ES2295173T3 - Circuiteria. - Google Patents
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Abstract
Circuitería con dos conexiones de entrada (A1, A2) para la conexión de una tensión de excitación (Uin, c.c./c.a.) y con dos conexiones de salida (Q1, Q2) para la conexión de una carga (L), siendo ambas entradas (A1, A2) de la circuitería susceptibles de admitir tensiones de excitación (Uin, c.c./c.a.) de distintas clases (c.a., c.c.); caracterizada por el hecho de que: - la carga (L) es susceptible de ser alimentada en dependencia de un definido umbral de conexión y de un definido umbral de desconexión de la tensión de excitación; comprendiendo dicha circuitería: - un módulo (2) para la conversión de la tensión de excitación (Uin, c.c./c.a.) en una tensión continua (Uns, c.c.) linealmente dependiente de la misma para la alimentación de la carga L, - primeros medios de maniobra controlables (4) para el cierre y la apertura del circuito de maniobra de carga, - una unidad reguladora (6, 8) para gobernar los primeros medios de maniobra (4) en dependencia de parámetros de carga, - medios (10; 10'') para la discriminación de las distintas clases de tensión de la tensión de excitación (Uin, c.c./c.a.), - medios (12; 12'') para la detección del umbral de conexión y desconexión, - segundos medios de maniobra controlables (14; 14'', 14") para el desbloqueo o el bloqueo de la corriente de maniobra de carga, y - medios (9; 9'') para gobernar los segundos medios de maniobra (14; 14'', 14") en dependencia de que se sobrepase el umbral de conexión y desconexión o no se llegue al mismo.
Description
Circuitería.
La invención se refiere a una circuitería con
dos conexiones de entrada para la conexión de una tensión de
excitación y con dos conexiones de salida para la conexión de una
carga, siendo la circuitería adecuada para tensiones de excitación
de distintas clases (c.a., c.c.) y distintos niveles y estando
garantizada la alimentación de la carga ya sea con una señal de
tensión continua constante o bien con una señal de corriente
continua constante de magnitud preestablecida.
Muchos aparatos eléctricos y electrónicos tienen
la exigencia de poder ser excitados o alimentados con energía
eléctrica por distintas clases de tensión o distintos niveles de
tensión. Así por ejemplo, los relés electrónicos, los conmutadores
semiconductores, los contactores semiconductores, los aparatos de
arranque suave, los arrancadores de motor electrónicos y aparatos
similares son en parte gobernados por sistemas de control con
memoria programable (SPS), por redes auxiliares de alimentación o
por otras fuentes externas (control por bornes).
P. ej. el documento US 5.953.221 presenta un
sistema de este tipo.
En algunos casos son suministradas por las
fuentes de excitación las siguientes típicas tensiones nominales de
accionamiento (clases y niveles de tensión), como
- p. ej.: Fuente de excitación
- Tensión nominal de accionamiento
- Control por SPS:
- c.c., 12-30 V
- Redes auxiliares de alimentación:
- c.a., 110-230 V
- Control por bornes:
- c.a., 110-600 v
\vskip1.000000\baselineskip
La conexión y desconexión de los aparatos se
efectúa mediante la conexión y desconexión de la tensión de
excitación. Un nivel de tensión bajo provoca un estado de
"desconexión" y un nivel de tensión más alto provoca un estado
de "conexión". Por razones de carácter técnico relativas a los
sistemas y a la seguridad, estos valores de la tensión de
excitación están preestablecidos por prescripciones y normas
nacionales e internacionales. Si según una de estas prescripciones
el aparato a gobernar tiene que quedar conectado con seguridad con
un 70% del nivel inferior de la tensión nominal de accionamiento y
tiene que quedar desconectado con seguridad con un 20% del mismo,
para los estados de conexión y de desconexión, o sea para la gama de
valores de funcionamiento, rigen las siguientes gamas de
tensiones:
\vskip1.000000\baselineskip
Para el límite superior de la gama de valores de
funcionamiento se toma también en consideración el incremento
normalizado de un +10% de la tensión de la red. Está claro que las
distintas aplicaciones precisan de tensiones de excitación con muy
distintas gamas de tensiones. Son conocidas las siguientes
modalidades de control:
1. Control monoentrada
Los aparatos con control monoentrada tienen una
única entrada de excitación que está diseñada para una única gama
de tensiones de excitación o una clase de tensión de excitación.
Así pues, para distintas aplicaciones deben
fabricarse también distintas variantes de aparatos, con lo cual se
incrementan los costes de producción, almacenamiento y
logística.
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2. Control multientrada
Mediante el principio de control multientrada se
tienen varias posibilidades de excitación gracias al hecho de que
el aparato posee varios bornes de excitación monotensión y estas
entradas están diseñadas para la respectiva tensión de
excitación.
Los aparatos con una elevada complejidad de
control (como p. ej. los aparatos de control de motor electrónicos
con inversión del sentido de rotación) necesitan un gran número de
entradas de control y presentan una correspondientemente elevada
complejidad constructiva. Según la aplicación, las adicionales
entradas quizá nunca se utilicen.
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3. Control multitensión
Se da una sencilla posibilidad para el control
multitensión cuando las entradas diseñadas en primera línea para
tensión de excitación de c.c. están equipadas con un rectificador de
entrada, con lo cual pueden ser también utilizadas para excitación
por c.a. La gama de tensiones de excitación queda con ello
preestablecida con el diseño del circuito de excitación por c.a.,
con lo cual ya no es adaptable la gama de tensiones de excitación
de c.c.
Según el ejemplo anteriormente mencionado, todas
las aplicaciones pueden cubrirse con un aparato tan sólo cuando los
niveles de tensión
\bullet para una segura desconexión (bloqueo
de la excitación de la carga) estén situados al nivel de una
tensión de excitación de como máximo
- U_{c.c.,desconexión} = 2,4 V
- U_{c.a.,desconexión} = 22 V
\bullet y para una segura conexión (desbloqueo
de la excitación de la carga) estén situados al nivel de una
tensión de excitación de como mínimo
- U_{c.c,conexión} = 8,4 V
- U_{c.a.,conexión} = 77 V.
\vskip1.000000\baselineskip
Por consiguiente, en el caso ejemplificativo
\bullet para control por c.c. la operación de
conexión/desconexión debe producirse entre 2,4 V y 8,4 V
\bullet para control por c.a., la plena y
segura desconexión debe ya producirse por debajo de 22 V c.a.
Si se intenta cumplir con estas condiciones con
un sencillo circuito de corriente, como p. ej. mediante la
aplicación de un rectificador y un condensador intermedio (la
solución del punto 3: Control multitensión), se constatará que la
tensión continua perteneciente al valor de tensión de 24 V c.a. es
de más de 8,4 V. Así pues, si por debajo de 22 V c.a. debe
alcanzarse el estado de control de "desconexión", a partir de
8,4 V c.c. no es posible llegar al estado de control de
"conexión". Las gamas de tensiones se solapan, es decir que el
circuito diseñado para control por c.c. no cumple con las
condiciones del control por c.a., y a la inversa, el circuito
diseñado para el control por c.a. no cumple las condiciones del
control por c.c. Así pues, debido al solapamiento de las gamas de
tensiones, un control multitensión de este tipo no puede garantizar
un control que se ajuste a las normas.
Por consiguiente, la invención persigue la
finalidad de crear un equipo de excitación que dentro de una amplia
gama de tensiones de excitación garantice para distintas clases de
tensiones de excitación un control que se ajuste a las normas.
La finalidad es alcanzada según la invención
mediante las características distintivas de la reivindicación
independiente, mientras que de las reivindicaciones dependientes se
derivan ventajosos perfeccionamientos de la invención.
Gracias al hecho de que según la invención se
utilizan adicionales medios de maniobra controlables y mediante el
apropiado control de los mismos, el desbloqueo o el corte de la
corriente de carga se realiza en dependencia de que se sobrepase/no
se llegue al umbral de conexión/desconexión de la tensión de
excitación. Gracias a ello se garantiza un control multitensión
selectivo que tiene la propiedad de detectar la clase de tensión de
excitación y de en dependencia de la misma (c.a. o c.c.) actuar tan
sólo en la correspondiente gama de tensiones de la tensión nominal
de accionamiento.
En una sencilla forma de realización de la
circuitería según la invención, ésta está realizada para en cada en
caso exactamente una gama de tensiones de excitación de una clase de
tensión. Sin embargo, en un perfeccionamiento hay medios de ajuste
para la preselección de distintos niveles de tensión de la tensión
de excitación para las clases de tensión (c.a., c.c.). Gracias a
ello pueden procesarse apropiadamente los umbrales de conexión y
desconexión de distintas tensiones nominales de accionamiento de una
clase de tensión, o sea que puede distinguirse entre los
mismos.
mismos.
Según la invención, además de primeros medios de
maniobra controlables conectados en serie, que regulan la
intensidad de carga en dependencia de los parámetros de carga
(intensidad de carga, tensión de carga o parámetros similares), se
conectan en paralelo o en serie con la carga L segundos medios de
maniobra controlables. En una primera realización preferida, los
segundos medios de maniobra controlables se forman mediante la
conexión en serie de dos conmutadores semiconductores controlables
individuales que son gobernados a través de la combinación de un
discriminador de tensión y un comparador de ventana.
En una adicional forma de realización, los
segundos medios de maniobra controlables se forman mediante un
único conmutador semiconductor controlable que es entonces gobernado
a través de la combinación de un discriminador de tensión con un
comparador sencillo.
Así pues, según la ejecución en el sentido de si
está realizada una conexión en paralelo o en serie de los segundos
medios de maniobra controlables, el llamado desbloqueo o bloqueo de
la carga se produce mediante un cortocircuitado de la carga (en el
caso de la conexión en paralelo de los segundos medios de maniobra)
o mediante un corte del circuito de maniobra de carga (en el caso de
la conexión en serie de los segundos medios de maniobra).
Adicionales detalles y ventajas de la invención
se derivan del siguiente ejemplo de realización que se aclara a
base de figuras. Las distintas figuras muestran lo siguiente:
La Figura 1: una primera posible forma de
realización del equipo de excitación según la invención en
representación esquemática;
la Figura 2: las curvas de señal características
cuando el equipo es gobernado según la Fig. 1 mediante tensión de
excitación de c.c.;
la Figura 3: las curvas de señal características
cuando el equipo es gobernado según la Fig. 1 mediante tensión de
excitación de c.a.;
la Figura 4: otra posible forma de realización
del equipo de excitación según la invención en representación
esquemática;
la Figura 5: las curvas de señal características
cuando el equipo es gobernado según la Fig. 4 mediante tensión de
excitación de c.c.;
la Figura 6: las curvas de señal características
cuando el equipo es gobernado según la Fig. 4 mediante tensión de
excitación de c.a.;
la Figura 7: un posible principio de circuitería
de la forma de realización según la Fig. 4; y
la Figura 8: un posible principio de circuitería
de la forma de realización según la Fig. 1.
Está representada en la Fig. 1 la primera
realización según la invención de un sistema de control multitensión
selectivo. El sistema según la Fig. 1 presenta un circuito de
excitación en el que la tensión de excitación U_{in,c.c./c.a.}
está conectada a los bornes de entrada A1 y A2 y con ello a la
entrada del módulo 2. El módulo 2 comprende un conocido
rectificador con un condensador intermedio y eventualmente también
los por lo demás necesarios elementos de protección contra la
sobretensión y la sobreintensidad, y suministra en su salida una
tensión continua no estabilizada U_{ns,c.c.}. A esta tensión
continua U_{ns,c.c.} está conectada una carga L. El circuito de
maniobra de carga así formado queda completado mediante primeros
medios de maniobra controlables 4, que son en particular un
conmutador semiconductor tal como un transistor bipolar, un FET (FET
= transistor de efecto de campo), un IGBT (IGBT = transistor
bipolar de puerta aislada) o un elemento similar. Los medios de
maniobra 4 son gobernados a través de una unidad reguladora con
generador de la señal de referencia 6 y regulador 8. La tensión
continua no estabilizada U_{ns,c.c.} alimenta además también al
generador de la señal de referencia 6, que genera una señal de
referencia u_{r} para el regulador 8. Si se captan y se aportan
al regulador 8 la tensión de carga u_{carga} y/la intensidad de
carga I_{carga} y si además se aporta a la entrada de control de
los primeros medios de maniobra controlables 4 la señal de salida
del regulador s_{g}, la tensión de carga u_{carga} y/o la
intensidad de carga I_{carga} son reguladas en dependencia de
ello.
Este conocido circuito estabilizador es según la
invención además completado mediante segundos medios de maniobra
controlables 14 para el desbloqueo o el corte del circuito de
maniobra de carga. Los medios 9 para la excitación comprenden en
particular un discriminador de tensión 10 y un comparador de ventana
12. A una primera entrada de los medios de excitación 9 se conecta
la tensión de excitación U_{in,c.c./c.a.}, y a su segunda entrada
se conecta la tensión continua no estabilizada U_{ns,c.c.}. Los
segundos medios de maniobra controlables 14 están por el contrario
conectados en paralelo con la carga L y son controlados por la señal
de desbloqueo s_{f}. Ésta última es idéntica a la señal de salida
de los medios de excitación 9. Si la señal s_{f} tiene el valor
lógico "h" ("uno lógico"), los segundos medios de maniobra
controlables 14 no permiten entonces el paso de la corriente (el
conmutador está abierto). Si la señal s_{f} tiene por el contrario
el valor lógico "l" ("cero lógico"), los segundos medios
de maniobra controlables 14 permiten entonces el paso de la
corriente (el conmutador está cerrado, es decir que permite el paso
de la corriente).
En las Figs. 2 y 3 se aclara la forma de trabajo
de la circuitería según la invención según la Fig. 1 a base de las
señales características. En la Fig. 2 se muestra la forma de trabajo
para tensión de excitación de c.c. (U_{in,c.c./c.a.} =
U_{in,c.c.}), y en la Fig. 3 se muestra la forma de trabajo para
tensión de excitación de c.a. (U_{in,c.c./c.a.} = U_{in,c.a.}).
En ambas figuras las distintas partes de las mismas muestran lo
siguiente:
a) la tensión continúa no estabilizada
U_{ns,c.c.} en dependencia de la tensión de excitación
U_{in,c.c.} o U_{in,c.a.},
b) la curva de la señal de salida del regulador
\Sigma_{g},
c) la curva de la señal de desbloqueo
s_{f},
d) la curva de la intensidad de carga
I_{carga} y de la tensión de carga u_{carga}.
La tilde "-" significa la negación de la
señal.
Si la tensión de excitación U_{in,c.c.} o
U_{in,c.a.} es incrementada partiendo del valor de cero, entonces
se incrementa al mismo tiempo también la tensión continua no
estabilizada U_{ns,c.c.}. Al alcanzar esta tensión el valor de
tensión U_{arranque,c.c.}, los primeros medios de maniobra
controlables 4 son desbloqueados en el circuito de maniobra de
carga mediante la señal de salida del regulador s_{g} (los medios
de maniobra 4 permiten el paso de la corriente) y tomando en
consideración los parámetros de carga son reguladas la intensidad
de carga I_{carga} y/o de la tensión de carga u_{carga}.
\vskip1.000000\baselineskip
Para tensión de excitación de c.c., es emitida
por los medios de excitación 9 una señal de desbloqueo s_{f} con
el valor "h". Debido a ello son bloqueados (no permiten el paso
de la corriente) los segundos medios de maniobra controlables 14,
con lo cual es desbloqueada la excitación de la carga L dentro de la
gama de valores de U_{ns.,c.c.} \geq U_{arranque,c.c.}. La
tensión u_{carga} es con ello conectada a la carga L, y circula a
través de la carga L la corriente I_{carga}.
\vskip1.000000\baselineskip
Para tensión de excitación de c.a., la
excitación de la carga L debe ser en general desbloqueada para una
tensión de U_{arranque4,c.a.} > U_{arranque,c.c.}. Si no se
tomasen otras medidas, la excitación de la carga L sería sin
embargo ya desbloqueada para U_{ns,c.c.} = U_{arranque,c.c.}.
Para impedir esto, la excitación debe ser bloqueada ya para una
tensión de U_{bloqueo,c.a.} < U_{arranque,c.c.}, para que
dentro de toda la gama de valores de U_{bloqueo,c.a.} <
U_{ns,c.c.} < U_{arranque,c.a.} pueda impedirse una
excitación de la carga L.
Esto se logra según la invención por cuanto que
ya antes de ser alcanzado el valor de tensión U_{arranque,c.c.}
la carga L es cortocircuitada con ayuda de los segundos medios de
maniobra controlables 14 y se impide con ello que sea conectada una
tensión a la carga L. La corriente I_{carga} que viene determinada
por la señal de referencia u_{r} no circula con ello a través de
la carga L, sino a través de los medios de maniobra 14 conectados
en paralelo.
Al seguir siendo incrementada la tensión, cuando
es alcanzada la gama de valores de U_{ns,c.c.} \geq
U_{arranque,c.a.}, según la invención los segundos medios de
maniobra controlables 14 son maniobrados para no permitir el paso
de la corriente, y con ello es conectada a la carga L la corriente
I_{carga} desbloqueada por los primeros medios de maniobra
controlables 4 gobernados mediante el equipo de regulación 9. Así
pues, en la salida aparece la tensión de carga u_{carga} > 0.
La excitación de la carga L queda con ello desbloqueada.
Esta forma de trabajo se logra cuando para
tensión de excitación de c.a.
s_{f} = "l" cuando U_{bloqueo,c.a.}
< U_{ns,c.c.} < U_{arranque,c.a.}
y si no cuando
s_{f} = "h".
Estas reglas para la generación de la señal de
desbloqueo s_{f} corresponden a un comparador de ventana, porque
solamente en la ventana {U_{bloqueo,c.a.}, U_{arranque,c.a.}} se
cumple que s_{f} = "l".
Se ha indicado anteriormente que para tensión de
excitación de c.c. por el contrario debe mantenerse en toda la gama
de tensiones el valor s_{f} = "h". El comparador de ventana
debe ser por consiguiente combinado con un discriminador de tensión
que permita la señal de bloqueo tan sólo para tensión de excitación
de c.a.
\newpage
\global\parskip0.930000\baselineskip
Con ello, la forma de trabajo de los medios de
excitación 9 (discriminador de tensión 10, comparador de ventana
12) puede describirse de la manera siguiente:
s_{f} = "l" cuando [U_{bloqueo,c.a.}
< U_{ns,c.c.} < U_{arranque,c.a.}] Y [U_{in,c.c./c.a.}
= U_{in,c.a.}]
y si no cuando
s_{f} = "h".
\vskip1.000000\baselineskip
Está representada en la Fig. 4 una segunda
realización conveniente del equipo de excitación según la invención.
Los elementos que llevan a cabo las mismas acciones llevan las
mismas referencias. Aquí, en comparación con la primera forma de
realización con un discriminador de tensión 10 y un comparador de
ventana 12, el comparador de ventana 12 es sustituido por un
comparador sencillo 12'. Además, los segundos medios de maniobra
controlables 14 para el desbloqueo de la carga L son sustituidos
por dos conmutadores de desbloqueo 14' y 14'' conectados en serie.
Los medios de excitación 9' así modificados tienen dos salidas para
la generación de dos distintas señales de desbloqueo, que son una
primera señal de desbloqueo s_{f1} y una segunda señal de
desbloqueo s_{f2}.
Los primeros medios de maniobra 14', también
llamados conmutador de desbloqueo SF1, son gobernados mediante la
primera señal de desbloqueo s_{f1}, y los segundos medios de
maniobra 14'', también llamados conmutador de desbloqueo SF2, son
gobernados por medio de la segunda señal de desbloqueo s_{f2}.
Se aclara a base de las Figs. 5 y 6 la forma de
trabajo de la circuitería según la Fig. 4. Ambas figuras muestran
respectivamente en las distintas partes de las mismas lo
siguiente:
a) la tensión continúa no estabilizada
U_{ns,c.c.} en dependencia de la tensión de excitación
U_{in,c.c.} o U_{in,c.a.}
b) la curva de la señal de salida del regulador
s_{g},
c) la curva de la primera señal de desbloqueo
\Sigma_{f1},
d) la curva de la segunda señal de desbloqueo
s_{f2},
e) la curva de la intensidad de carga
I_{carga} y de la tensión de carga u_{carga}.
\vskip1.000000\baselineskip
Para tensión de excitación de c.c. (Fig. 5) son
suministradas por los medios de excitación 9' las señales de
desbloqueo \Sigma_{f1} = "h" y s_{f2} = "l". Con
ello, el primer conmutador de desbloqueo 14' queda posicionado de
forma tal que no permite el paso de la corriente, y el segundo
conmutador de desbloqueo 14'' queda posicionado de forma tal que
permite el paso de la corriente. Como resultado de ello, queda
desbloqueado el circuito de maniobra de carga. Así pues, el
desbloqueo de la excitación de la carga se produce en el punto en
el tiempo en el que se maniobran para permitir el paso de la
corriente los primeros medios de maniobra 4 controlados por medio
del equipo de regulación 6, 8. Esto sucede cuando la tensión
U_{ns,c.c.} = U_{arranque,c.c.} es alcanzada y se mantiene
situada dentro de la gama de valores de U_{ns,c.c.} >
U_{arranque,c.c.}, lo cual significa que para tensión de
excitación de c.c. la excitación de la carga L viene determinada
solamente por los primeros medios de maniobra controlables 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Para excitación por c.a. por el contrario,
debido al hecho de que U_{arranque,c.a.} > U_{arranque,c.c.},
debe impedirse que la excitación de la carga L sea desbloqueada
prematuramente por los medios de maniobra 4. Esto sucede según la
invención debido al hecho de que ya antes de que se alcance
U_{ns,c.c.} = U_{arranque,c.c.} además del segundo conmutador
de desbloqueo 14'' permitiendo el paso de la corriente también el
primer conmutador de desbloqueo 14' es puesto en el estado en el
que el mismo permite el paso de la corriente. Debido a ello, la
carga L es cortocircuitada por medio de ambos conmutadores de
desbloqueo 14', 14''. En consecuencia, al tener lugar el desbloqueo
por medio de los primeros medios de maniobra controlables 4 la
corriente I_{carga} no circula a través de la carga L, sino a
través de ambos conmutadores de desbloqueo 14' y 14''. La excitación
de la carga L es desbloqueada cuando al alcanzarse U_{ns,c.c.} =
U_{arranque,c.a.} es abierto (es maniobrado para impedir el paso
de la corriente) el segundo conmutador de desbloqueo 14'', debido a
lo cual la corriente I_{carga} es conmutada pasando de ambos
conmutadores de desbloqueo 14', 14'' (SF1, SF2) a la carga L. Esta
forma de trabajo se logra gracias al hecho de que ambas señales de
excitación tienen los valores
- \Sigma_{f1} = "h"
- cuando U_{ns,c.c.} < U_{bloqueo,c.a.} {}\hskip1cm y si no \Sigma_{f1} = "l"
- s_{f2} = "h"
- cuando U_{ns,c.c.} \geq U_{arranque,c.a.} {}\hskip1cm y si no s_{f2} = "l".
\global\parskip1.000000\baselineskip
Así pues, las condiciones para la tensión de
excitación de c.c. y c.a. se cumplen cuando ambas señales de
desbloqueo suministradas por los medios de excitación 9' tienen la
evolución siguiente:
- \Sigma_{f1} = "l"
- cuando [U_{ns,c.c.} \geq U_{bloqueo,c.a}] Y [U_{in,c.c/c.a.} = U_{in,c.a.}]
- \Sigma_{f1} = "h"
- de no ser así
y
- s_{f2} = "h"
- cuando [U_{ns,c.c.} \geq U_{arranque,c.a.}] Y [U_{in,c.c./c.a.} = U_{in,c.a.}]
- s_{f2} = "l"
- de no ser así.
\vskip1.000000\baselineskip
Está representado en la Fig. 7 un ejemplo de la
realización de la circuitería del equipo de excitación según la
invención en la forma de realización según la Fig. 4.
El módulo 2 es aquí formado por un diodo D1 y un
condensador C1. El diodo D1 está situado en la derivación de
entrada de A2 (con el cátodo en dirección a A2), mientras que el
lado del ánodo está a través del condensador C1 en conexión con la
entrada A1.
En paralelo con el condensador C1, el circuito
de maniobra de carga está en conexión con la carga L (entre las
salidas Q1, Q2) y con los medios de maniobra controlables 4 que
están conectados en serie con ello. Para la captación de la
intensidad de carga I_{carga} se encuentra además en el circuito
de maniobra de carga una resistencia
R8.
R8.
Con la finalidad de realizar la selectiva
excitación con corriente, esta circuitería queda completada mediante
segundos medios de maniobra controlables 14', 14'' que son dos
conmutadores de desbloqueo conectados en serie y están aquí en
conexión en paralelo con la carga L.
Los conmutadores de desbloqueo 14', 14'' están
realizados como transistores (como p. ej. FET de canal N,
J-FET (FET de unión)) y son gobernados por medio de
un circuito (medios de excitación 9') que consta de un discriminador
de tensión 10' y un comparador 12'. El discriminador de tensión
10', que sirve para la distinción de la tensión de excitación
U_{in,c.c./c.a.} aplicada, lo forman los elementos constructivos
R1, D2, C2 y Z1, estando C2, D2 y R1 dispuestos entre las entradas
A1, A2 en paralelo con el condensador C1 y conectados en serie desde
A1 y estando el diodo Zener Z1 en paralelo con C2. Z1 está por el
lado del ánodo en conexión con A1. La tensión U_{s} que cae a
través de Z1 forma la señal de entrada para un generador de tensión
de salida conectado posteriormente para la generación de la primera
señal de excitación s_{f1} para el control de los medios de
maniobra 14'. El generador de la tensión de salida comprende los
elementos constructivos Z2, R2, Z3, R3, estando el acoplamiento en
serie del diodo Zener Z2 y de la resistencia R2 en conexión en
paralelo con el diodo Zener Z1. Los diodos Zener Z1, Z2 están
mutuamente en conexión por el lado del ánodo. Entre el cátodo de Z2
y la resistencia R2 el diodo Zener Z3 actúa con su cátodo y está por
el lado del ánodo en conexión tanto con la conexión de control del
conmutador de desbloqueo 14' como con la resistencia R3. La
resistencia R3 está con su otro extremo en conexión con la salida
Q2, o sea con el punto de conexión de la carga L1, del conmutador
de desbloqueo 14' y de los primeros medios de maniobra 4. La tensión
que cae a través de la resistencia R3 forma la primera señal de
excitación s_{f1} para el primer conmutador de desbloqueo
14'.
14'.
Aquí actúa como comparador 12' un acoplamiento
en serie que consta de los elementos constructivos que consisten en
la resistencia R4 y el diodo Zener Z4 y está asimismo en conexión en
paralelo con el diodo Zener Z1. Los diodos Zener Z1 y Z4 están
mutuamente en conexión por el lado del cátodo. El punto de conexión
de R4 y Z4 está llevado a la conexión de control de los medios de
maniobra 14''. Con ello, la tensión que cae a través de R4 forma la
señal de excitación s_{f2} para el segundo conmutador de
desbloqueo 14''.
La unidad reguladora 6, 8 consta en esencia del
transistor T1 que actúa como regulador y está en conexión con
adicionales elementos constructivos tales como el diodo Zener Z5,
las resistencias R5, R6, R7 y el condensador C3. El transistor T1
está con su tramo colector-emisor en conexión en
serie con Z5 y R5 entre A1 y A2, o sea en paralelo con C1. Desde la
conexión de R5 con el colector de T1 va por un lado una conexión en
serie de R6 y R7 a la base de T1 y además una conexión directa a la
conexión de mando de los primeros medios de maniobra 4. Un
condensador C3 está dispuesto en paralelo con R6. Finalmente se
conecta el punto de conexión de R6/R7 con el punto de conexión de
los medios de maniobra 4 con R8 (lo cual corresponde aquí a la
conexión de la fuente del FET de canal N en el circuito de maniobra
de carga).
\newpage
La tensión de excitación (U_{in,c.c./c.a.})
está conectada a las entradas A1 y A2.
Para excitación por c.c., el condensador C1 es
cargado a la tensión U_{ns,c.c.} a través del diodo D1 cuando A1
es positiva y A2 es negativa. En caso de ser inversa la polaridad,
D1 actúa como protección frente a la polaridad. La tensión continua
no estabilizada U_{ns,c.c.} alimenta a la unidad reguladora 6, 8.
Aquí se presenta como ejemplo una regulación de la corriente de
carga en la que la tensión aplicada a la resistencia R8 es
utilizada como valor real de la regulación. Se utiliza como
regulador el transistor T1. Su tensión de
base-emisor forma la señal de referencia u_{r}.
Con ello queda realizado el generador de la señal referencia 6. Los
elementos constructivos Z5, R5, R6 y R7 sirven para el ajuste del
punto de trabajo del transistor T1.
Al alcanzar la tensión continua no estabilizada
U_{ns,c.c.} el valor de U_{arranque,c.c.} que viene determinado
por los elementos constructivos que sirven para el ajuste del punto
de trabajo, los medios de maniobra 4 son desbloqueados por T1. Con
ello tiene lugar el desbloqueo de la excitación de la carga L.
\vskip1.000000\baselineskip
Para tensión de excitación de c.c., la señal de
excitación s_{f2} adopta continuamente el valor de cero. Por este
motivo, uno 14'' (SF2) de los conmutadores de desbloqueo permite
continuamente el paso de la corriente. El otro conmutador de
desbloqueo 14' (SF1) está por el contrario bloqueado (no permite el
paso de la corriente), porque u_{s} \approx 0 y Z3 impide que
SF1 sea maniobrado por u_{carga}. Debido al hecho de estar
bloqueado el conmutador de desbloqueo 14', el circuito de
desbloqueo resultante permite el paso de la corriente, o sea que no
actúa en la carga L. El desbloqueo de la carga L viene determinado
solamente por los primeros medios de maniobra 4 (regulador
longitudinal).
\vskip1.000000\baselineskip
Para tensión de excitación de c.a., la tensión
continua no estabilizada U_{ns,c.c.} es producida por las
semiondas positivas en el circuito A1,C1,D1,A2. En las semiondas
negativas, por el contrario, el condensador C2 es cargado mediante
D2 y R1. Esta tensión es limitada por Z1 y representa la tensión
auxiliar u_{s} para la selección de tensión. Para los valores de
tensión más bajos, el diodo Zener Z4 está en estado de bloqueo,
debido a lo cual la tensión en la resistencia R4 (segunda señal de
desbloqueo s_{f2}) es igual a cero, y con ello el
J-FET de canal P (SF2) permite el paso de la
corriente. A partir de U_{ns,c.c.} = U_{bloqueo,c.a.} circula
una corriente a través de R2, Z3, R3 y los medios de maniobra 4. Con
ello se produce una caída de tensión positiva en R3 (s_{f1} >
0). Esta tensión controla al conmutador de desbloqueo SF1 (FET de
canal N) llevándolo al estado en el que el mismo permite el paso de
la corriente. Así pues, ambos conmutadores de desbloqueo SF1, SF2
están en el estado en el que los mismos permiten el paso de la
corriente, con lo cual se impide que la carga sea desbloqueada para
U_{nc,c.c.} = U_{arranque,c.c.}.
Para los valores de tensión más altos, por el
contrario, SF1 sigue permitiendo el paso de la corriente y Z4 llega
al estado de conducción de corriente. Esto ocasiona el incremento de
s_{f2}. En consecuencia, SF2 es llevado al estado de bloqueo, y
es desbloqueada la excitación de la carga L. Esto sucede para la
tensión U_{ns,c.c.} = U_{arranque,c.a.}. Con esta forma de
trabajo se logra que para tensión de excitación de c.c. la carga
sea desbloqueada tan sólo para U_{ns,c.c.} =
U_{arranque,c.a.}.
Así pues, con los distintos estados de maniobra
de ambos conmutadores de desbloqueo 14', 14'' (SF1, SF2) se logra
según la invención que la excitación de la carga sea desbloqueada a
un distinto nivel de tensión dependiente de la clase de
tensión.
Esto se logra gracias al hecho de que para
tensión de entrada de c.a. ambos diodos D1 y D2 cargan por separado
a ambos condensadores de circuito intermedio C1 y C2 y debido a ello
pueden identificar la tensión de excitación de c.a. Es a este
respecto esencial que la tensión producida por las semiondas
negativas en el condensador C2 impida la maniobra ya a bajos
valores de tensión. Así pues, si la tensión de excitación de c.a. es
conectada durante una semionda positiva, esta acción de bloqueo
tiene lugar solamente en el siguiente semiperiodo, debido a lo cual
la tensión en la salida se produce eventualmente por espacio de este
periodo de tiempo de un semiperiodo (10 mseg. para 50 Hz). Para
impedir esto, debe retardarse dinámicamente el desbloqueo de los
primeros medios de maniobra 4. Esto se hace con ayuda del
condensador C3.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Fig. 8 está representado un ejemplo de
realización de la circuitería del equipo de excitación según la
invención en la forma de realización según la Fig. 1.
El circuito está estructurado en esencia
análogamente al circuito según la Fig. 7, estando en paralelo con
la carga L los segundos medios de maniobra controlables 14
realizados mediante un único conmutador semiconductor controlable,
y siendo además este conmutador semiconductor gobernado por medio de
un comparador de ventana en lugar de un comparador realizado como
comparador sencillo.
\vskip1.000000\baselineskip
Para excitación por c.c., la tensión auxiliar
u_{s} del discriminador de tensión 10 es igual a cero, con lo que
el conmutador semiconductor no permite el paso de la corriente y la
corriente de carga regulada por medio de los primeros medios de
maniobra controlables 4 circula a través de la carga.
Para excitación por c.a. se produce una tensión
auxiliar u_{s} distinta de cero, con lo cual al aumentar la
tensión de excitación U_{in,c.a.} devienen también mayores la
tensión auxiliar u_{s} y la tensión continua no estabilizada
U_{ns,c.c.}. Ambas tensiones resultan de la semionda positiva y de
la semionda negativa de la tensión de entrada y son por
consiguiente poco más o menos igual de grandes.
Al aumentar la tensión, el transistor es llevado
al estado en el que permite el paso de la corriente, con lo cual
los transistores T4 y SF son maniobrados para permitir el paso de la
corriente. Así pues, no puede producirse la tensión de salida en la
carga L, porque la carga está cortocircuitada. Esto sucede para el
valor de la tensión de excitación U_{ns,c.c.} =
U_{bloqueo,c.a.}, y rigen las condiciones siguientes:
\frac{U_{bloqueo,c.a.}\frac{R_{12}}{R_{11}
+ R_{12}}-R_{BE,T3}}{R_{4}} R_{10} =
U_{BE,T4}
y
\frac{R_{10}}{R_{4}} \leq
\frac{R_{11}}{R_{12}}
U_{BE,T3} y U_{BE,T4} significan aquí las
tensiones de base-emisor de los transistores T3 y
T4. Si sigue siendo incrementada la tensión de entrada, Z2 comienza
a ser conductor y a excitar a T2. Debido al retroacoplamiento a
través de R4, es entonces bloqueado T3 y con ello T4. Así pues, no
se produce caída de tensión alguna en R3, y debido a ello es además
también bloqueado SF. En este momento se produce en la salida la
tensión de carga U_{carga}, que viene determinada por el
regulador 8 y los primeros medios de maniobra controlables 4. Esto
sucede para el valor de tensión U_{ns,c.c.} = U_{arranque,c.a.}
y puede calcularse según la fórmula
U_{arranque,c.a.} - U_{Z2} =
U_{arranque,c.a.} \frac{R_{12}}{R_{11} +
R_{12}}
siendo U_{Z2} la tensión Zener
del diodo Z2. Así pues, se ve que no está desbloqueada la tensión de
salida en la ventana de tensión U_{bloqueo,c.a.} <
U_{ns,c.c.} <
U_{arranque,c.a.}.
La presente invención no queda limitada a las
formas de realización que han sido descritas anteriormente, sino
que comprende también todas las formas de realización que tienen la
misma actuación en el sentido de la invención. Así están por
ejemplo comprendidas dentro de la presente invención también las
circuiterías con conmutador(es) de desbloqueo
conectado(s) en serie. La Fig. 1 y la Fig. 4 muestran
principios de circuitería en los que los medios de maniobra 14;
14', 14'' están conectados en paralelo con la carga L. Los medios de
maniobra 14; 14', 14'' pueden sin embargo conectarse también en
serie con la carga L. En este caso rige además la forma de trabajo
que ha sido aclarada en detalle anteriormente (a base de las Figs.
2, 3 y 5, 6 y 7). Es verdad que en lugar de las señales de
desbloqueo s_{f1} y s_{f2} deben utilizarse para la excitación
las señales negadas (invertidas) \Sigma_{f1} y
\Sigma_{f2}.
Claims (15)
1. Circuitería con dos conexiones de entrada
(A1, A2) para la conexión de una tensión de excitación
(U_{in,c.c./c.a.}) y con dos conexiones de salida (Q1, Q2) para
la conexión de una carga (L), siendo ambas entradas (A1, A2) de la
circuitería susceptibles de admitir tensiones de excitación
(U_{in,c.c./c.a.}) de distintas clases (c.a., c.c.);
caracterizada por el hecho de que:
- la carga (L) es susceptible de ser alimentada
en dependencia de un definido umbral de conexión y de un definido
umbral de desconexión de la tensión de excitación; comprendiendo
dicha circuitería:
- un módulo (2) para la conversión de la tensión
de excitación (U_{in,c.c./c.a.}) en una tensión continua
(U_{ns,c.c.}) linealmente dependiente de la misma para la
alimentación de la carga L,
- primeros medios de maniobra controlables (4)
para el cierre y la apertura del circuito de maniobra de carga,
- una unidad reguladora (6, 8) para gobernar los
primeros medios de maniobra (4) en dependencia de parámetros de
carga,
- medios (10; 10') para la discriminación de las
distintas clases de tensión de la tensión de excitación
(U_{in,c.c./c.a.}),
- medios (12; 12') para la detección del umbral
de conexión y desconexión,
- segundos medios de maniobra controlables (14;
14', 14'') para el desbloqueo o el bloqueo de la corriente de
maniobra de carga, y
- medios (9; 9') para gobernar los segundos
medios de maniobra (14; 14', 14'') en dependencia de que se
sobrepase el umbral de conexión y desconexión o no se llegue al
mismo.
2. Circuitería según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho de que el módulo (2) comprende una
conexión en serie de un diodo de D1 y un condensador C1 dispuesta
entre las conexiones de entrada A1, A2.
3. Circuitería según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada por el hecho de que los primeros medios de
maniobra controlables (4) están formados por un conmutador
semiconductor controlable conectado en serie con la carga L, y en
particular por un FET de canal N.
4. Circuitería según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que los medios (10, 10') para la discriminación de la tensión de
excitación están formados por una conexión en serie dispuesta entre
las conexiones de entrada A1, A2 con una disposición en paralelo de
un condensador C2 y un diodo Zener Z1, un diodo D2 y una
resistencia R1.
5. Circuitería según la reivindicación 4,
caracterizada por el hecho de que está conectado en paralelo
con el diodo Zener Z1 un generador de tensión que consta de una
conexión en serie del diodo Zener Z2 y de la resistencia R2, y los
diodos Zener Z1; Z2 están mutuamente en conexión por el lado del
ánodo.
6. Circuitería según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que los segundos medios de maniobra controlables (14', 14'') están
formados por dos conmutadores semiconductores controlables
conectados en serie o en paralelo con la carga L.
7. Circuitería según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que los medios (9') para gobernar los segundos medios de maniobra
(14', 14'') están formados por los medios de detección (12')
configurados como comparador y por los medios (10') para la
discriminación de la tensión de excitación.
8. Circuitería según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que los medios de detección (12') están configurados como
comparador formado a base de una conexión en serie de una
resistencia R4 y un diodo Zener Z4 que están conectados en paralelo
con el diodo Zener Z1, estando los diodos Zener Z1 y Z4 mutuamente
en conexión por el lado del cátodo.
9. Circuitería según la reivindicación 8,
caracterizada por el hecho de que el comparador está en su
punto de conexión de la resistencia R4 y del ánodo del diodo Zener
Z4 en conexión con la conexión de control de los medios de maniobra
(14'').
10. Circuitería según la reivindicación 7 u 8,
caracterizada por el hecho de que el generador de tensión
Z2, R2 está en su punto de conexión del cátodo del diodo Zener Z2 y
de la resistencia R2 en conexión con el cátodo de un diodo Zener Z3
que por el lado del ánodo está por un lado llevado a la conexión de
control de los otros medios de maniobra (14') y por otro lado y a
través de una resistencia R3 está llevado al punto de conexión de
estos medios de maniobra (14') con los primeros medios de maniobra
controlables (4).
11. Circuitería según una o varias de las
anteriores reivindicaciones 1-5,
caracterizada por el hecho de que los segundos medios de
maniobra controlables (14) están formados por un conmutador
semiconductor controlable conectado en paralelo o en serie con la
carga.
12. Circuitería según la reivindicación 11,
caracterizada por el hecho de que los medios (9) para
gobernar los medios de maniobra (14) están formados por los medios
de detección (12) configurados como comparador de ventana y los
medios (10) para la discriminación de la tensión de excitación.
13. Circuitería según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que la unidad reguladora (6, 8) está configurada para la regulación
de la corriente de carga.
14. Circuitería según la reivindicación 13,
caracterizada por un condensador C3 para el desbloqueo
retardado dinámicamente de los primeros medios de maniobra
controlables (4).
15. Circuitería según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por medios de
ajuste para la preselección de distintos niveles de tensión de la
tensión de excitación.
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