência como uma função de um valor pré-determinado, temperatura ambiente, voltagem e/ou corrente), então, em 192, os interruptores auxiliares normalmente abertos são ativados e os interruptores auxiliares normalmente fechados são desativados mudando o estado do sinal de controle 27 (figura 2) . Caso contrário, em 194, o estado dos interruptores auxiliares 22 (figura 2) não é alterado (o estado do sinal de controle 27 não é mudado) . A rotina 180 monitora o campo magnético da estrutura magnética 50, detecta a característica pré-determinada da corrente fluindo através da bobina 54, e muda o estado do número de interruptores auxiliares 22, 42 se o campo magnético detectado 124 for maior que o valor pré-determinado (limite 112) e se a característica pré-determinada 94 for detectada.

Exemplo 10

[0055] O campo magnético da estrutura magnética 50 é preferivelmente caracterizado através da faixa de voltagem/temperatura do correspondente aparelho de comutação elétrica. Por exemplo, à medida que um contator ou relé tipico é energizado, o campo magnético está se alterando. 0 campo magnético na estrutura magnética 50 é influenciado pela quantidade de corrente de bobina fluindo e pelo efeito da posição e movimento do êmbolo 52. A resistência do cobre (R) varia dramaticamente com a temperatura (T), portanto, a corrente que flui através da bobina 54 varia como uma função da temperatura como mostrado na Equação 1. R = R0 [1 + α(T – T0)] (Eq. 1) onde: RO é a resistência inicial (ohms); TO é a temperatura inicial (°C); e oc é o coeficiente de temperatura do material (p.ex., oc para cobre é 3,9 x 10“10/°C) .

[0056] Se a corrente da bobina varia como uma função da temperatura, então a força no êmbolo 52 quando ele é energizado é alterada resultando em mais ou menos aceleração do êmbolo 52 a partir de sua posição desenergizada. O estado energizado é definido pelo término da transferência de posição do êmbolo 52 e dos contatos separáveis 137 entrarem para descansar na posição transferida (p.ex., fechada). Após a bobina 54 de aparelho de comutação elétrica ser energizada, a corrente de bobina 108 (figura 6) continua a aumentar por um periodo de tempo como um resultado da indutância da bobina 54. O campo magnético na estrutura magnética 50 está em um estado dinâmico até este instante e é diferente de aparelho para aparelho dependendo da temperatura e das variações nas forças das molas e de atrito. Logo, determinando a magnitude da corrente fluindo através da bobina 54, um ajuste adequado do valor pré- determinado (limite 112) pode ser feito como uma função da magnitude da corrente de bobina.

[0057] Monitorando o campo magnético com instrumentação adequada, pode ser possível identificar características no campo magnético para determinar o estado do êmbolo 52. Incorporando um circuito de detecção e controle adequado no aparelho que identifique o estado do êmbolo 52, o circuito de lógica de atuação 24 pode controlar interruptores auxiliares 22, 42 para mudar seu estado correto de acordo com a posição determinada do êmbolo 52.

[0058] O conceito divulgado emprega uma entrada de controle simples 28 (sinal de atuação simples) (figura 2) . Este pode empregar interruptores auxiliares eletrônicos 22, 42 (figuras 2 e 3) e, portanto, evitar a necessidade de múltiplos ajustes mecânicos. Isto provê tamanho e peso reduzidos, ele não é suscetível a FOD ou contaminantes, e melhora a confiabilidade e a expectativa de vida do aparelho de comutação elétrica.

[0059] Os interruptores auxiliares eletrônicos exemplares 42 reduzem potencialmente a contagem de condutores de aeronaves.

[0060] Embora configurações especificas do conceito divulgado tenham sido descritas em detalhes, será apreciado por aqueles experientes na técnica que várias modificações e alternativas para aqueles detalhes podem ser desenvolvidas à luz dos ensinamentos globais da divulgação. Consequentemente, os particulares arranjos divulgados são intencionados a serem ilustrativos somente e não limitantes já que ao escopo do conceito divulgado deve ser proporcionada a amplitude total das reivindicações anexas e todas e quaisquer equivalentes das mesmas.

Claims

1. Método para controlar um aparelho de comutação elétrica, incluindo uma bobina (54), a qual controla contatos principais (4, 6, 8), uma estrutura magnética (50) cooperando com a bobina, e um número de interruptores auxiliares (22), que são responsivos a uma posição dos contatos principais (4, 6, 8), o citado método caracterizadopelo fato de compreender: - monitorar (120) um campo magnético (66, 106) da estrutura magnética; - detectar (186) uma característica pré-determinada (94) de uma corrente (108) fluindo através da bobina, sendo que a característica pré-determinada é uma diminuição momentânea (94) na corrente fluindo através da bobina antes de subsequentemente alcançar um valor de corrente maior (113); - mudar (192) um estado do número de interruptores auxiliares para um primeiro estado se (190) o campo magnético for maior que um primeiro valor pré-determinado e se (186) a característica pré-determinada for detectada; - reduzir a corrente fluindo através da bobina; e - determinar se o campo magnético diminui para menos que um segundo valor pré-determinado o qual é menor do que o primeiro valor e responsivamente mudar o estado do número de interruptores auxiliares para um segundo estado diferente.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente: - empregar um êmbolo ferroso (52) com a bobina; e - detectar (186) a característica pré-determinada da corrente fluindo através da bobina quando o êmbolo ferroso (52) se mover tanto para longe o suficiente quanto rápido o suficiente responsive ao campo magnético.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - determinar uma magnitude (113) da corrente fluindo através da bobina; e - ajustar o valor pré-determinado (112) como uma função da magnitude da corrente.

4. Sistema de controle para um aparelho de comutação elétrica, incluindo uma bobina (54), a gual controla contatos principais (4, 6, 8), uma estrutura magnética (50) cooperando com a bobina, e um número de interruptores auxiliares (22) gue são responsivos a uma posição dos contatos principais (4, 6, 8), o citado sistema de controle caracterizado pelo fato de compreender: - um sensor de corrente (114) estruturado para detectar uma corrente (108, 126) fluindo através da bobina; - um sensor magnético (120) estruturado para detectar um campo magnético (66, 106) da estrutura magnética; e um circuito (24) estruturado (180) para detectar uma característica pré-determinada (94) da corrente detectada (126) fluindo através da bobina e emitir um sinal de controle (27) responsivo ao campo magnético sendo maior que um valor pré-determinado e a característica pré-determinada sendo detectada, sendo que a característica pré-determinada é uma diminuição momentânea (94) na corrente fluindo através da bobina antes de subsequentemente alcançar um valor de corrente maior (113), sendo que o sinal de controle é estruturado para mudar um estado do citado número de interruptores auxiliares (22) para um primeiro estado quando o campo magnético é maior que o citado valor pré-determinado e a característica pré- determinada é detectada, sendo que o citado valor pré- determinado é um primeiro valor pré-determinado, sendo que um segundo valor pré-determinado (74) é menor do que o primeiro valor pré-determinado, e sendo que o citado circuito é ainda estruturado para determinar se o campo magnético é subsequentemente menor do que o segundo valor pré-determinado menor e para causar uma mudança no estado adicional do citado número de interruptores auxiliares para um segundo estado diferente.

5. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de o citado número de interruptores auxiliares ser um número de interruptores auxiliares eletrônicos (22); e sendo que o citado sinal de controle ser um sinal eletrônico (27) estruturado para abrir ou fechar o citado número de interruptores auxiliares eletrônicos.

6. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de a citada bobina incluir um êmbolo ferroso (52); e sendo que a característica pré-determinada da corrente detectada fluindo através da bobina é responsiva a um efeito magnético de "contra-FEM" do êmbolo ferroso quando movido pelo campo magnético da estrutura magnética.

7. Aparelho de comutação elétrica, compreendendo o sistema de controle (144), conforme definido na reivindicação 4, o citado aparelho de comutação elétrica (130) caracterizadopelo fato de compreender ainda: - o citado sistema de controle (144); e - um número de contatos separáveis (137) controlados pela citada bobina;

8. Aparelho de comutação elétrica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de a citada bobina incluir um êmbolo ferroso (52), sendo que os citados contatos separáveis incluem um número de contatos fixos (138) e um número de contatos móveis (140) móveis pelo citado êmbolo ferroso, e sendo que a corrente fluindo através da bobina coopera com a estrutura magnética para fazer o campo magnético mover o êmbolo ferroso de uma primeira posição onde os citados contatos separáveis estão abertos para uma segunda posição diferente onde o citado número de contatos móveis contatam eletricamente o citado número de contatos fixos.

9. Aparelho de comutação elétrica, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de o citado circuito ser estruturado adicionalmente para determinar uma magnitude (113) da corrente fluindo através da bobina e ajustar o valor pré-determinado como uma função da magnitude da corrente.