ES2645277T3 - Procedimiento de evaluación de la temperatura de un contactor electromagnético y contactor para la implementación de dicho procedimiento - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de evaluación de la temperatura de un contactor, que comprende: - una unidad (2) de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios (20) de control de la tensión aplicada a una bobina de accionamiento; - al menos una bobina (3) de accionamiento; - unos medios (24) de medición de la corriente eléctrica (I) que circula en dicha al menos una bobina (3) de accionamiento; procedimiento, caracterizado porque consiste en: - enviar una orden de cierre que consiste en aplicar una tensión a los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento lo que permite hacer evolucionar la corriente eléctrica (I) que circula en la bobina hasta un primer valor (I1) de referencia; - enviar una orden de recaída que consiste en fijar una tensión denominada de recaída en los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento; - medir la corriente eléctrica (I) que circula en dicha bobina (3) de accionamiento; - realizar la adquisición de los valores específicos sobre una señal de corriente eléctrica (I); - analizar unos valores específicos para una evaluación de la temperatura de funcionamiento de la bobina (3) de accionamiento.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento de evaluacion de la temperatura de un contactor electromagnetico y contactor para la implementacion de dicho procedimiento
Campo tecnico de la invencion
La invencion se refiere a un procedimiento de evaluacion de la temperatura de un contactor que comprende una unidad de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios de control de la tension de una bobina de accionamiento. Unos medios de medicion miden una corriente electrica que circula en la bobina de accionamiento.
La invencion se refiere tambien a un contactor para la implementacion de dicho procedimiento. El contactor incluye un actuador electromagnetico que tiene una culata magnetica y un nucleo ferromagnetico movil, unos medios de control de una bobina de accionamiento. Unos medios de medicion miden una corriente electrica en la bobina de accionamiento.
Estado de la tecnica anterior
Los contactores electricos son unos productos sensibles a la temperatura. En particular, en la fase de cierre de los contactos de potencia, una temperatura demasiado elevada puede generar un fallo. En efecto, cuando se aplica al contactor la tension de control, el comportamiento dinamico de la parte movil del contactor depende de la resistencia electrica de la bobina. Ahora bien, esta depende de la temperatura. De ese modo, cuando la temperatura es demasiado elevada, existe un riesgo de que los contactos de potencia tengan dificultad para cerrarse, implicando unos rebotes de contactos, que pueden generar hasta la soldadura de estos contactos y la imposibilidad de abrir el contactor a continuacion. Por otro lado, en fase de mantenimiento, puede producirse un calentamiento del contactor en el curso del funcionamiento (por ejemplo: calentamiento de los bornes de conexion debido a mala sujecion, o calentamiento de los terminales de potencia cuando el contactor esta sometido a una corriente de potencia demasiado elevada, o calentamiento del tablero en el que esta instalado, o maniobras de cierre/apertura demasiado proximas y demasiado frecuentes, etc.). Ahora bien, un calentamiento demasiado elevado del producto puede implicar hasta una fundicion parcial de los soportes plasticos lo que puede impedir el desplazamiento de las partes moviles y en el peor de los casos bloquear la apertura de los contactos de potencia.
Por esta razon, ciertos contactores electricos integran hoy en dfa un detector de temperatura asociado a unos medios de tratamiento. Unos procedimientos de seguimiento de la temperatura de un contactor estan llamados a ser implementados cada vez mas frecuentemente en los medios de tratamiento de los contactores principalmente con el fin de prever un mantenimiento adaptado en el curso de la utilizacion de dicho contactor. La utilizacion de un detector de temperatura presenta el inconveniente de medir una temperatura local que no corresponde en general realmente a la temperatura de la bobina del contactor. Ahora bien, los riesgos de no funcionamiento, en fase de llamada o de mantenimiento, estan muy vinculados al valor de la temperatura de la bobina. Ademas, la implementacion de estos procedimientos de evaluacion de la temperatura local basada en la utilizacion de captadores espedficos, implican generalmente unos costes suplementarios frecuentemente prohibitivos para una utilizacion industrial de los productos. Un procedimiento de ese tipo y contactor de ese tipo son conocidos por el documento US 2008/074215 A1.
Exposicion de la invencion
La invencion se dirige por tanto a solucionar los inconvenientes del estado de la tecnica, de manera que propone un procedimiento de evaluacion de la temperatura de un contactor, basado en la determinacion de la temperatura de la bobina sin captador anadido.
El procedimiento segun la invencion consiste en:
- enviar una orden de cierre que consiste en aplicar una tension a los bornes de la bobina de accionamiento lo que permite hacer evolucionar la corriente electrica que circula en la bobina hasta un primer valor de referencia;
- enviar una orden de recafda que consiste en fijar una tension denominada de recafda en los bornes de la bobina de accionamiento;
- medir la corriente electrica que circula en dicha bobina de accionamiento;
- realizar la adquisicion de los valores espedficos sobre una senal de corriente electrica;
- analizar unos valores espedficos para una evaluacion de la temperatura de funcionamiento de la bobina de accionamiento.
Segun un primer modo de desarrollo de la invencion, la fase de adquisicion de valores espedficos en la senal de corriente electrica que circula en la bobina de accionamiento consiste en determinar un segundo valor de referencia de la corriente electrica, siendo alcanzado el segundo valor de referencia despues de un tiempo de decrecimiento.
Segun un modo particular, el procedimiento consiste en determinar un segundo valor de referencia igual al valor de la corriente electrica que circula en la bobina de accionamiento despues de un tiempo de decrecimiento determinado, siendo el segundo valor de referencia inferior al primer valor de referencia.
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Segun otro modo particular, el procedimiento consiste en determinar un tiempo de decrecimiento de la corriente electrica que circula en la bobina de accionamiento para alcanzar un valor de corriente electrica, fijandose el segundo valor de referencia y siendo inferior al primer valor de referencia.
Segun este primer modo de realizacion, el procedimiento consiste en determinar el valor de la resistencia de la bobina de accionamiento a partir del primer y segundo valores de referencia y del tiempo de decrecimiento, expresandose dicha resistencia de la bobina de accionamiento bajo la forma de la ecuacion:
(|2 + Ubob/(Rbob+ Reps)) / (|1 + Ubob/(Rbob+ Reps)) _ exp(-DT x Rbob/ Lbob)
en la que:
- Ubob: igual a la tension de la bobina;
- Reps: igual a la suma de las resistencias suplementarias presentes en el circuito electronico;
- Lbob: auto-inductancia de la bobina;
- DT = t2 -11, correspondiente a la duracion que separa los instantes en los que la corriente pasa por los dos valores de referencia I1 e I2, durante su decrecimiento.
Ventajosamente, el procedimiento consiste en evaluar la temperatura del contactor en funcion de la resistencia de la bobina de accionamiento, expresandose la temperatura de la bobina de accionamiento bajo la forma de la ecuacion:
T. . - T. . J. Rbob ! Rinic ~ 1 I bob = I inic +-----------------
a
en la que:
- a: coeficiente termico de la resistencia electrica (aproximadamente 0,004)
- RiniC: igual a una resistencia de la bobina a una temperatura denominada inicial T inic
- Tinic: igual a la temperatura denominada inicial generalmente igual a una temperatura ambiente.
Segun un segundo modo de desarrollo de la invencion, la fase de adquisicion de los valores espedficos en la senal de corriente electrica que circula en la bobina de accionamiento consiste en identificar una curva de decrecimiento de la corriente electrica en dicha bobina entre el primer valor de referencia y un segundo valor de referencia.
Ventajosamente, la fase de analisis y de evaluacion consiste en comparar dicha curva de decrecimiento con un patron de funcionamiento espedfico del contactor, siendo entonces la evaluacion de la resistencia de la temperatura del contactor funcion del posicionamiento de dicha curva de decrecimiento con relacion a dicho patron.
Segun una variante de realizacion, la etapa que consiste en enviar una orden de recafda fijando una tension denominada de recafda en los bornes de la bobina de accionamiento es precedida por una fase de estabilizacion de la corriente electrica.
Ventajosamente, la corriente electrica se estabiliza en el primer valor de referencia.
Preferentemente, la tension de recafda se fija por el diodo de rueda libre, estando la bobina de accionamiento en modo “rueda libre” durante todo el tiempo de decrecimiento.
El contactor segun la invencion para la implementacion del procedimiento de evaluacion de la temperatura tal como se ha definido en el presente documento anteriormente comprende una unidad de tratamiento que tiene:
- unos medios para realizar la adquisicion de valores espedficos sobre una senal de la corriente electrica;
- unos medios para analizar unos valores espedficos para una evaluacion de la temperatura de funcionamiento de la bobina de accionamiento.
El contactor incluye tambien al menos un diodo de rueda libre conectado en paralelo con dicha al menos una bobina de accionamiento y los medios de medicion.
Breve descripcion de las figuras
Surgiran mas claramente otras ventajas y caractensticas a partir de la descripcion que seguira de modos particulares de realizacion de la invencion, dados a tftulo de ejemplo no limitativo, y representados en los dibujos adjuntos en los que:
las figuras 1 y 2 representan unos esquemas electricos funcionales de circuitos de control y de regulacion adaptados para la implementacion de un procedimiento de evaluacion segun los diferentes modos de realizacion de la invencion;
la figura 3 representa unas curvas de evolucion de la corriente medidas en el transcurso del procedimiento de evaluacion de la temperatura de un contactor en diferentes estados de funcionamiento;
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la figura 4 representa unas curvas de evolucion de una corriente de reca^da y patron correspondientes respectivamente a las curvas de evolucion teoricas para un contactor que funciona con unas temperatures mrnima y maxima toleradas;
la figura 5 representa un esquema de principio de un actuador de contactor segun un modo de realizacion de la invencion.
Descripcion detallada de un modo de realizacion
El procedimiento de evaluacion de la temperatura en un estado de funcionamiento de un contactor segun la invencion esta destinado particularmente a un contactor que tiene un actuador electromagnetico que comprende un circuito magnetico formado por una culata 4 magnetica y una parte 5 movil ferromagnetica (figura 6). El desplazamiento de la parte movil esta controlado por al menos una bobina 3 de accionamiento conectada a un primer y segundo bornes B1, B2 de alimentacion a traves de medios 20 de control de la tension de la bobina. Una unidad 2 de tratamiento esta destinada a actuar sobre los medios 20 de control de la tension de la bobina, tales como particularmente unos transistores de tipo MOS o de tipo IGBT.
El procedimiento de evaluacion de temperatura en un estado de funcionamiento del contactor incluye cuatro etapas sucesivas.
- Una fase de preparacion de la bobina 3 de accionamiento;
- Una fase de medicion de la corriente electrica I en la bobina 3 de accionamiento con unos medios 24 de medida;
- Una fase de adquisicion de valores espedficos sobre la senal de corriente electrica I que circula en la bobina 3 de accionamiento.
- Una fase de analisis de los valores espedficos para una evaluacion de la temperatura de funcionamiento de la bobina 3 de accionamiento.
La fase de preparacion consiste en un primer tiempo en enviar una orden de cierre que consiste en aplicar una tension U a los bornes L1, L2 de la bobina 3 de accionamiento para hacer evolucionar la corriente electrica I que circula en la bobina hasta un primer valor I1 de referencia. La fase de preparacion consiste a continuacion en enviar una orden de recafda que consiste en fijar una tension denominada de recafda en los bornes L1, L2 de la bobina 3 de accionamiento. De manera ventajosa, la fase de preparacion puede integrar una fase de estabilizacion. En efecto, la corriente 1 puede estabilizarse en dicho valor I1 de referencia durante un tiempo suficiente para permitir que el flujo magnetico en el actuador se estabilice por sf mismo. Despues de esta fase intermedia de estabilizacion, puede enviarse a continuacion la orden de recafda.
La fase de medida consiste en medir el decrecimiento de la corriente electrica en la bobina de accionamiento hasta que la corriente electrica alcance un segundo valor I2 de referencia.
Segun un primer modo preferido de realizacion de la invencion, la fase de adquisicion de los valores espedficos en la senal de corriente electrica I que circula en la bobina 3 de accionamiento consiste en determinar un segundo valor I2 de referencia de la corriente electrica. El segundo valor I2 de referencia se alcanza despues de un tiempo DT de decrecimiento.
Segun un primer modo particular de realizacion del primer modo preferido, el procedimiento consiste en fijar un tiempo DT de decrecimiento y en adquirir el segundo valor I2 de referencia.
Segun un segundo modo particular de realizacion del primer modo preferido, el procedimiento consiste en fijar el segundo valor I2 de referencia y en adquirir el tiempo dT de decrecimiento necesario para que la corriente electrica I pase de un primer valor I1 de referencia a un segundo valor I2 de referencia.
La fase de analisis y de evaluacion consiste entonces en determinar a partir del primer y segundo valores I1, I2 de referencia y del tiempo DT de decrecimiento, la resistencia Rbob de la bobina 3 de accionamiento. Segun este primer modo de realizacion, la evaluacion de la temperatura del contactor es funcion de dicha resistencia Rbob de la bobina de accionamiento.
La ecuacion del decrecimiento de la corriente es la siguiente:
I(t) _ (I1 + Ubob / (Rbob + Reps)) x exp(-(t - t1) x Rbob/ Lbob) Ubob / (Rbob + Reps)
siendo
- Ubob igual a la tension de la bobina;
- Reps igual a la suma de las resistencias suplementarias presentes en el circuito electronico, tales como la resistencia de los medios 24 de medida y/o la resistencia del conmutador en el estado pasante;
- Lbob: autoinduccion de la bobina;
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- t1 un tiempo de medida del decrecimiento de la corriente, para el que el valor de la corriente es I1.
Si el tiempo de medida es igual al valor t2, entonces el segundo valor I2 de referencia puede escribirse bajo la forma siguiente:
I2 — (M + Ubob / (Rbob + Reps)) _ eXp(-DT X Rbob / Lbob) Ubob / (Rbob + Reps)
Siendo DT — t2 -11, correspondiente a la duracion que separa los instantes en los que la corriente pasa por los dos valores I1 e I2 de referencia, durante su decrecimiento.
Lo que se escribe tambien:
(|2 + Ubob / (Rbob + Reps)) / (|1 + Ubob / (Rbob + Reps)) — eXp(-DT x Rbob / Lbob)
De ese modo, la evolucion de la corriente I en una bobina 3 de accionamiento sometida a una tension Ubob de recafda conocida, esta vinculada directamente a la resistencia Rbob de dicha bobina. Los otros parametros son fijos o conocidos.
La fase de evaluacion de la temperatura se realiza gracias al conocimiento de Rbob. La temperatura de la bobina de accionamiento 3 se expresa en la forma de la ecuacion:
T. . - T. . J. Rbob / Rinic ~ 1 I bob — I inic +-----------------
a
en la que:
- a: coeficiente termico de la resistencia electrica (aproximadamente 0,004 K-1)
- RiniC: igual a una resistencia de la bobina a una temperatura denominada inicial T inic
- Tinic: igual a la temperatura denominada inicial generalmente igual a una temperatura ambiente.
Segun un segundo modo preferido de realizacion de la invencion, la fase de adquisicion de los valores espedficos en la senal de corriente electrica I que circula en la bobina 3 de accionamiento consiste en identificar una curva de decrecimiento Si de la corriente electrica I en la bobina 3 de accionamiento entre el primer valor I1 de referencia y un segundo valor I2 de referencia. La fase de analisis y evaluacion consiste entonces en comparar dicha curva Si de decrecimiento con un patron G1 de funcionamiento espedfico del contactor. Como se ha representado en la figura 4, el patron de funcionamiento G1 incluye dos curvas de decrecimiento teorico Simax, Simin.
Una primera curva de decrecimiento teorico Simax corresponde a un contactor que funciona a una temperatura minima aceptable.
Una segunda curva de decrecimiento teorico Simin corresponde a un contactor que funciona a una temperatura maxima aceptable.
La evaluacion de la temperatura del contactor es entonces funcion del posicionamiento de dicha curva de decrecimiento Si con relacion a las dos curvas de decrecimiento teoricas del patron G1.
El contactor para la implementacion del procedimiento segun la invencion incluye entonces unos medios 24 de medicion de la corriente electrica I, que circula en la bobina 3 de accionamiento (figura 1). Dichos medios pueden incluir una derivacion resistiva colocada en serie con la bobina 3 de accionamiento. Finalmente, se conecta un diodo D1 de rueda libre en paralelo con el conjunto constituido por dicha al menos una bobina 3 de accionamiento, y por el medio 24 de medicion de la corriente electrica I.
Unos medios 20 de control envfan una orden de recafda que consiste en fijar una tension denominada de recafda en los bornes L1, L2 de la bobina 3 de accionamiento. La tension de recafda se fija entonces por el diodo D1 de rueda libre. La bobina esta entonces el modo “rueda libre” durante la fase de medicion.
Segun una variante de realizacion, puede conectarse eventualmente un diodo Zener Dz en serie con la bobina 3 de accionamiento. Segun la figura 2, el diodo Zener Dz se inserta preferentemente en serie con la bobina 3 de accionamiento y los medios 24 de medicion de la corriente electrica I. Unos medios 21 de derivacion conectados en paralelo con dicho diodo son adecuados para derivar dicho diodo Zener mientras que estos ultimos estan en una posicion cerrada. La tension de recafda puede fijarse entonces por el diodo “Zener”, estando los medios 21 de “derivacion” en una posicion abierta. La bobina esta entonces en modo “Zener” durante la fase de medida.
Como se ha representado en la figura 3, el procedimiento de evaluacion de temperatura segun la invencion puede aplicarse al inicio de la fase de cierre de un contactor de manera que pueda impedirse el cierre de este ultimo, si las condiciones de temperatura son desfavorables. Por otro lado, el procedimiento de evaluacion de temperatura segun la invencion puede aplicarse tambien de manera periodica durante la fase de mantenimiento del contactor electromagnetico en posicion cerrada, de manera que se informe regularmente del estado termico.
Claims (12)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Procedimiento de evaluacion de la temperatura de un contactor, que comprende:- una unidad (2) de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios (20) de control de la tension aplicada a una bobina de accionamiento;- al menos una bobina (3) de accionamiento;- unos medios (24) de medicion de la corriente electrica (I) que circula en dicha al menos una bobina (3) de accionamiento;procedimiento, caracterizado porque consiste en:- enviar una orden de cierre que consiste en aplicar una tension a los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento lo que permite hacer evolucionar la corriente electrica (I) que circula en la bobina hasta un primer valor (I1) de referencia;- enviar una orden de recafda que consiste en fijar una tension denominada de recafda en los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento;- medir la corriente electrica (I) que circula en dicha bobina (3) de accionamiento;- realizar la adquisicion de los valores espedficos sobre una senal de corriente electrica (I);- analizar unos valores espedficos para una evaluacion de la temperatura de funcionamiento de la bobina (3) de accionamiento.
- 2. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la fase de adquisicion de valores espedficos en la senal de corriente electrica (I) que circula en la bobina (3) de accionamiento consiste en determinar un segundo (I2) valor de referencia de la corriente electrica, siendo alcanzado el segundo valor (I2) de referencia despues de un tiempo (DT) de decrecimiento.
- 3. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 2, caracterizado porque consiste en determinar un segundo valor (12) de referencia igual al valor de la corriente electrica (I) que circula en la bobina (3) de accionamiento despues de un tiempo (DT) de decrecimiento determinado, siendo el segundo valor (I2) de referencia inferior al primer valor (I1) de referencia.
- 4. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 2, caracterizado porque consiste en determinar un tiempo (DT) de decrecimiento de la corriente electrica (I) que circula en la bobina (3) de accionamiento para alcanzar un valor (I2) de corriente electrica, estando fijado el segundo valor (I2) de referencia y siendo inferior al primer valor (I1) de referencia.
- 5. Procedimiento de evaluacion segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque consiste en determinar el valor de la resistencia (Rbob) de la bobina (3) de accionamiento a partir del primer y segundo (I1, I2) valores de referencia y del tiempo (DT) de decrecimiento, expresandose dicha resistencia (Rbob) de la bobina de accionamiento bajo la forma de la ecuacion:(I2 + Ubob/(Rbob+ Reps)) / (I1 + Ubob/(Rbob+ Reps)) _ exp(-DT x Rbob/ Lbob)en la que:- Ubob: igual a la tension de la bobina;- Reps: igual a la suma de las resistencias suplementarias presentes en el circuito electronico;- Lbob: auto-inductancia de la bobina.
- 6. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 5, caracterizado porque consiste en evaluar la temperatura del contactor en funcion de la resistencia (Rbob) de la bobina de accionamiento, expresandose la temperatura de la bobina (3) de accionamiento bajo la forma de la ecuacion:T. . - T. . j. Rbob ! Rinic ~ 1 I bob = I inic +-----------------aen la que:- a: coeficiente termico de la resistencia electrica (aproximadamente 0,004)- RiniC: igual a una resistencia de la bobina a una temperatura denominada inicial T inic- Tinic: igual a la temperatura denominada inicial generalmente igual a una temperatura ambiente.
- 7. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la fase de adquisicion de los valores espedficos en la senal de corriente electrica (I) que circula en la bobina (3) de accionamiento consiste en identificar una curva (Si) de decrecimiento de la corriente electrica I en dicha bobina entre el primer valor (I1) de referencia y un segundo valor (12) de referencia.51015202530
- 8. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 7, caracterizado porque la fase de analisis y de evaluacion consiste en comparar dicha curva (Si) de decrecimiento con un patron (G1) de funcionamiento espedfico del contactor, siendo entonces la evaluacion de la resistencia de la temperatura del contactor funcion del posicionamiento de dicha curva de decrecimiento con relacion a dicho patron (Gl).
- 9. Procedimiento de evaluacion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa que consiste en enviar una orden de recafda fijando una tension denominada de recafda en los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento es precedida por una fase de estabilizacion de la corriente electrica (I).
- 10. Procedimiento de evaluacion segun la reivindicacion 9, caracterizado porque la corriente electrica (I) se estabiliza en el primer valor (I1) de referencia.
- 11. Procedimiento de evaluacion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tension de recafda se fija por el diodo (D1) de rueda libre, estando la bobina (3) de accionamiento en modo “rueda libre” durante todo el tiempo (DT) de decrecimiento.
- 12. Contactor para la implementacion del procedimiento de evaluacion de la temperatura segun las reivindicaciones 1 a 11, que incluye:- un actuador electromagnetico que tiene una culata (4) magnetica y un nucleo (5) ferromagnetico movil;- unos medios (20) de control de una bobina de accionamiento;- una bobina (3) de accionamiento conectada a los medios (20) de control;- unos medios (24) de medicion de la corriente electrica (I) en la bobina (3) de accionamiento;- una unidad (2) de tratamiento destinada a actuar sobre unos medios (20) de control de una tension aplicada a una bobina de accionamiento del contactor caracterizado porque al menos se conecta un diodo (D1) de rueda libre en paralelo con el conjunto constituido por dicha al menos una bobina (3) de accionamiento y los medios (24) de medicion de la corriente electrica (I) y porque la unidad (2) de tratamiento comprende:- unos medios para enviar una orden de cierre que consiste en aplicar una tension a los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento que permita hacer evolucionar la corriente electrica (I) que circula en la bobina hasta un primer valor (I1) de referencia;- unos medios para enviar una orden de recafda que consiste en fijar una tension denominada de recafda en los bornes (L1, L2) de la bobina (3) de accionamiento;- unos medios para medir la corriente electrica (I) que circula en dicha bobina (3) de accionamiento;- unos medios para realizar la adquisicion de valores espedficos sobre una senal de la corriente electrica (I);- unos medios para analizar unos valores espedficos para una evaluacion de la temperatura de funcionamiento de la bobina (3) de accionamiento.
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