ES2253066A1 - Procedimiento y dispositivo de regulacion y compensacion de campo magnetico de alta frecuencia en el nucleo magnetico de un acoplamiento inductivo de señal. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de regulacion y compensacion de campo magnetico de alta frecuencia en el nucleo magnetico de un acoplamiento inductivo de señal.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a un dispositivo (14) que permite regular el flujo magnético heterogéneo que se produce en el núcleo de un acoplamiento de señal inductivo debido a los flujos de fugas existentes. Su objetivo es reducir las pérdidas de inserción debidas a los flujos de fugas del acoplamiento mediante la homogeneización del flujo en toda la longitud del circuito magnético. La clave de esta invención consiste en la captación del flujo magnético en cada punto del núcleo mediante una serie de espiras abiertas que rodean el núcleo y que generan distintas tensiones U1 y U2 según el flujo que las atraviesa. Estas espiras conectadas en un circuito paralelo (14) consiguen comparar los flujos magnéticos de distintas zonas del núcleo, y crear una intensidad I (15) que genera unos flujos reguladores (16) y (17) que recomponen homogéneamente el campo magnético de alta frecuencia creado por la señal.
Description
Procedimiento y dispositivo de regulación y
compensación de campo magnético de alta frecuencia en el núcleo
magnético de un acoplamiento inductivo de señal.
Procedimiento y dispositivo de regulación y
compensación de campo magnético de alta frecuencia en el núcleo
magnético de un acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia,
estando comprendida la frecuencia entre 1 a 100 Mhz.
La invención que se describe en este documento,
se refiere a un dispositivo que permite regular el flujo magnético
heterogéneo que se produce en el núcleo de un acoplamiento
inductivo de señal de alta frecuencia debidos a los flujos de fugas
existentes.
La invención es aplicable para los dispositivos
de inyección de señal de alta frecuencia mediante un acoplamiento
inductivo en la red de eléctrica de potencia, y tiene como objeto
la reducción de las perdidas de inserción debidas a los flujos de
fugas de este tipo de dispositivos, logrando evitar diferencias de
flujo magnético en el núcleo mediante la homogeneización de éste en
toda la longitud del circuito magnético.
La utilización de los cables del sistema
eléctrico de potencia como medio de transmisión de señales de alta
frecuencia para comunicaciones es una actividad cada vez más
practicada.
La inyección de estas señales de alta frecuencia
en los cables del sistema eléctrico de potencia se debe realizar
mediante dispositivos que permitan inyectar esa señal de alta
frecuencia al medio sin perjudicar los aislamientos necesarios para
que el sistema eléctrico de potencia mantenga su funcionamiento
estable.
Para ello se utilizan sistemas de acoplamiento de
señal inductivos y capacitivos compatibles con los sistema de
aislamiento y que así permiten que éstos no se vean
comprometidos.
En el caso de los acoplamientos inductivos los
principios de funcionamiento son los de cualquier transformador que
induce una señal de alta frecuencia de un arrollamiento a otro.
Este fenómeno se logra mediante la variación del flujo magnético
que la señal de alta frecuencia variable que circula por el
arrollamiento inductor provoca en el núcleo magnético, este flujo
magnético variable es reflejo de la señal de alta frecuencia
inductora y a su vez induce otra señal en el arrollamiento inducido,
pudiendo así inducir la señal de un conductor a otro sin necesidad
de contacto físico.
Mediante este principio básico de las máquinas
eléctricas estáticas se pueden inducir señales variables de alta
frecuencia entre dos conductores que no se tocan mientras ambos
conductores estén abrazados por un mismo núcleo magnético.
Como ocurre en toda máquina electromagnética
existen unas perdidas debidas a la imperfección de los materiales y
a las características constructivas de la misma. Contra varias de
estas perdidas debidas a aspectos constructivos es posible actuar
aumentando el rendimiento de la máquina.
En el caso que nos ocupa un núcleo magnético que
sirve de enlace entre dos conductores no está siempre a la misma
distancia de los dos conductores, ni estos son equidistantes a
todos los puntos del núcleo, ni las distancias entre los conductores
y el núcleo pueden minimizarse hasta el límite, de esta manera es
imposible conseguir que todo el flujo producido por un conductor
por el que circula una corriente se circunscriba al espacio ocupado
por el núcleo magnético que lo abraza, existiendo flujos que no se
cierran totalmente por el núcleo. Existen además zonas del núcleo
que soportan mas flujo magnético que otras debido a que su
distancia al conductor es menor que la de otros puntos por lo que
además conseguimos flujos no homogéneos según en que zona del
núcleo nos encontremos.
Todos estos fenómenos conducen a que el
rendimiento del dispositivo de acoplamiento inductivo se reduzca
considerablemente debido a la suma que todas estas perdidas
suponen.
La invención aquí descrita permite eliminar en
gran parte las perdidas que se han descrito, logrando un
acoplamiento con un rendimiento superior en prestaciones en lo
referente a las perdidas de inserción.
Para evitar este tipo de fenómenos en los
transformadores eléctricos se utilizan dos soluciones constructivas
distintas. La primera consiste en realizar bobinados distribuidos a
lo largo del núcleo que hagan que la distribución de un número
elevado de espiras homogéneamente a lo largo del núcleo minimicen
estas heterogeneidades de la distribución del flujo. La segunda
consiste en acoplar lo más posible los dos arrollamientos de manera
que los dos se encuentren próximos el uno al otro y próximos a una
pequeña zona de núcleo donde el flujo provocado por el arrollamiento
inductor es máximo, evitando las perdidas de flujo que se dan a lo
largo del núcleo.
En el caso que nos ocupa ninguna de las dos
soluciones es aplicable debido a que el número de espiras está
reducido a una, o unas pocas, y a que el cable del sistema
eléctrico de potencia está aislado por una capa de varios milímetros
por lo que es difícil lograr que ambos conductores se puedan
colocar lo suficientemente próximos como para eliminar las perdidas,
o hacer que estas sean aceptables.
La clave de esta invención consiste en la
creación de un dispositivo que logra captar el valor del flujo
magnético en cada punto del núcleo (19) y comparando todos los
flujos magnéticos de las distintas zona del núcleo, consigue
recomponer homogéneamente el campo magnético de alta frecuencia
creado por la señal de alta frecuencia que queremos inyectar en la
línea eléctrica.
El procedimiento de la invención se caracteriza
por que se detectan las diferencias de flujo que existen en cada
zona del núcleo magnético del acoplamiento inductivo, para después
obtener una intensidad que logra compensar la heterogeneidad de
flujo magnético. Esta recomposición de campo se logra mediante la
inyección, en unos bobinados de compensación, de una señal generada
por una fuente externa según la detección de flujo realizada
anteriormente, o directamente por una distribución de intensidades
eléctricas que el dispositivo crea. Éstas intensidades generan un
nuevo campo magnético que compensa y redistribuye el campo original
homogéneamente por el núcleo, funcionando como un regulador de
éste, compensando así las perdidas de flujo que provoca la
ubicación de unas pocas espiras colocadas en una zona concreta del
núcleo.
La invención ha sido concebida para dispositivos
que inyectan una señal de alta frecuencia mediante un acoplamiento
inductivo cuyos arrollamientos tienen pocas espiras lo cual provoca
grandes perdidas de inserción por efecto de la heterogeneidad del
flujo magnético provocado en el núcleo.
El dispositivo consiste en unos bobinados (8 y 9)
de idéntico número de espiras en circuito abierto que miden el
flujo que existe en cada una de las zonas en las que se divide el
núcleo (19) para realizar este dispositivo.
El flujo existente en cada zona en la que se
ubica un bobinado provocará en cada uno una tensión U1 y U2 (10 y
11) reflejó del flujo que circula por dicha zona. De esta forma
podemos comprobar como cada uno de los devanados distribuidos a lo
largo del núcleo presentan distintas tensiones dependiendo de la
zona en la que se encuentren.
Una vez realizada la lectura del flujo en cada
zona del núcleo solo se necesita inyectar en cada uno de los
devanados existentes una intensidad complementaria, que en cada
instante consiga que el flujo en todos los tramos de núcleo con un
bobinado sea idéntico, así se homogeneiza el flujo en todos los
puntos con bobinado. Este dispositivo de inyección puede ser un
dispositivo externo que según las necesidades de cada bobinado
inyecte la señal de alta frecuencia correspondiente, o puede
lograrse mediante un circuito
estático.
estático.
El dispositivo estático se puede conseguir de la
siguiente forma. Si una vez construidos los devanados (8 y 9),
estos se unen en un circuito en el que todos se conectan en
paralelo entre si mediante un circuito (14), con la polaridad
adecuada, las diferentes tensiones que cada uno aporta a ese
circuito provocarán que circulen intensidades (15) entre los
distintos devanados para compensar esta diferencia de tensiones
existente entre los circuitos en paralelo creados. Estas
intensidades circulando por los devanados para compensar las
tensiones provocarán a su vez unos flujos (16 y 17) magnéticos en
el núcleo, de forma que el flujo total se verá compensado de la
misma forma que las tensiones del circuito en paralelo
\hbox{son compensadas.}
De esta manera el dispositivo regula el flujo
magnético existente a lo largo del circuito magnético, mediante la
medida de este flujo por medio de las tensiones que se generan en
los bobinados distribuidos a lo largo del núcleo, consiguiéndose
regular el flujo regulando las tensiones.
La cantidad de circuitos conectados en paralelo
(8 y 9) y la cantidad de las espiras que cada circuito puede tener
dependerán de la complejidad de cada caso que se desee compensar y
de la aplicación concreta a la que se dirija la solución, pero
llevando el caso al extremo máximo se pueden utilizar infinitos
circuitos a lo largo del núcleo, y estos circuitos pueden constar
de una única espira que abrace el núcleo, de forma que todas ellas
conectadas en paralelo forman una envolvente metálica que recubra el
núcleo, con la única condición de que las espiras se encuentren
abiertas para no formar espiras en cortocircuito que eliminarían el
efecto de circuito de infinitas espiras en paralelo con distintas
tensiones.
A continuación, para facilitar una mejor
comprensión de lo descrito anteriormente y formando parte de la
memoria descriptiva, se adjuntan unas figuras en las que con
carácter descriptivo y no representativo se representa el objeto de
la invención.
En la figura 1 podemos observar como el núcleo
(19) que rodea a un conductor (1) al que queremos inducir una señal
de alta frecuencia y a un conductor (2) por el que circula la señal
de alta frecuencia que queremos inducir, esta señal de alta
frecuencia (3) genera un flujo magnético (5) que circula a lo largo
de todo el núcleo y a su vez genera otro flujo magnético (4) de la
misma dirección y sentido en el interior del núcleo, pero que se
cierra por el exterior del núcleo (Estos flujos de pérdidas se dan a
lo largo de todo el núcleo, debido a que no todo el campo magnético
generado queda confinado en el volumen del núcleo, esquemáticamente
representamos solo una línea de campo para representar las fugas),
haciendo que el flujo que existe en el punto 6 del núcleo sea
inferior al flujo existente en el punto 7 del núcleo. De esta forma
logramos un flujo heterogéneo en el interior del núcleo y unas
perdidas de la señal de alta frecuencia que deseamos
transmitir.
En la figura 2 tenemos un núcleo en las mismas
condiciones que el anterior que presenta el mismo esquema y
condiciones que en la figura 1, pero en este caso se han añadido
dos espiras abiertas para medir el flujo.
Si en la proximidad del punto 6 del núcleo
añadimos una espira abierta (8) y medimos la tensión U1 (10)
generada en dicha espira obtendremos que esta tensión U1 generada
será proporcional al flujo F1 que atraviesa la espira, y será
inferior en valor a la tensión U2 (11) generada en la espira
abierta (9), ya que es atravesada por un flujo mayor F1+F2. De esta
forma midiendo el valor de las tensiones que una espira móvil
genera al moverse a lo largo de todo el núcleo, obtenemos una medida
del flujo en los distintos puntos a lo largo del núcleo, pudiendo
ser conscientes de las pérdidas que se dan.
En la figura 3 el razonamiento es el mismo que en
la figura 2 pero con un método de medida de flujo distinto debido a
que se utilizan bobinas de 3 espiras abiertas (12) (13) en vez de
una sola espira abierta, la tensión es proporcional al flujo y al
número de espiras por lo que en este caso U1 será el triple que la
U1 de la figura 2. Pero el principio básico es el mismo. Para
simplificar el dibujo se han eliminado en esta 6 figura los
conductores (1 y 2) pero se mantienen los efectos que estos provocan
en el sistema.
En la figura 4 como en la 3 para simplificar el
dibujo se han eliminado es esta figura los conductores (1 y 2) pero
se mantienen los efectos que estos provocan en el sistema, así
describiremos cómo actúa el dispositivo según los campos magnéticos
que
existen.
existen.
Para completar el dispositivo en este caso se
conectan las espiras de 8 y 9 de la figura 2 en un circuito en
paralelo mediante las conexiones (14). Este circuito consistente en
la conexión adecuada de todos los circuitos de detección en paralelo
realiza la función de dispositivo de cálculo de las intensidades
necesarias en cada bobinado. En este circuito en paralelo se
conectan los dos puntos con una tensión U1 a los dos puntos con una
tensión U2, la repentina diferencia de tensiones provocará la
circulación de una intensidad I (15) de magnitud suficiente para que
la tensión U 1 aumente y la tensión U2 disminuya hasta igualarse.
La regulación de estas tensiones mediante la circulación de esta
intensidad por el circuito eléctrico lleva asociada la regulación
del flujo, de manera que la intensidad I (15) circulando por las
espiras genera en todo momento unos flujos reguladores en el núcleo
haciendo que el flujo total en el punto 6 del núcleo crece al
aparecer el flujo (16) y el flujo en el punto 7 disminuye al
aparecer un flujo de sentido (17) contrario al flujo (4) de la
figura 1. De esta forma se logra que los flujos en los puntos 6 y 7
sean de la misma magnitud con solo conseguir que las tensiones U1 y
U2 se igualen.
Claims (7)
1. Procedimiento de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. En el que la unidad de
acoplamiento comprende un núcleo magnético (19) que envuelve a un
conductor (2) por el que se inyecta una señal de alta frecuencia, y
a otro conductor (1) al que pretende inducirse la señal;
caracterizado porque comprende:
- -
- Detección del flujo magnético en las distintas partes del núcleo en las que dividimos éste para compensar el flujo mediante bobinados de detección de flujo (8 y 9).
- -
- Obtención de las corrientes de compensación (15) para lograr homogeneizar el flujo en las zonas que abarcan cada uno de los bobinados de detección del flujo.
- -
- Inyección de estas corrientes en cada bobinado, para generar unos flujos compensadores (16 y 17), que logran compensar el flujo en la zona que comprende cada bobinado y conseguir así un flujo homogéneo.
2. Procedimiento de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. Según reivindicación 1
caracterizado porque uno de los conductores es la red
eléctrica.
3. Dispositivo de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. En el que el acoplador
comprende un núcleo magnético (19) que envuelve a un conductor (2)
por el que se inyecta la señal de alta frecuencia, y a otro
conductor (1) al que pretende inducirse la señal;
caracterizado porque este dispositivo comprende:
- -
- Detector del flujo magnético en las distintas partes del núcleo en las que dividimos éste para compensar el flujo mediante bobinados de detección de flujo (8 y 9).
- -
- Dispositivo de cálculo y generación de las corrientes de compensación (15) para lograr homogeneizar el flujo en las zonas que abarcan cada uno de los bobinados de detección del flujo a partir de los valores obtenidos mediante el detector.
- -
- Devanados de inyección de estas corrientes para lograr compensar el flujo en la zona que comprende cada uno y conseguir así un flujo homogéneo.
4. Dispositivo de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. Según reivindicación 3
caracterizado porque uno de los conductores es la red
eléctrica.
5. Dispositivo de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. Según reivindicación 3
caracterizado porque los devanados de detección (8 y 9) e
inyección son unos únicos que cumplen la doble función, al medir la
tensión que detecta el flujo, y a la vez inyectar la intensidad de
compensación (15) que lo corrige.
6. Dispositivo de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. Según reivindicación 3
caracterizado porque los propios devanados de detección de
flujo magnético conectados en un circuito en paralelo generan las
intensidades necesarias para compensar el flujo magnético en el
núcleo. De esta manera, el dispositivo de cálculo y generación de
las intensidades de compensación (15) se compone de un circuito
(14) que conecta correctamente todos los devanados de detección de
flujo.
7. Dispositivo de regulación y compensación de
campo magnético de alta frecuencia en el núcleo magnético de un
acoplamiento inductivo de señal de alta frecuencia, estando
comprendida la frecuencia entre 1 y 100 Mhz. Según reivindicación 3
caracterizado porque los devanados de detección de flujo
magnético conectados en un circuito en paralelo, y que generan las
intensidades necesarias para compensar el flujo magnético en el
núcleo, pueden comprender en número de dos a infinitos bobinados.
Así, en el caso de infinitos bobinados de una espira abierta
(similar a la espira (8)), si estos se conectan correctamente en
paralelo pueden formar una envolvente metálica rígida alrededor del
núcleo.
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WO2003094365A2 (en) * | 2002-05-03 | 2003-11-13 | Ambient Corporation | Construction of medium voltage power line data couplers |
WO2003094364A2 (en) * | 2002-04-29 | 2003-11-13 | Ambient Corporation | High current inductive coupler and current transformer for power lines |
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2004
- 2004-03-15 ES ES200400768A patent/ES2253066B2/es not_active Expired - Fee Related
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