ES1059153U - Dispositivo de conmutacion electrica. - Google Patents

Abstract

1. Dispositivo de conmutación eléctrica, caracterizado por comprender un bloque global (1) de circuitos introducido en una caja (22) de contención que posee unas entradas (2, 3) para su conexión a una red de alimentación y una salida aplicable a una carga (4) en orden a la apertura y el cierre de la alimentación de dicha carga, comportando dicho conjunto funcional (1) lo siguiente: a) un subconjunto (5) de conmutación que incluye componentes electromecánicos; b) un subconjunto (6) de conmutación que incluye componentes semiconductores; c) un bloque (9) de control digital de la conmutación asociado a las entradas (2, 3) y a los subconjuntos (5, 6); d) un circuito auxiliar (17) de regulación de los tiempos de cierre, asociado al bloque (9).

Description

Dispositivo de conmutación eléctrica.

Objeto de la invención

El presente Modelo de Utilidad se refiere a un dispositivo de conmutación eléctrica.

Se trata de un dispositivo destinado a invertir el estado de apertura y cierre de un circuito a su alimentación mediante el envío selectivo de una señal de mando a un subconjunto que realiza inmediatamente la inversión deseada.

Campo de la invención

El nuevo dispositivo tendrá aplicación en los circuitos de alimentación eléctrica de aparatos, partes de instalaciones y otros equipos. Forma un bloque funcional que se conecta por su entrada a una fuente de alimentación y proporciona a su salida un estado de conexión y/o desconexión, por ejemplo, de la alimentación de otro/s circuito/s.

Una aplicación típica, aunque no exclusiva, del nuevo dispositivo de conmutación se tiene en la alimentación eléctrica de aparatos en los que interesa una puesta en marcha segura, como es el caso de aparatos que tienen que realizar conmutaciones en atmósferas peligrosas o inflamables donde la ausencia de arco eléctrico en la conmutación es primordial.

Breve descripción de la invención

Comprende en su estructura el nuevo dispositivo un subconjunto de conmutación electromecánico y un subconjunto de conmutación semiconductor, gobernados por un subsistema de control de la conmutación y asociados a una entrada de energía eléctrica y a una salida de alimentación aplicable a una carga. También cuenta con una entrada de órdenes de mando enviadas desde el exterior.

Para facilitar la explicación, se acompaña la presente descripción de unos dibujos en los que se ha representado, a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, un caso de realización de un dispositivo de conmutación eléctrica, según los principios de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra un diagrama del bloque funcional del nuevo dispositivo;

La figura 2 representa una caja de protección del dispositivo de la invención, mostrando su alimentación y carga; y

La Figura 3 representa esquemáticamente una posible aplicación del nuevo dispositivo.

Descripción detallada de la invención

Los elementos designados con números en los dibujos corresponden a las partes indicadas a continuación.

El dispositivo objeto de este modelo de utilidad es aplicable a la alimentación de cargas eléctricas de alta potencia, que comporta asociado un problema típico en la electrotecnia clásica.

Como es sabido, existen dos tipos básicos de elementos de conmutación: los que comprenden contactos metálicos asociados a elementos móviles, y los que se basan en el empleo de semiconductores y carecen de contactos metálicos.

Los conmutadores con contactos metálicos son buenos conductores de la corriente eléctrica de alta intensidad y no implican grandes pérdidas térmicas, pero la apertura y cierre de los circuitos se efectúa por la separación y aproximación de unos elementos metálicos, lo cual implica arcos eléctricos que, con el tiempo de servicio, deterioran los contactos y acaban provocando una disminución de la capacidad de conducción.

Los conmutadores con semiconductores se basan en dispositivos del tipo denominado de estado sólido y, al carecer de partes móviles, son de gran rapidez de conexión y desconexión, pero por su propia constitución son mediocres conductores eléctricos, especialmente en el manejo de grandes intensidades de corriente, a causa de sus elevadas pérdidas térmicas en estado de conducción.

El dispositivo que se describirá aprovecha las ventajas de los dos sistemas y obvia sus inconvenientes.

A este fin, el nuevo dispositivo, concebido como un bloque de circuitos intercalado en la alimentación de una carga, se configura de manera que la apertura y el cierre se verifique, para la gran mayoría de las cargas eléctricas, con un esfuerzo y energía disipada mínimos y sin producción de arcos eléctricos en contactos mecánicos, gracias a un subconjunto con semiconductores, mientras que el funcionamiento en régimen de trabajo, con transmisión de intensidades que pueden ser mayores que las nominales de cada uno de los subconjuntos de conmutación semiconductor y electromecánico, se efectúa sin problemas gracias al subconjunto con contactos electromecánicos.

En la figura 1, se señala con 1 el bloque global constitutivo del dispositivo objeto de este modelo de utilidad, con 2 la fase y con 3 el neutro de una línea monofásica de alimentación para la carga 4.

El subconjunto 5 es un circuito de conmutación electromecánico, que se denominará DCE en lo que sigue, y el subconjunto 6 es un circuito de conmutación con semiconductores, que comprende triodos de corriente alterna (triacs), en lo que sigue denominado DCS.

Ambos subconjuntos están montados en paralelo, con sus entradas conectadas a un punto 7 correspondiente al conductor de fase de la alimentación y sus salidas unidas a un punto 8 perteneciente a la carga alimentada.

La conmutación o cambio de uno a otro de los subconjuntos antedichos se verifica mediante un sistema de control digital (SCC) formarte de un bloque 9, que tiene las entradas 10 y 11 conectadas a las entradas de alimentación 2 y 3, y las salidas 12 y 13 conectadas a los subconjuntos 5 y 6, respectivamente.

El gobierno del bloque de control digital 9 de la conmutación se efectúa desde fuera del bloque 1 por medio de señales de mando generadas por un circuito 14 denominado EEC y aplicadas mediante la línea 15 denominada SEEC al punto de entrada.

Un circuito auxiliar 17 incluido en el bloque 1 y denominado RTC permite la regulación de los tiempos de cierre del bloque 9 y se aplica al mismo mediante la línea 18 denominada SERT.

El referido bloque 9 de control de la conmutación realiza la gestión de las entradas del dispositivo (señal de entrada de regulación de tiempos (línea SERT) y señales de entradas exteriores de mando). También controla dicho bloque la gestión de las señales de conmutación de los dos subconjuntos (electromecánico y de semiconductores).

Un estímulo recibido por una entrada exterior 14 de mando activa el bloque 9 de control digital de la conmutación. La reacción sobre la carga 4 puede hacerse de dos maneras: en modo pulsador, entonces la carga está alimentada mientras la entrada 16 reciba una señal de activación, y en modo interruptor, en el que el circuito se abre o se cierra según que la carga esté o no esté alimentada.

La tarea más importante del bloque 1 que se describe es la secuenciación de las señales de control de los subconjuntos 5 y 6.

Cierre del circuito

Corresponde a la alimentación de la carga. Se describirá, a continuación, la evolución temporal de las señales correspondientes a un cierre del circuito electrónico formado por los subconjuntos de conmutación 5 y 6 y la carga 4.

El bloque de control 9 se encarga de la secuenciación de las señales aplicadas a los subconjuntos 5 y 6 y presentes en las salidas 12 y 13 de aquél, en el siguiente orden:

1°. Arranque del subconjunto 6 de conmutación semiconductor (DCS) tras recibir una señal en su entrada en un instante t1. El bloque 9 garantiza que el momento de la conmutación de la tensión de red sobre la carga 4 mediante el subconjunto 6 (DCS) es un momento t3 de paso por cero de la tensión de red que puede distar de t1 un tiempo de hasta un periodo correspondiente a la tensión de la red de alimen-
tación;

2°. Aplicación al subconjunto 5 de conmutación electromecánico (DCE) de una señal de activación obtenida en la salida 12 del bloque 9 de control digital (SCC) en un instante 12, tras un tiempo de espera respecto a t1 (que puede ser cero y está regulado por el citado SCC). Este tiempo de espera está destinado a asegurar que el subconjunto 6 (DCS) haya entrado en el estado de conducción (instante t3) en el momento t4 en que el DCE realiza la conmutación (transición y rebote). En estas condiciones, la conmutación y puesta en conducción del DCE se efectúa sin que se produzca un arco eléctrico, puesto que, el subconjunto 6 DCS ya está en conducción y sólo se conmuta la tensión, en bornes del propio DCS, producto de las diferencias de potencial por el paso de corriente en el semiconductor.

3°. Retirada de la señal aplicada al subconjunto 6 (SCS) en un instante t5 tras un tiempo de espera respecto a t2 o a t1 que responde a la necesidad de que el contacto metálico realizado por el DCE (subconjunto 5) esté establecido ya en régimen permanente tras superar el tiempo t4 de transición y de rebote. En ese instante t4 el DCE (subconjunto 5) pasa a encargarse de la conducción de la corriente hacia la carga 4.

Los subconjuntos de conmutación electromecánicos DCE (como el 5) presentan una gran variación de comportamiento por lo que se refiere al tiempo de transición y rebote (t4-t2) inherente a su constitución a base de láminas portacontactos móviles. El circuito auxiliar 17 de regulación de tiempos de cierre (RTC) permite enviar al SCC (bloque 9 de control digital de la conmutación) una información acerca de aquellos tiempos de conmutación y, con ella, aplicar el subconjunto de conmutación híbrida con diversos tipos de subconjuntos de conmutación electromecánica 5 gracias a la regulación digital de los tiempos de espera por el bloque 9 (SCC) en base a la información recibida del circuito auxiliar 17 (RTC).

Tras la realización de esta secuencia de señales, la carga 4 está alimentada por la tensión de corriente alterna aplicada a las entradas 2 y 3 (fase y neutro) únicamente por medio del SCE (dispositivo electromecánico de conmutación).

Apertura del circuito

Corresponde al cese de la alimentación de la carga. Se describirá a continuación la evolución temporal de las señales correspondientes al cierre del bloque 1 de la presente invención, formado esencialmente por los subconjuntos 5 (DCE) y 6 (DCS) y la carga 4.

El bloque 9 de control digital de la conmutación (SCC) se encarga de la secuenciación de las señales aplicadas a los subconjuntos de conmutación 5 y 6 (DCE y DCS) de manera que la conmutación de la tensión sobre la carga se realice en el siguiente orden:

1°. Arranque del subconjunto de conmutación semiconductor 6 (DCS) tras la aplicación de una señal de control en el instante t'1;

2°. Supresión de la señal aplicada al subconjunto 5 electromecánico (DCE) (que ha finalizado un periodo de servicio en la conducción de la corriente) en un instante t'2 tras un tiempo de espera respecto a t'1 (que puede ser nulo y está regulado por el bloque 9 de control digital de la conmutación).

3°. Supresión de la señal aplicada al subconjunto 6 semiconductor (DCS) en un instante t'5 tras un tiempo de espera que responde a la necesidad de que el contacto metálico realizado por el subconjunto 6 semiconductor esté abierto (desconectado) ya en régimen permanente, tras superar el tiempo de transición y de rebote en un instante t'3 lógicamente posterior al instante t'2. En ese instante t'3 es el subconjunto 6 semiconductor el que se encarga de la conducción de la corriente desde las entradas 2 y 3 hasta la carga 4.

El circuito auxiliar 17 regulador de tiempos de cierre (RTC) permite informar de los tiempos de transición y rebote del subconjunto DCE al sistema de control de la conmutación 9 (SCC) que regula los tiempos de cierre y, por consiguiente, aplicar el subconjunto de conmutación híbrida con diversos subconjuntos 5 de conmutación electromecánica (DCE).

En un instante t'4 se desconecta el DCS al pasar por cero de la corriente en la carga, sea por las propiedades intrínsecas del DCS (semiconductor) o por las órdenes enviadas por el bloque 9 de control (SCC) haciendo coincidir t'5 con t'4.

Tras la realización de esta secuencia de señales, la carga 4 ya no está alimentada por la tensión alterna de la red.

El subconjunto de conmutación por semiconductores (DCS) puede consistir en (o por lo menos comprender) los denominados TRIAC o triodos de corriente alterna.

En la figura 3 se ha representado un caso práctico de aplicación del dispositivo descrito. El aparato 19 es, por ejemplo, un detector de gases inflamables, empleado convencionalmente para, tras percibir la presencia de gases inflamables en un recinto, generar una señal de alarma, cerrar la válvula principal de entrada de gases o bien poner en marcha un sistema de ventilación. En una situación como la descrita, es imprescindible que la conmutación eléctrica de cualquiera de los mecanismos de protección que el detector desencadena, se realice con un elemento como el dispositivo propuesto en el que la conmutación se realiza sin arco eléctrico evitando, de esta forma, una deflagración o una explosión. En este ejemplo, el aparato 19, alimentado por la línea eléctrica 20 y los conductores 21, lleva montado en su proximidad una caja 22 que incorpora el bloque global 1 de la figura 1 para la activación de aquél según lo descrito en este documento, de forma segura.

Descrito suficientemente el objeto de la presente invención, debe indicarse que cualquier variación en materiales, dimensiones, formas y acabado exterior del dispositivo conmutador eléctrico que se ha descrito, en nada alterará la esencialidad de la misma, quedando resumida dicha esencialidad en las reivindicaciones que siguen.

Claims (6)

1. Dispositivo de conmutación eléctrica, caracterizado por comprender un bloque global (1) de circuitos introducido en una caja (22) de contención que posee unas entradas (2, 3) para su conexión a una red de alimentación y una salida aplicable a una carga (4) en orden a la apertura y el cierre de la alimentación de dicha carga, comportando dicho conjunto funcional (1) lo siguiente:

a) un subconjunto (5) de conmutación que incluye componentes electromecánicos;

b) un subconjunto (6) de conmutación que incluye componentes semiconductores;

c) un bloque (9) de control digital de la conmutación asociado a las entradas (2, 3) y a los subconjuntos (5, 6);

d) un circuito auxiliar (17) de regulación de los tiempos de cierre, asociado al bloque (9).

2. Dispositivo de conmutación eléctrica, según la reivindicaciones 1, caracterizado porque los subconjuntos de conmutación (5, 6) están montados en derivación entre sí y en serie con una de las entradas, ventajosamente la entrada de fase (2), y poseen entradas de señales procedentes del bloque (9) de control digital de la conmutación.

3. Dispositivo de conmutación eléctrica, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el bloque (9) de control digital de la conmutación posee entradas para el circuito auxiliar (17) regulador de los tiempos de cierre y para las señales procedentes de un circuito exterior (14) de mando, determinantes del inicio de maniobra del bloque global (1).

4. Dispositivo de conmutación eléctrica, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el subconjunto (6) de conmutación con semiconductores comprende triodos de corriente alterna (triacs).

5. Dispositivo de conmutación eléctrica, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el circuito auxiliar (17), mediante los dispositivos físicos necesarios de mando manual, permite informar al bloque (9) por la línea de señales SERT (18) de las temporizaciones necesarias en la correcta secuenciación de las señales (12) y (13) para la conmutación de (5) y (6).

6. Dispositivo de conmutación eléctrica, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el circuito auxiliar (17), implementado como programación (software) en el bloque (9), permite que este último genere la correcta secuenciación de las señales (12) y (13) para la conmutación de (5) y (6).