ES2281969T3 - Transformador de potencia de desconexion instantanea. - Google Patents
Transformador de potencia de desconexion instantanea. Download PDFInfo
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Abstract
Un aparato (10) para realizar una función en conjunción con un disyuntor, que comprende: un bobinado (14) exterior principal de alta corriente para proporcionar un trayecto de corriente principal y que es un bobinado primario para un transformador de potencia; un bobinado (18) secundario configurado para proporcionar potencia a los componentes electrónicos del circuito de desconexión y que comprende un conductor (20) bobinado de una forma sustancialmente cilíndrica y que presenta una perforación (22) a través del mismo, dicho bobinado (14) exterior principal está bobinado al menos parcialmente alrededor de dicho conductor (20) de bobinado secundario; y un tercer bobinado (28) de desconexión instantánea configurado para desconectar el disyuntor bajo control electrónico y ubicado en dicha perforación (22) de conductor de bobinado secundario.
Description
Transformador de potencia de desconexión
instantánea.
Esta invención se refiere generalmente a
disyuntores y, más particularmente, a un transformador de potencia
con un factor de forma pequeño.
La detección de arcos se realiza a menudo para
proteger el cableado doméstico y el cableado del consumidor, por
ejemplo cables de extensión, cables de aparatos y aparatos.
Generalmente, tras la detección de un arco, es deseable abrir el
circuito en el que se detecta el arco. Aunque la detección de arcos
es deseable, algunos disyuntores domésticos son grandes y caros, lo
que excluye con frecuencia su utilización.
Por ejemplo, algunos disyuntores domésticos que
incluyen unidades de detención de arcos integradas incluyen
normalmente un suministro eléctrico aparte, al que algunas veces se
hace referencia en la técnica como una "cola de cochino", para
suministrar potencia al sistema electrónico de detección de arcos y
una unidad de desconexión de sobrecorriente aparte. Tales
suministros de potencia y unidades de desconexión pueden ser grandes
físicamente. Para incluir el suministro de potencia y la unidad de
desconexión dentro del recinto del disyuntor, el tamaño del
alojamiento del disyuntor debe incrementarse normalmente desde, por
ejemplo, un alojamiento de factor de forma de 1,27 cm a un
alojamiento de factor de forma de
2,54 cm.
2,54 cm.
El tamaño del alojamiento del disyuntor a veces
impide a tal disyuntor utilizarse en al menos algunas aplicaciones
domésticas debido a restricciones de espacio. Además, el aumento del
tamaño del alojamiento da como resultado un aumento en el coste del
disyuntor.
Sería deseable proporcionar un suministro
eléctrico y una unidad de desconexión para uso en disyuntores
domésticos que realicen las funciones necesarias y que sin embargo
sean relativamente pequeños en tamaño físico. También sería
deseable proporcionar tal suministro eléctrico y unidad de
desconexión en una manera que sea fácil de fabricar y de bajo
coste.
coste.
El documento US 5 206 616 describe un
dispositivo de conmutación para la interrupción de una corriente de
falla. Un activador magnético dispuesto en un alojamiento se acopla
eléctricamente a un bobinado secundario del transformador. El
activador magnético es sensible a una corriente de falla en el
primario del transformador por medio de una corriente
correspondiente en el secundario, para cambiar de un estado inactivo
a un estado activo. Un cierre es sensible al estado del activador
magnético para abrir o cerrar un interruptor.
Un aparato para realizar una función en
conjunción con un disyuntor es particularmente muy adecuado para
aplicaciones de disyuntores domésticos e incluye un transformador,
en una realización a modo de ejemplo, que presenta un conductor de
bobinado externo principal de alta corriente. El conductor del
bobinado externo principal puede bobinarse para tener una o más
espiras y proporciona el trayecto de la corriente de contacto del
disyuntor principal. El conductor del bobinado externo principal
también sirve como el bobinado primario para que transformador de
potencia proporcione potencia a los componentes electrónicos del
disyuntor.
El transformador también incluye un bobinado
secundario que puede configurarse para proporcionar potencia a los
componentes electrónicos del circuito de desconexión. El bobinado
secundario se bobina para tomar una forma sustancialmente
cilíndrica con una perforación a través del mismo. El conductor del
bobinado externo principal se bobina alrededor de una superficie
exterior del conductor del bobinado secundario. Los cables pueden
acoplarse eléctricamente a, y extenderse desde, el conductor del
bobinado secundario para suministrar potencia al circuito de
desconexión.
Un tercer bobinado, o desconexión, se ubica en
la perforación del bobinado secundario y puede configurarse para
desconectar un disyuntor bajo control electrónico. Específicamente,
el tercer bobinado puede bobinarse para tomar una forma
sustancialmente cilíndrica. Los cables pueden acoplarse
eléctricamente a y extenderse desde el conductor del tercer bobinado
hasta el circuito de desconexión. Un cilindro conductor puede
ubicarse en la perforación del tercer bobinado y un pistón de
activación del mecanismo de desconexión puede ubicarse al menos
parcialmente en el cilindro y extenderse desde un extremo del
conductor del tercer bobinado. El pistón puede acoplarse
mecánicamente a un interruptor accionado por un muelle que, a su
vez, abarca al contacto principal del disyuntor, como es bien sabido
en la técnica.
Previo al funcionamiento, el conductor del
bobinado primario puede acoplarse eléctricamente entre un suministro
eléctrico, por ejemplo una línea de alta tensión AC, y los
componentes electrónicos del disyuntor. Los cables del conductor
secundario pueden acoplarse eléctricamente al circuito de
desconexión para suministrar potencia al mismo, y los cables del
tercer bobinado pueden acoplarse eléctricamente al circuito de
desconexión electrónico.
En funcionamiento, la corriente fluye a través
del conductor de bobinado primario y el conductor de bobinado
primario y puede servir como el trayecto de corriente de disyuntor
principal. La corriente inducida en el conductor de bobinado
secundario desde el conductor de bobinado primario puede utilizarse
para suministrar energía a los componentes del circuito de
desconexión. Bajo condiciones de desconexión normales, el circuito
de desconexión activa la tercera bobina con energía almacenada, por
ejemplo, en un condensador. El campo CC del conductor de tercer
bobinado puede superponerse al campo CA generado por el conductor de
bobinado primario. Como resultado, el pistón puede activar el
interruptor mecánico activado por un muelle.
En el caso de una alta corriente, por ejemplo un
circuito corto o su equivalente, en el conductor de bobinado
primario, la fuerza magnética del campo del conductor de bobinado
primario puede activar el pistón de desconexión para que el pistón
de desconexión se mueva desde una primera posición inactiva a una
segunda posición activa. Cuando el pistón está en la posición
activa, el disyuntor se "desconecta". Tal desconexión del
disyuntor puede proporcionarse sin requerir alguna de las señales
de control del circuito de desconexión; en su lugar, cuando una
condición de alta corriente existe en el conductor de bobinado
primario, el pistón desconecta el trayecto de corriente del
disyuntor principal debido al aumento de la fuerza del campo CA del
conductor de bobinado primario.
El aparato descrito anteriormente proporciona la
importante ventaja de realizar la funcionalidad requerida, por
ejemplo suministro eléctrico y desconexión instantánea de alta
corriente, y sin embargo en un tamaño pequeño. En lugar de utilizar
un alojamiento con un factor de forma de 2,5 cm aproximadamente para
un disyuntor doméstico, puede utilizarse un alojamiento de tamaño
menor. Además, el transformador no es difícil de fabricar y no es
caro.
La única figura es una ilustración esquemática
de un transformador de potencia íntegra y unidad de desconexión de
acuerdo con una realización de la presente invención.
La única figura ilustra un transformador 10 de
potencia de desconexión instantánea íntegra de acuerdo con una
realización de la presente invención. Aunque el transformador 10 a
veces se describe en el presente documento en el contexto de
aplicaciones domésticas, se comprenderá que el transformador 10
puede utilizarse en otras aplicaciones diferentes a las aplicaciones
domésticas. Además, el transformador 10 puede incorporarse en
disyuntores conocidos o implementarse aparte de tales disyuntores,
y la unidad no se limita a ejercitarse con un tipo particular de
disyuntor.
El transformador 10 incluye un bobinado externo
principal de alta corriente formado por un conductor 14. El
conductor 14 de bobinado externo principal puede bobinarse para
tener una o más espiras y proporciona un trayecto de corriente de
contacto del disyuntor principal. El conductor 14 de bobinado
externo principal también sirve como el bobinado primario para que
el transformador 10 proporcione potencia a al menos algunos
componentes electrónicos del disyuntor, por ejemplo, al circuito de
desconexión (no mostrado). Las pastillas 16 de conexión se ubican
en los extremos opuestos del conductor 14 para facilitar la conexión
del transformador 10 en el trayecto de potencia primaria.
El transformador 10 también incluye un bobinado
18 secundario configurado para proporcionar potencia a los
componentes electrónicos del circuito de desconexión (no mostrados).
El bobinado 18 secundario, en la realización ilustrada, está
formado por un conductor 20 bobinado en una forma sustancialmente
cilíndrica que presenta una perforación 22 a través del mismo. El
conductor 14 de bobinado externo principal se bobina alrededor de
una superficie 24 externa del conductor 20 de bobinado secundario.
Los cables 26 se conectan eléctricamente a, y se extienden desde, el
conductor 20 de bobinado secundario para suministrar potencia al
circuito de desconexión.
Un tercer bobinado 28, o desconexión, se ubica
en, y concéntrico a, una perforación 22 de bobinado secundario. El
tercer bobinado 28 se configura para desconectar el disyuntor bajo
control electrónico. Específicamente, el tercer bobinado 28 está
formado por un conductor 30 bobinado para dar una forma
sustancialmente cilíndrica. El conductor 30 es un contacto
eléctrico con cables 34 que se acoplan al sistema electrónico de
circuito de desconexión (no mostrado). Un cilindro conductor (no
mostrado) puede ubicarse en la perforación formada por el tercer
bobinado 28, y un pistón 32 de activación del mecanismo de
desconexión se ubica al menos parcialmente en el cilindro y se
extiende desde un extremo del conductor 30 de tercer bobinado. El
pistón 32 de desconexión es conocido en la técnica.
Para fabricar el transformador 10 puede
utilizarse un molde de bobina cilíndrica (aislado). Los moldes de
bobina son bien conocidos en la técnica. El segundo y tercer
conductor 20 y 30 aislado se bobinan utilizando el molde de bobina
(no mostrado) y los cables 26 y 34 se conectan eléctricamente a los
conductores 20 y 30 respectivamente. Los conductores 20 y 30 pueden
ser, por ejemplo, conductores de cobre aislados.
Más específicamente, el tercer conductor 30 se
bobina sobre el molde de bobina, y el segundo conductor 20 se bobina
después sobre el tercer conductor 30. En una realización de ejemplo,
se selecciona un cilindro 36 fabricado a partir de hierro dulce que
presenta bajas pérdidas y magnéticas dimensiones para que el
cilindro se ajuste dentro de la perforación definida por el tercer
conductor 30. En una realización alternativa, el cilindro puede
estar fabricado a partir de aluminio laminado. En cualquier caso, el
cilindro se conecta mecánicamente al alojamiento y el cuerpo de
bobina aislado se desliza sobre el cilindro. El cilindro proporciona
acoplamiento magnético entre los conductores 20 y 30 y el pistón
32.
Después, el conductor 14 de bobinado primario se
bobina sobre el segundo conductor 20. El pistón 32, fabricado a
partir de hierro dulce o, en una realización alternativa, a partir
de acero laminado (transformador), se posiciona dentro del
cilindro. El pistón 32 se acopla mecánicamente a un interruptor
accionado por un muelle que, a su vez, abarca el contacto principal
del disyuntor, como es bien sabido en la técnica.
Previo al funcionamiento, el conductor 14 de
bobinado primario se acopla eléctricamente entre un suministro
eléctrico, por ejemplo una línea de alta tensión CA (no mostrada), y
los componentes electrónicos del disyuntor (no mostrado). Los
cables 26 del conductor secundario se acoplan eléctricamente al
circuito de desconexión para suministrar potencia al mismo, y los
cables 34 de tercer bobinado se acoplan eléctricamente al circuito
de desconexión para que las señales de control puedan transmitirse
al transformador 10. El pistón 32 se acopla mecánicamente al
mecanismo del disyuntor (no mostrado) para hacer funcionar el
interruptor.
En funcionamiento, la corriente fluye a través
del conductor 14 de bobinado primario, que sirve como el trayecto de
la corriente del disyuntor principal. La corriente inducida en el
conductor 20 de bobinado secundario desde el conductor 14 de
bobinado primario se utiliza para suministrar energía a los
componentes del circuito de desconexión. Bajo condiciones normales
de desconexión, el circuito de desconexión activa el bobinado 28 de
desconexión, o tercero, con energía almacenada, por ejemplo, en un
condensador (no mostrado). El campo CC del conductor 30 de tercer
bobinado se superpone al campo CA generado por el conductor 14 de
bobinado primario. Como resultado, el pistón 32 activa el
disyuntor.
En el caso de una alta corriente, por ejemplo,
un cortocircuito o su equivalente, en conductor 14 de bobinado
primario, el aumento de la fuerza magnética del campo del conductor
de bobinado primario activa el pistón 32 de desconexión para que el
pistón se mueva desde el interruptor cerrado, es decir, la posición
desactivada del pistón 32, al interruptor abierto, es decir, la
posición activada del pistón 32. El nivel de corriente en el que el
pistón 32 de desconexión se mueve desde la posición desactivada a la
activada puede seleccionarse, y normalmente la alta corriente está
diseñada como una corriente en el intervalo de 110 a 170 A para un
disyuntor de 15 ó 20 A. Cuando el pistón 32 está en la posición
activada, el disyuntor está "desconectado". Tal desconexión del
disyuntor se proporciona sin requerir ninguna señal de control del
circuito de desconexión. En su lugar, cuando una condición de alta
corriente existe en el conductor 14 de bobinado primario, el pistón
32 se desconecta debido al aumento de la fuerza del campo CA de
conductor del bobinado primario.
Además de la desconexión instantánea descrita
anteriormente, una señal de control puede transmitirse desde el
circuito de desconexión hasta el conductor 30 de tercer bobinado a
través de los cables 34. La señal de control puede ser, por
ejemplo, una señal de nivel de alto voltaje que hace que el pistón
32 se mueva desde la posición de conexión del interruptor a la
posición de desconexión del interruptor. Por lo tanto, además de
proporcionar una desconexión instantánea en el caso de un
cortocircuito o similar, el transformador 10 puede provocar una
desconexión mediante un voltaje aplicado externamente al circuito de
desconexión.
El transformador 10 de potencia y bobina de
desconexión integrada proporciona la funcionalidad requerida, es
decir, suministro eléctrico y desconexión automática de alta
corriente, siendo sin embargo de tamaño pequeño. En lugar de
utilizar un alojamiento con un factor de forma de 2,5 cm para un
disyuntor doméstico, puede utilizarse un alojamiento de tamaño
menor (por ejemplo, un alojamiento con un factor de forma de
aproximadamente 1,8 cm). Además, el transformador no es difícil ni
caro de fabricar.
Aunque sólo se han ilustrado y descrito ciertas
características preferidas de la invención, a los expertos en la
técnica se les ocurrirán muchas modificaciones y cambios. Por
ejemplo, en lugar de utilizar un cilindro con una forma de sección
transversal circular para proporcionar un acoplamiento magnético
entre los conductores y el pistón, podría utilizarse un cilindro
que presente una forma de sección transversal rectangular. Por lo
tanto, se entenderá que el alcance de las reivindicaciones adjuntas
intenta cubrir todas las modificaciones y cambios de este tipo.
Claims (10)
1. Un aparato (10) para realizar una
función en conjunción con un disyuntor, que comprende:
- un bobinado (14) exterior principal de alta corriente para proporcionar un trayecto de corriente principal y que es un bobinado primario para un transformador de potencia;
- un bobinado (18) secundario configurado para proporcionar potencia a los componentes electrónicos del circuito de desconexión y que comprende un conductor (20) bobinado de una forma sustancialmente cilíndrica y que presenta una perforación (22) a través del mismo, dicho bobinado (14) exterior principal está bobinado al menos parcialmente alrededor de dicho conductor (20) de bobinado secundario; y
- un tercer bobinado (28) de desconexión instantánea configurado para desconectar el disyuntor bajo control electrónico y ubicado en dicha perforación (22) de conductor de bobinado secundario.
2. Aparato (10) según la
reivindicación 1, y que comprende adicionalmente cables (26)
conectados eléctricamente y que se extienden desde un conductor (20)
de bobinado secundario para suministrar potencia al circuito de
desconexión.
3. Aparato (10) según la
reivindicación 1, en el que dicho tercer bobinado (28) comprende un
conductor (30) bobinado de forma sustancialmente cilíndrica que
presenta una perforación a través del mismo.
4. Aparato (10) según la
reivindicación 3, y que comprende además un cilindro ubicado en
dicha tercera perforación de bobinado.
5. Aparato (10) según la
reivindicación 4 y que comprende además un pistón (32) de activación
del mecanismo de desconexión ubicado al menos parcialmente en dicho
cilindro y que se extiende desde un extremo de dicho conductor (28)
del tercer bobinado, estando adaptado dicho pistón (32) para
acoplarse mecánicamente a un interruptor de disyuntor y siendo móvil
desde una posición desactivada a un posición activada.
6. Aparato (10) según la
reivindicación 5 en el que dicho pistón (32) está adaptado para
moverse desde dicha posición desactivada a dicha posición activada
cuando una alta corriente fluye a través de dicho bobinado (14)
externo principal.
7. Aparato (10) según la
reivindicación 1 en el que dicha función incluye realizar funciones
de desconexión instantánea y de transformador de potencia.
8. Aparato (10) según la
reivindicación 5 o reivindicación 6, en el que dicho cilindro y
dicho pistón (32) comprenden al menos uno del grupo constituido por
hierro dulce y acero laminado.
9. Aparato (10) según la
reivindicación 1 en el que cada uno de entre dicho bobinado (14)
externo principal de alta corriente, dicho conductor (20) de
bobinado secundario y dicho tercer bobinado (28) comprende
respectivamente un conductor aislado.
10. Aparato (10) según la reivindicación
1 en el que dicho bobinado (14) externo principal, dicho conductor
(20) de segundo bobinado y dicho conductor (28) de tercer bobinado
están formados de uno del grupo constituido por hierro de baja
pérdida magnética y acero laminado.
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