ES2651740T3

ES2651740T3 - Contactor eléctrico

Info

Publication number: ES2651740T3
Application number: ES14194896.8T
Authority: ES
Inventors: Richard Connell
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2018-01-29
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: GB2520572A; PL2876663T3; US9607780B2; EP2876663A2; EP2876661A3; EP2876662A2; CN104681358A; US9490083B2; GB201402102D0; US20150145621A1; CN104681314A; CN104681353A; EP2876663A3; EP2876662B1; US20150146337A1; EP2876661A2; US9613767B2; EP2876663B1; PL2876661T3; ES2647931T3

Abstract

Un contactor eléctrico para conmutar una corriente de carga que tiene una forma de onda de CA, que comprende: un contacto eléctrico fijo (32), un contacto eléctrico móvil (50), un accionador eléctrico de enclavamiento magnético (64) que tiene una bobina de accionamiento (68) accionable abrir y cerrar los contactos eléctricos móviles y fijos (32, 50) y una fuente de alimentación (P), donde la fuente de alimentación incluye un controlador para emitir pulsos de accionamiento de forma de onda truncada al actuador eléctrico (64), para evitar separación del contacto antes de un pico en la forma de onda de CA de la corriente de carga; y en el que el controlador sincroniza un retardo dinámico (DD) de un tiempo de apertura y / o cierre de los contactos (32, 50) del contactor eléctrico con un punto de cruce de cero (A) de una forma de onda de carga del pulso de accionamiento; y caracterizado porque la bobina de accionamiento (68) comprende una primera bobina de accionamiento (80) accionable para abrir y cerrar los contactos eléctricos móviles y fijos (32, 50), y una segunda bobina de no accionamiento (82) que está conectada por realimentación a un centro común de CA (84) de la bobina de accionamiento (68) para inducir un flujo inverso para moderar y estabilizar un flujo neto, permitiendo así el control de un tiempo de retardo de la apertura y cierre de los contactos eléctricos (32, 50).

Description

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DESCRIPCION

Contactor electrico CAMPO DE LA INVENClON

[0001] La presente invencion se refiere a un contactor electrico, particularmente pero no necesariamente exclusivamente para contactores de conmutacion de CA moderada empleados en contadores de electricidad modernos, denominados "contadores inteligentes", para realizar una funcion de desconexion de carga a voltajes de red domesticos normales de suministro, siendo tfpicamente de 100 V CA a 250 V CA.

ANTECEDENTES DE LA INVENClON

[0002] La invencion tambien puede referirse a un contactor electrico de un interruptor de corriente moderada, preferiblemente alterna, que puede estar sometido a una condicion de fallo de cortocircuito que requiere que los contactos no se suelden. En esta condicion de fallo de contacto soldado, se suministra electricidad no medida. Esto puede ocasionar un peligro de descarga electrica que pone en peligro la vida, si la conexion de carga que se piensa que esta desconectada todavfa esta activa a 230 V CA. Ademas, la presente invencion se refiere a un contactor electrico y / o a metodos que reducen la erosion por contacto, arco y / o soldadura por puntos.

[0003] Ademas, es un requisito que la temporizacion de apertura y cierre de los contactos electricos en dicho interruptor de corriente moderada debe controlarse de forma mas precisa para reducir o evitar el dano por arco electrico, aumentando asf su vida operativa.

[0004] El termino "moderado" pretende significar menos de o igual a 120 amperios.

[0005] Se sabe que muchos contactores electricos son capaces de conmutar corriente nominal a, por ejemplo, 100 A, para una gran cantidad de ciclos de carga de conmutacion. Los contactos del interruptor utilizan una aleacion de plata adecuada que evita la soldadura discontinua. El brazo del interruptor que lleva el contacto movil debe configurarse para ser facilmente accionado para la funcion de desconexion, con un autocalentamiento mfnimo a las corrientes nominales correspondientes.

[0006] La mayorfa de las especificaciones de contador estipula una conmutacion satisfactoria a la corriente nominal a lo largo de la vida operativa del dispositivo sin la soldadura de contactos. Sin embargo, tambien se requiere que, en condiciones de fallo de cortocircuito moderado, los contactos no deben soldarse y deben abrirse en el siguiente accionamiento de pulso accionado por actuador. En condiciones mayores de fallo de cortocircuito franco relacionadas, se estipula que los contactos del interruptor pueden soldarse con seguridad. En otras palabras, el conjunto de contactos moviles debe permanecer intacto, y no debe explotar ni emitir ningun material fundido peligroso durante el intervalo de cortocircuito franco, hasta que los fusibles de proteccion se rompan o los interruptores se desprendan y desconecten la fuente de alimentacion de la carga. Esta duracion del cortocircuito suele ser de solo un medio ciclo de la red electrica, pero en ciertos territorios se requiere que esta duracion del cortocircuito pueda ser de hasta cuatro ciclos completos.

[0007] En Europa, y en la mayorfa de los demas pafses, el suministro dominante de desconexion de contadores es monofasico de 230 V CA a 100 A, y mas recientemente 120 A, de acuerdo con la especificacion IEC 62055-31. Los aspectos de seguridad tecnica tambien estan cubiertos por otras especificaciones relacionadas como UL 508, ANSI C37.90.1, IEC 68-2-6, IEC 68-2-27, IEC 801.3.

[0008] Hay muchos contactores de desconexion de contador de corriente moderada conocidos que pretenden satisfacer los requisitos de especificacion IEC, que incluyen soportar fallos de cortocircuito y corriente nominal a lo largo de la vida operativa del dispositivo. Los parametros de limitacion tambien pueden estar relacionados con un pais particular, donde el suministro de CA puede ser monofasico con una corriente nominal en un rango de 40 a 60 amperios en el extremo inferior y hasta 100 amperios o mas recientemente hasta un maximo de 120 Amperios Para estas aplicaciones de medicion, el requisito basico de desconexion es para un contactor electrico compacto y robusto que se pueda incorporar facilmente en una carcasa relevante de contador.

[0009] En el contexto de la especificacion IEC 62055-31, la situacion es mas compleja. Los contadores estan configurados y designados para una de varias Categorfas de Utilizacion (UC) que representan un nivel de robustez con respecto a la resistencia a nivel de fallo de cortocircuito, segun lo determinado por las pruebas llevadas a cabo para calificacion aceptable o aprobacion. Estos niveles de fallo son independientes de la clasificacion de corriente nominal del contador.

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[0010] Se conoce un dispositivo de conmutacion electrico que utiliza un unico brazo movil que tiene un contacto electrico movil sobre el mismo que se puede mover para acoplarse con un contacto electrico fijo. Sin embargo, es muy diffcil equilibrar las fuerzas de repulsion y contacto con las fuerzas de los brazos moviles a altas corrientes. Ademas, al tratarse de un solo brazo o lamina movil relativamente rfgida, la actuacion presenta un gran desaffo con los variadores de velocidad en una carcasa pequena.

[0011] Los niveles exigidos de UC no soldados tambien son muy desafiantes, independientemente de si el interruptor se esta cerrando o transportando las corrientes de cortocircuito. En la mayorfa de los casos, la muy alta densidad de corriente durante una condicion de cortocircuito en el punto de contacto de contacto unico puede crear facilmente soldaduras por puntos.

[0012] Tambien se sabe que, para reducir los efectos de calentamiento de alta corriente, el unico brazo movil puede dividirse en dos. Sin embargo, esto no supera el problema asociado con la actuacion simultanea de los brazos o laminas para abrirse y cerrarse. Esto puede conducir a graves desequilibrios dentro del conjunto de contactos y el actuador, lo que produce descargas, vibraciones y rebotes de contacto.

[0013] La presente invencion busca proporcionar soluciones a estos problemas.

[0014] El documento WO02 / 082485 divulga un dispositivo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 y un metodo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 7.

RESUMEN DE LA INVENCION

[0015] De acuerdo con un primer aspecto de la invencion, se proporciona un contactor electrico que comprende: un contacto electrico fijo, un contacto electrico movil, una disposicion de actuador electrico de enclavamiento magnetico que tiene una bobina de accionamiento accionable para abrir y cerrar los contactos de la instalacion electrica movil y fija, y una fuente de alimentacion que tiene un controlador para enviar pulsos de accionamiento de forma de onda truncada a la disposicion de actuador electrico, para evitar la separacion del contacto antes de la corriente de carga maxima; en el que el controlador sincroniza o sustancialmente sincroniza un retardo dinamico de un tiempo de apertura y / o cierre de los contactos electricos del contactor electrico con un punto de cruce de cero de una forma de onda de carga del pulso de accionamiento. La bobina de accionamiento comprende una primera bobina de accionamiento accionable para abrir y cerrar el contacto electrico fijo y movil, y una segunda bobina de no-accionamiento que esta conectada a un centro comun AC + de la bobina de accionamiento para inducir un flujo inverso para moderar y estabilizar un flujo neto, permitiendo asf el control de un tiempo de retardo de la apertura y cierre de los contactos electricos.

[0016] El controlador puede controlar preferiblemente una temporizacion de una corriente aplicada en base a una forma de onda de corriente, mas preferiblemente en base a una forma de onda de corriente alterna.

[0017] El pulso de accionamiento de forma de onda truncada puede tener una forma de onda de corriente de medio ciclo o mas preferiblemente un pulso de accionamiento de forma de onda truncada distinta de una forma de onda de corriente de ciclo completo y medio ciclo, y lo mas preferiblemente una forma de onda de corriente de cuarto de ciclo correspondiente a la corriente de carga maxima.

[0018] De acuerdo con un segundo aspecto de la invencion, se proporciona un metodo para limitar o evitar el rebote de contacto electrico y la duracion del arco, comprendiendo el metodo la etapa de accionar un actuador electrico para abrir y cerrar contactos electricos de un contactor electrico, aplicandose un pulso de accionamiento para accionar el accionador electrico que tiene una forma de onda truncada; y sincronizar o sincronizar sustancialmente un retardo dinamico de un tiempo de apertura y / o cierre de los contactos electricos del contactor electrico con un punto de cruce por cero de una forma de onda de carga del pulso de accionamiento. La bobina de accionamiento comprende una primera bobina de accionamiento accionable para abrir y cerrar contactos electricos moviles y fijos, y una segunda bobina de no-accionamiento que esta conectada por retroalimentacion a un centro Ac + comun de la bobina de accionamiento para inducir un flujo inverso para templar y estabilizar un flujo neto, permitiendo asf el control de un tiempo de retardo de la apertura y cierre de los contactos electricos.

[0019] Preferiblemente, la forma de onda truncada puede basarse en una corriente de carga maxima, o mas preferiblemente una forma de onda de CA truncada correspondiente a la corriente de carga maxima.

[0020] Segun un aspecto no de acuerdo con la presente invencion, se proporciona un metodo para controlar el cierre de contacto electrico y el retardo de apertura, comprendiendo el metodo la etapa de accionar un actuador electrico para abrir y cerrar contactos electricos de un contactor electrico, aplicandose un pulso de accionamiento para accionar el accionador electrico que tiene una forma de onda truncada.

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[0021] Preferiblemente, la forma de onda truncada puede basarse en una corriente de carga maxima, o mas preferiblemente una forma de onda de CA truncada correspondiente a la corriente de carga maxima. Opcionalmente, la forma de onda se trunca en el pico de la corriente de carga.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

[0022] Se describiran ahora realizaciones preferidas de la invencion, solo a modo de ejemplo, con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos. En las figuras, estructuras, elementos o partes identicas que aparecen en mas de una figura generalmente estan etiquetadas con el mismo numero de referencia en todas las figuras en las que aparecen. Las dimensiones de los componentes y las caracterfsticas que se muestran en las figuras generalmente se eligen por conveniencia y claridad de presentacion y no se muestran necesariamente a escala. Las figuras se enumeran a continuacion.

La figura 1 es una vista en planta esquematica de una primera realizacion de un contactor electrico, de acuerdo con la presente invencion y que utiliza un conjunto de contactos electricos moviles de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion, mostrado en un estado de contactos abiertos;

la figura 2 es una vista similar a la figura 1 del contactor electrico, mostrada en un estado de contactos cerrados;

la Figura 3a es una vista en planta de dos brazos moviles del conjunto de contactos del contactor electrico, que se muestra en la Figura 1;

la Figura 3b es una vista lateral de un brazo movil con tendencia a abrirse mostrado en la Figura 3a, junto con un resorte de lamina que forma un dispositivo de empuje;

la figura 4 es un diagrama de circuito generalizado del contactor electrico, que muestra un accionador con conexion de realimentacion accionado para cerrar los contactos; la Figura 5 representa graficamente el control adicional sobre el cierre de los contactos proporcionado por el contactor electrico;

la Figura 6 es un diagrama de circuito generalizado del contactor electrico, similar al de la Figura 4 y que muestra el actuador con una conexion de realimentacion accionada para abrir los contactos;

la Figura 7, de manera similar a la Figura 5, representa graficamente el control adicional sobre la apertura de los contactos proporcionado por el contactor electrico;

la Figura 8 representa graficamente el control adicional sobre preferiblemente el cierre de los contactos segun se acciona mediante un pulso de accionamiento de medio ciclo; la Figura 9, de manera similar a la Figura 8, representa graficamente el control adicional sobre preferiblemente el cierre del contacto segun se acciona por un pulso de accionamiento de un cuarto de ciclo; y

la Figura 10 es una vista en planta esquematica de una segunda realizacion de un contactor electrico, de acuerdo con la presente invencion y que utiliza un conjunto de contactos electricos moviles de acuerdo con el segundo aspecto de la invencion, mostrado en un estado de contactos cerrados.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

[0023] Con referencia en primer lugar a las Figuras 1 a 7 de los dibujos, se muestra una primera realizacion de un contactor electrico, mostrado globalmente en 10 y en este caso siendo un dispositivo de un solo polo, que comprende terminales primero y segundo 12, 14, una barra colectora 16, y dos brazos moviles 18, 20 montados en la barra colectora 16.

[0024] Los terminales primero y segundo 12, 14 se extienden desde una carcasa de contactor 22, y estan montados en una base de carcasa 24 y / o una pared perimetral vertical 26 de la carcasa de contactor 22. La tapa de la carcasa no se muestra para mayor claridad.

[0025] El primer terminal 12 incluye una primera placa terminal 28 y un elemento fijo, preferiblemente electricamente conductor 30, que se extiende desde la primera placa terminal 28 a la carcasa del contactor 22. Al menos uno, y en este caso dos, contactos electricos fijos 32 estan provistos en o adyacentes a un extremo distal del elemento fijo 30. Aunque se proporcionan dos contactos electricos fijos 32 que estan separados entre si, es factible que se pueda proporcionar un solo contacto electrico fijo como una tira que acomode ambos brazos moviles 18, 20. Sin embargo, esto probablemente aumentarfa una cantidad de material de contacto requerido, y por lo tanto puede no ser preferible.

[0026] El segundo terminal 14, que esta separado del primer terminal 12, incluye una segunda placa terminal 34 que se extiende desde la carcasa del contactor 22 y que se comunica electricamente con la barra colectora 16.

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[0027] La barra colectora 16 es una tira simple electricamente conductora monolftica alargada rfgida, de material, tfpicamente metalico, que se extiende desde la segunda placa terminal 34 en o adyacente a una pared lateral 36 de la carcasa del contactor 22 a una pared lateral opuesta 38 de la carcasa del contactor 22. Para aumentar adicionalmente una longitud que facilita la estabilidad termica en los brazos moviles 18, 20, la porcion del extremo posterior distal 40 de la barra colectora 16 alejada de la segunda placa del terminal 34 puede curvarse para terminar en o adyacente a una primera pared extrema 42, a lo largo de la cual se extiende preferiblemente el elemento fijo 30.

[0028] Los dos brazos moviles 18, 20 estan acoplados con la barra colectora 16 en o adyacentes a su porcion de extremo distal 40. El acoplamiento puede tomar cualquier forma adecuada, siempre que una comunicacion electrica sea facilitada entre los brazos moviles 18, 20 y la barra colectora 16. Por ejemplo, se puede utilizar soldadura, soldadura fuerte, remachado o incluso encolado.

[0029] Con referencia a las Figuras 1 y 3, los brazos moviles 18, 20 pueden comprender una porcion de cola comun proximal 44 que presenta un terreno para acoplarse con la barra colectora 16, y partes de cuerpo alargadas 46 que se extienden en relacion separada paralelamente desde la parte de cola comun 44. Los brazos moviles 18, 20 terminan cada uno con una porcion de cabeza 48 en la que se ubica un contacto electrico movil 50.

[0030] La porcion de cola comun 44 de los brazos moviles 18, 20 esta curvada hacia la primera pared de extremo 42 de la carcasa de contactor 22, para acomodar la curvatura de la porcion de extremo de cola distal 40 de la barra colectora 16. La curvatura puede extenderse parcialmente a las porciones de cuerpo 46 de los brazos moviles 18, 20. Sin embargo, al menos la mayorfa de una extension longitudinal de cada parte de cuerpo 46 es preferiblemente recta o rectilfnea. Ademas, es preferible que los dos brazos moviles 18, 20 sean coplanares o sustancialmente coplanarios, de modo que se proporciona un espacio predeterminado comun o uniforme entre los brazos moviles 18, 20 y la barra colectora 16, asf como entre los contactos electricos moviles 50 y los contactos electricos fijos 32 en un estado de contactos abiertos.

[0031] La porcion de cuerpo alargada 46 de cada brazo movil 18, 20 define una porcion flexible repulsiva 52 entre la porcion de cola comun 44 y la porcion de cabeza 48. La porcion flexible repulsiva 52 de cada brazo movil 18, 20 esta en estrecha proximidad con una porcion de cuerpo plana 54 de la barra colectora 16, y puede extenderse en forma arqueada para seguir la porcion de extremo de cola distal arqueada 40.

[0032] Aunque en algunos casos los brazos moviles 18, 20 no se pueden formar necesariamente de material electricamente conductor, tal como cobre por ejemplo, mediante el cual los contactos electricos moviles 50 se alimentan por o alimentan a conductores electricos separados, tales como un cable o cable, en esta realizacion se requiere que una fuerza repulsiva sea generable entre la barra colectora 16 opuesta y los brazos moviles 18, 20, y por lo tanto se prefiere que los brazos moviles 18, 20 sean electricamente conductores.

[0033] Es importante que los contactos utilizados tengan un espesor adecuado de aleacion de plata en la parte superior para soportar las arduas tareas de conmutacion y transporte implicadas, reduciendo asf el desgaste por contacto. Los contactos electricos de la tecnica anterior de un bimetal de 8 mm de diametro tienen un espesor de laminado superior de aleacion de plata en un intervalo de 0,65 mm a 1,0 mm. Esto resulta en un costo de plata considerable.

[0034] Para abordar la cuestion de la soldadura por puntos entre contactos bajo altas cargas de cortocircuito, se puede utilizar una capa superior de compuesto particular, en este caso enriqueciendo la matriz de aleacion de plata con un aditivo de oxido de tungsteno. La adicion del aditivo de oxido de tungsteno en la matriz de capa superior tiene una serie de efectos y ventajas importantes, entre los que se encuentran el hecho de que crea una estructura superior mas homogenea, pudelando la superficie erosionada de manera mas uniforme, pero sin crear tantas areas ricas en plata, lo que limita o evita la soldadura por puntos. El aditivo de oxido de tungsteno aumenta la temperatura general del bano de fusion en el punto de conmutacion, lo que nuevamente disuade la soldadura por puntos, y debido a que el aditivo de oxido de tungsteno es una proporcion razonable de la masa total de la capa superior, para un espesor dado, el uso proporciona un ahorro de costos.

[0035] 0035] Para ayudar a amortiguar un proceso de apertura y cierre de los contactos electricos 32 moviles y fijos, uno de los dos brazos moviles 18, 20 es preformado y precargado para tender naturalmente hacia su contacto electrico fijo 32, mientras que el otro de los brazos moviles 18, 20 esta preformado y precargado para tender naturalmente a separarse de su contacto electrico fijo 32.

[0036] El brazo movil que tiende al cierre 58 esta configurado, por lo tanto, para cerrar de forma normal o natural o naturalmente, por ejemplo, con una fuerza de contacto de 100 gF a 150 gF.

[0037] Preferiblemente, el brazo movil que tiende a abrirse 60 debe, por lo tanto, accionarse cerrado, y en este caso preferiblemente con una fuerza de sobre recorrido de 200 gF a 250 gF.

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[0038] Para controlar el conjunto de contactos electricos moviles, descrito anteriormente y referido globalmente como 62, se utiliza una disposicion de actuador 64 que comprende en este caso un motor rotativo de armadura en H accionado por CA que tiene una unidad de doble bobina 68. Un brazo de accionamiento 70 del rotor 72 del motor 66 controla una unidad deslizadora 74 que tiene un embolo 76 deslizable linealmente desplazable axialmente por el brazo 70 de accionamiento dentro de una carcasa 78 de deslizador.

[0039] En esta realizacion, para mejorar el equilibrio de los procesos de apertura (liberacion) y cierre (operacion) de los contactos electricos moviles y fijos 50, 32, asf como para reducir los efectos nocivos del arco electrico y el rebote de contacto, el accionamiento de la bobina de CA esta sincronizado o alineado mas precisamente con un punto de cruce por cero de forma de onda de carga CA, al que se hace referencia como A en las Figuras 5 y 7.

[0040] Para este fin, la disposicion de actuador 64 esta adaptada de modo que solo una bobina 80 de la unidad de doble bobina 68 puede ser impulsada por pulsos de CA con una polaridad para avanzar el embolo 76, y luego accionada por pulsos de CA con una polaridad invertida para retirar el embolo 76.

[0041] La bobina 82 no accionada o no energizada de la unidad 68 de doble bobina esta conectada por realimentacion a la conexion AC + central comun 84 original de la unidad 68 de doble bobina.

[0042] Para permitir de este modo el control de los brazos moviles que tienden a cerrarse y a abrirse 58, 60, el embolo 76 de la unidad deslizadora 74 incluye un elemento 86 de acoplamiento y lleva un dispositivo 88 de empuje. El elemento 86 de acoplamiento en este caso puede ser una plataforma sobresaliente que hace tope con una porcion de extremo proximal del brazo movil que tiende a cerrarse 58, preferiblemente separado del contacto electrico movil asociado 50.

[0043] El dispositivo de empuje 88 puede ser un resorte de lamina, como se muestra en la Figura 3b. Para facilitar, por lo tanto, el acoplamiento del muelle de lamina 88 con el brazo movil con tendencia a abrirse 60, un elemento de extension distal 90, que puede estar en forma de espiga o lengueta, se extiende desde la porcion de cabeza 48 del brazo movil con tendencia a abrirse 60, proximalmente del contacto electrico movil asociado 50 y hacia la unidad deslizadora 74. Como puede verse en la Figura 3a, es preferible que el elemento de extension distal 90 sea un elemento alargado en forma de L que tiene un extremo distal 92 que esta en o cercano a un plano del borde longitudinal lateral del brazo movil con tendencia a cerrarse 58.

[0044] El resorte 88 de lamina esta montado en la unidad deslizadora 74 o la carcasa 22 del contactor de modo que, cuando se avanza el embolo 76, el resorte 88 de la lamina impulsa el brazo 60 movil con tendencia a abrirse hacia su respectivo contacto electrico fijo 32 con la fuerza de sobrecarrera antes mencionada.

[0045] El dispositivo de empuje puede tomar otras formas alternativas, tales como una plataforma secundaria soportada por el embolo 76 que se puede acoplar con un lado inferior del elemento de extension distal 90 para forzar el brazo movil con tendencia a abrir 60 a contacto con su contacto electrico fijo 32, o como un muelle helicoidal.

[0046] Es factible que se pueda prescindir del elemento de extension distal 90, si la porcion de cabeza 48 del brazo movil con tendencia a abrirse 60 se puede acoplar o controlar de una manera similar al brazo movil con tendencia a cerrarse 58.

[0047] Para reducir el consumo de energfa asociado con la disposicion de actuador 64, el embolo 76 puede adaptarse para enclavarse magneticamente en sus estados avanzado y retirado.

[0048] En funcionamiento, el motor rotativo de inducido H 66 de la disposicion de actuador 64 se acciona para hacer avanzar el embolo 76 a su primer estado de contactos cerrados bloqueado magneticamente, como se muestra en la figura 2. Como se menciono anteriormente, al energizar solo el accionamiento la bobina 80 de la unidad de doble bobina 68 con una primera polaridad P1 y con la bobina no accionada 82 conectada en realimentacion, como se muestra en la figura 4, se puede inducir un flujo inverso, F1, a traves de la conexion de realimentacion FC en la bobina no accionada 82 moderando y estabilizando por realimentacion asf un flujo neto en la unidad de CA de doble bobina 68. Esto permite controlar el tiempo de cierre de contacto DD y por lo tanto desplazarlo al punto adyacente A de cruce de la forma de onda de carga de CA, como se muestra en la Figura 5.

[0049] Como consecuencia, y como puede entenderse a partir de la figura 5, haciendo coincidir cuidadosamente las bobinas, la fuerza de la conexion de retroalimentacion, y por lo tanto el retardo controlado del cierre de los contactos electricos moviles y fijos 50, 32, el arco y asf la energfa de erosion por contacto se reduce o elimina, lo que se muestra por la porcion tramada X1 en la figura 5, prolongando la vida de contacto o mejorando la vida util de resistencia. El posible rebote de contacto, al que se hace

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referencia en Y1, tambien se desplaza hacia o mucho mas cerca del punto de cruce de cero, al que se hace referencia en A, lo que mejora nuevamente la longevidad y robustez del contacto durante el cierre.

[0050] En el estado de contactos cerrados, como se puede apreciar a partir de la figura 2, el brazo movil con tendencia a cerrar 58, en ausencia de una fuerza de separacion, se cierra naturalmente con su contacto electrico fijo 32 con su fuerza de tendencia precargada. El brazo movil con tendencia a abrir 60, con el avance del embolo 76, se cierra a traves del muelle de lamina 88 que empuja al elemento de extension distal flexible 90.

[0051] Con los brazos moviles 18, 20 que se extienden sustancialmente en paralelo con la barra colectora 16, la corriente contra fluyente produce una fuerza repulsiva entre los brazos moviles 18, 20 y la barra colectora 16 proximalmente a los contactos moviles 50 en las partes flexibles repulsivas 52. Esto provoca una inclinacion hacia arriba de los brazos moviles 18, 20 alejandose de la barra colectora 16, aumentando de ese modo y mejorando asf una fuerza de cierre en los contactos cerrados.

[0052] A una alta corriente de fallo de cortocircuito compartida, se genera una fuerza magnetica repulsiva significativa en las partes flexibles 52, provocando una mayor inclinacion hacia arriba y, por lo tanto, una fuerza de cierre de contacto mucho mas alta. Esta fuerza de repulsion, debido a la flexion de los brazos moviles 18, 20, tambien hace potencialmente que los contactos moviles 50 se inclinen con respecto a los contactos fijos 32, dando como resultado una limpieza por contacto que puede ser mas beneficiosa para prevenir o limitar la soldadura por puntos

[0053] Con el motor rotatorio de armadura H 66 accionado para extraer el embolo 76 a sus segundos contactos abiertos en estado de retencion magnetica, el elemento de aplicacion 86, que es la plataforma sobresaliente en esta realizacion, recoge el elemento de extension distal flexible y precargado 90 del brazo movil con tendencia a abrir 60. Mediante el elemento de acoplamiento 86 que contrarresta la fuerza con tendencia a cerrar del dispositivo de empuje 88, el brazo movil con tendencia a cerrar 60 tiende a abrirse a presion. Simultaneamente o fraccionalmente despues, el elemento de acoplamiento 86 recoge el brazo movil con tendencia a cerrar 58 a medida que el embolo 76 se retira, rompiendo positivamente el acoplamiento de contacto entre el contacto electrico movil 50 del brazo movil con tendencia a cerrar 58 y su contacto electrico fijo 32.

[0054] Como en el proceso de cierre u operacion, al accionar en reversa solo la bobina de accionamiento 80 de la unidad de doble bobina 68 con una polaridad inversa P2 y con la bobina no accionada 82 conectada en realimentacion, como se muestra en la Figura 6, un flujo reverso F2 puede ser inducido a traves de la conexion de realimentacion FC en la bobina no accionada 82 por lo tanto moderando y realimentando un flujo neto en la unidad de doble bobina de CA 68. Esto permite controlar el tiempo de apertura de contacto DD y por lo tanto desplazarlo hacia o adyacente al punto A de cruce de cero de la forma de onda de carga de CA, como se muestra en la Figura 7.

[0055] Por lo tanto, de nuevo y como puede entenderse a partir de la figura 7, haciendo coincidir cuidadosamente las bobinas, la fuerza de la conexion de retroalimentacion, y por lo tanto el retardo controlado de la apertura de los contactos electricos moviles y fijos 50, 32, el arco y asf la energfa de erosion de contacto se reduce o se elimina, se muestra por la porcion tramada X2 en la Figura 7, lo que prolonga la vida de contacto o mejora la resistencia a la fatiga. El posible rebote de contacto, al que se hace referencia en Y2, tambien se desplaza a, o mucho mas cerca del punto A de cruce de cero, mejorando nuevamente la longevidad y robustez de los contactos durante la apertura.

[0056] A modo de ejemplo, un tiempo de apertura y cierre de contacto estandar o tradicional puede incluir un retardo dinamico de 5 a 6 milisegundos, principalmente debido al tiempo necesario para desbloquear el embolo 76 retenido magneticamente. Usando el control de la presente invencion, este retardo dinamico se extiende fraccionalmente a 7 a 8 milisegundos para coincidir mas de cerca o sincronizarse con el proximo o subsiguiente punto de cruce de cero de la forma de onda de carga de CA.

[0057] Tfpicamente, el pulso de accionamiento aplicado a la bobina de accionamiento 80 tendra una forma de onda de semiciclo positiva para cerrar los contactos 50, 32, y una forma de onda de medio ciclo negativa para abrir los contactos 50, 32. La sincronizacion o la sincronizacion sustancial del retardo dinamico DD con el punto A de cruce de cero reducira el arco y la energfa de erosion por contacto.

[0058] Si el contactor 10 se utiliza en una amplia gama de tensiones de suministro, el retardo dinamico DD puede variar mucho entre los diferentes voltajes. Cuanto mayor es la tension de alimentacion, mas rapida es la actuacion del embolo 76. Como resultado, con un pulso de accionamiento de medio ciclo, existe la posibilidad de un retardo dinamico DD muy corto, que puede conducir al cierre de contacto que ocurre en o antes de la corriente de carga maxima.

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[0059] Como se muestra en la figura 8, el retardo dinamico DD es corto debido a un voltaje de suministro de CA alto o mayor. La energfa de erosion de contacto subsiguiente X1 es, por lo tanto, muy grande. Esta gran energfa de erosion por contacto X1 puede danar los contactos 50, 32, disminuyendo su vida util.

[0060] La energfa de erosion de contacto X1 se puede reducir aun mas utilizando un suministro de CA que energiza la bobina de accionamiento 80 con un pulso de accionamiento truncado, en este caso preferiblemente un pulso de accionamiento de cuarto de ciclo, en lugar del pulso de accionamiento de medio ciclo. En esta disposicion, el pulso de accionamiento de un cuarto de ciclo no se activara y por lo tanto no conducira la bobina de accionamiento 80 hasta que se alcance la corriente de carga maxima. Asf, esto se puede considerar un enfoque de conduccion "retrasada". Como se apreciara, el uso de un pulso de accionamiento de forma de onda truncada puede utilizarse con o sin la bobina 82 no accionada o no energizada de la unidad de doble bobina 68 que esta conectada por retroalimentacion a AC + conexion central comun 84 de la unidad de doble bobina 68. Como tal, el uso de un pulso de accionamiento de forma de onda truncada que preferiblemente coincide con la corriente de carga maxima se puede utilizar con cualquier accionador electrico, por ejemplo, un accionador de bobina simple o de bobina doble, para controlar mejor el contacto rebote, duracion del arco, y / o retraso de apertura o cierre o contactos electricos.

[0061] Al activar el ciclo truncado, que es en este caso un pulso de activacion de cuarto de ciclo en la corriente de carga maxima, el cierre de los contactos 50, 32 nunca puede ocurrir antes de la corriente de carga maxima. Sin embargo, al utilizar un circuito de control como parte de la alimentacion P que da salida al actuador electrico, se puede seleccionar y optimizar cuidadosamente un grado de truncamiento de la forma de onda de corriente en el eje temporal en funcion de la corriente de carga maxima, la apertura de contacto requerida y fuerza de cierre y retraso, y la energfa de arco y / o erosion impartida a los contactos durante los procedimientos de apertura y cierre de contacto. Asf, aunque se prefiere un pulso de cuarto de ciclo, ya que esto coincide con la corriente de carga maxima, puede ser beneficioso para un controlador emitir una corriente de excitacion al actuador que trunque la forma de onda del pulso de accionamiento para que sea anterior o subsecuente a la corriente de carga maxima.

[0062] El pulso de accionamiento de forma de onda truncada puede ser CA o CC.

[0063] El retardo dinamico DD aun esta configurado preferiblemente para sincronizarse o sincronizarse sustancialmente con el punto de cruce de cero A, minimizando de este modo aun mas la energfa de erosion por contacto X1. Sin embargo, cuando se utiliza junto con la forma de onda truncada controlada del pulso de accionamiento, esto se logra de una manera mas controlada que con el pulso de accionamiento de medio ciclo.

[0064] Con referencia a la Figura 10, se muestra una segunda realizacion de un contactor electrico 10. Las referencias similares o identicas se refieren a partes que son similares o identicas a las descritas anteriormente, y por lo tanto se omite una descripcion mas detallada.

[0065] En este caso, el contactor electrico 10 comprende de nuevo un conjunto de contactos electricos moviles 62 que incluye la barra colectora 16, brazos moviles con tendencia a abrir y con tendencia a cerrar 158, 160 conectados a la barra colectora 16 y que tienen contactos electricos moviles 50 en los mismos, y el contacto electrico fijo asociado 32. El conjunto de contacto electrico movil 62 se proporciona en la carcasa del contactor 22, con los primeros y segundos terminales asociados 12, 14 segun se requiera.

[0066] Los requisitos del Instituto Americano de Estandares Nacionales (ANSI) son particularmente exigentes para corrientes nominales de hasta 120 amperios. La corriente de cortocircuito es de 10 K.Amp rms, pero para una duracion de resistencia mas larga de cuatro ciclos de carga completa, con soldadura "segura" permitida.

[0067] Los multiples brazos o laminas 18, 20 de empuje y contraccion de espesor unico de la primera realizacion son suficientes para que, durante un estado de carga de cortocircuito de solo la duracion de medio ciclo, los parametros termicos de los brazos de contacto moviles divididos compartidos 18, 20 son adecuados, por lo que no muestran un calentamiento excesivo y no pierden caractensticas de resorte.

[0068] La duracion de la resistencia a cortocircuitos ANSI es de cuatro ciclos de carga completa, por lo que es ocho veces mas larga que la del requisito de IEC en solo medio ciclo. El calor extra I2R generado debe ser acomodado para asegurar que los parametros termicos sean adecuados sin calentamiento excesivo o perdida de la caractenstica de resorte, mientras que todavfa sea manejable por la disposicion de actuador 64.

[0069] Cada brazo movil 158, 160 incluye, por lo tanto, al menos dos capas superpuestas electricamente conductoras 100, formando con ello efectivamente un brazo movil laminado. En esta realizacion, se proporcionan tres capas superpuestas 100, pero se pueden prever mas de tres capas. Las capas 100 son

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preferiblemente del mismo material electricamente conductor, tfpicamente de metal, tal como cobre, pero pueden ser de diferentes materiales electricamente conductores.

[0070] [0070] Al menos una, y preferiblemente todas, las capas superpuestas 100 son preferiblemente mas delgadas que los brazos moviles 18, 20 de una sola capa de la primera realizacion. En consecuencia, aunque el espesor total del brazo movil laminado 158, 160 de la segunda realizacion puede ser mayor que el grosor del brazo movil no laminado 18, 20 de la primera realizacion, acomodando asf un mayor efecto de calentamiento, se puede disminuir una fuerza de flexion. En terminos generales, una doble laminacion reducira a la mitad una fuerza de flexion, y una laminacion triple reducira la fuerza de flexion en alrededor de dos tercios.

[0071] Las extensiones longitudinales y laterales de los grupos de capas superpuestas 100 son preferiblemente coincidentes o sustancialmente coincidentes. Las capas 100 se extienden desde sus partes de cola comunes 44 en las que estan interconectadas, por ejemplo, por remachado, soldadura fuerte o soldadura, a las porciones de cabeza 48. Ventajosamente, los contactos electricos moviles respectivos 50 pueden interacoplar las partes de cabeza respectivas 48 de las capas asociadas superpuestas 100.

[0072] Es beneficioso para la disipacion de calor que las capas superpuestas 100 no se puedan interconectar adicionalmente a lo largo de sus extensiones longitudinales. Sin embargo, se puede acomodar la interconexion adicional, por ejemplo, mediante remachado, si es necesario.

[0073] Las realizaciones anteriores se benefician de la disposicion de actuador 64 que utiliza solamente una bobina de accionamiento de CA 80 activada en dos polaridades para avanzar y extraer el embolo 76 junto con la bobina conectada por realimentacion 82 no accionada. Sin embargo, aun se pueden obtener beneficios utilizando la unidad de bobina doble AC 68 en la que una bobina es, preferiblemente de forma negativa, accionada por CA para hacer avanzar el embolo 76 mientras que la otra bobina esta, preferiblemente de forma negativa, accionada por CA para retraer el embolo 76. En este aspecto, la unidad de doble bobina de CA 68 es conducida a traves de una resistencia en serie R al punto medio comun positivo.

[0074] Aunque las realizaciones anteriores se describen con respecto a un brazo de contacto movil dividido, presentando por lo tanto brazos o laminas gemelas paralelas, la disposicion de actuador que utiliza solamente una bobina de accionamiento de CA accionada en dos polaridades para avanzar y retirar el embolo junto con la bobina no accionada conectada por retroalimentacion para controlar un retraso dinamico de los contactos de apertura y cierre se puede aplicar a un unico brazo de contacto movil monolftico o brazo de contacto movil de sola lamina con una pluralidad de capas como se describio anteriormente.

[0075] Ademas, aunque se sugiere un brazo de contacto movil dividido que tiene un unico brazo movil con tendencia a cerrar y un unico brazo movil con tendencia a abrir, se puede proporcionar mas de un brazo movil con tendencia a cerrar y mas que un brazo movil con tendencia a abrir. Igualmente, aunque el equilibrado y el calentamiento pueden ser un problema, puede ser factible aplicar uno o mas de los principios descritos anteriormente con el uso de un solo contacto movil y un contacto fijo, con o sin la barra colectora y con o sin el actuador de doble bobina. Si se prescinde de la barra colectora, entonces es preferible que el o cada brazo movil este en comunicacion electrica directa o indirecta con el segundo terminal.

[0076] De forma adicional o alternativa, aunque la disposicion de actuador descrita anteriormente es preferiblemente un motor giratorio de armadura H, se puede utilizar cualquier otro medio de actuador adecuado. Por ejemplo, un accionador electromagnetico de retencion de iman doble, preferiblemente con bobinas duales para control de contacto optimizado por realimentacion, ciertamente podrfa ser utilizado.

[0077] De este modo, es posible proporcionar un contactor electrico que utiliza un brazo de contacto movible cerrado con tendencia a cerrar y un brazo de contacto movil con tendencia a abrir para equilibrar y reducir la carga de accionamiento de un accionador. Un dispositivo multilamina “en contrafase” mas equilibrado y eficiente se proporciona asf con una traslacion abierta 'asistida por arrastre”. La unidad de doble bobina de CA tambien se puede minimizar en terminos de alambre, tfpicamente cobre, vueltas y, por lo tanto, su costo.

[0078] Tambien es posible reducir el autocalentamiento debido a multiples brazos u laminas. Por ejemplo, a 100 amperios, con un dispositivo gemelo de brazo o de lamina, cada brazo o lamina llevara 50 amperios. Al utilizar laminaciones, este efecto de calentamiento se mitiga aun mas. Por lo tanto, se evita la soldadura de contacto en las corrientes mayores de fallo moderada o franco.

[0079] Utilizando la barra colectora fija, las corrientes de conmutacion fluyen en la misma direccion en los brazos moviles uno al lado del otro, maximizando asf una fuerza de repulsion magnetica entre los brazos

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a traves del espacio de trabajo hacia la barra colectora adyacente que transporta la corriente de carga total de contracorriente. Especialmente a una corriente muy alta, los contactos se mantienen asf cerrados hermeticamente usando esta tecnica denominada de soplado. Sin embargo, la barra colectora puede no ser un requisito esencial en ciertos arreglos.

[0080] Como la conmutacion de contacto del lado de carga, las funciones de conectar-ENCENDER y desconectar-APAGAR pueden tener lugar en el contexto de, por ejemplo, un suministro de 230 V CA a una corriente nominal de 100 A, si el variador AC 0V/ Neutral no esta sincronizado con la forma de onda de CA de carga, los puntos de cierre y apertura de contacto seran algo aleatorios, y pueden ocurrir a menudo antes o en el pico de voltaje. Esto puede causar un arco electrico considerablemente mas largo, mas dano por erosion por contacto y una vida util reducida. Para mitigar este problema, tambien es posible proporcionar un contactor electrico con un accionamiento de doble bobina de CA que utiliza solo una bobina de accionamiento de CA accionada en dos polaridades para cerrar y abrir los contactos electricos junto con una bobina no accionada conectada por realimentacion controlando un retraso dinamico de los contactos de apertura y cierre. Para controlar adicionalmente una fuente de alimentacion de CA para impartir pulsos de accionamiento de forma de onda truncada o parciales, preferiblemente de medio ciclo y mas preferiblemente de cuarto de ciclo, a la o a cada bobina de accionamiento, es posible tener un accionamiento retardado mas completo de la separacion de contacto. Tambien puede ser factible tener perfiles de accionamiento de forma de onda truncados o parciales adicionales o alternativos, y no solo de medio o cuarto de ciclo, optimizando de ese modo la velocidad de apertura de contacto contra la energfa potencial de erosion y el arco electrico. Mediante el uso de un actuador de doble bobina de CA que utiliza una bobina como bobina de accionamiento y la otra bobina como bobina de realimentacion, es posible controlar de forma mas optima un retraso dinamico de la apertura de los contactos en particular. Este control puede optimizarse aun mas mediante el control del perfil de forma de onda de Ca de los pulsos de accionamiento aplicados. Los principios de la bobina de realimentacion y / o los pulsos de accionamiento de forma de onda parcial se pueden aplicar a cualquier contactor electrico energizado de CA o CC, y no solo a la disposicion de contactor de "explosion / expulsion" descrita anteriormente.

[0081] Las palabras "comprende / comprendiendo" y las palabras "que tiene / incluye" cuando se usan en este documento con referencia a la presente invencion se usan para especificar la presencia de caractensticas, enteros, etapas o componentes indicados, pero no excluyen la presencia o adicion de una o mas caractensticas, enteros, etapas, componentes o grupos de los mismos.

[0082] Se aprecia que ciertas caractensticas de la invencion que, por claridad, se describen en el contexto de realizaciones separadas, tambien pueden proporcionarse en combinacion en una unica realizacion. A la inversa, varias caractensticas de la invencion que, por brevedad, se describen en el contexto de una unica realizacion, tambien se pueden proporcionar por separado o en cualquier subcombinacion adecuada.

[0083] Las realizaciones descritas anteriormente se proporcionan solo a modo de ejemplos, y varias otras modificaciones seran evidentes para las personas expertas en el campo sin apartarse del alcance de la invencion tal como se define en las reivindicaciones.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un contactor electrico para conmutar una corriente de carga que tiene una forma de onda de CA, que comprende: un contacto electrico fijo (32), un contacto electrico movil (50), un accionador electrico de enclavamiento magnetico (64) que tiene una bobina de accionamiento (68) accionable abrir y cerrar los contactos electricos moviles y fijos (32, 50) y una fuente de alimentacion (P),

donde la fuente de alimentacion incluye un controlador para emitir pulsos de accionamiento de forma de onda truncada al actuador electrico (64), para evitar separacion del contacto antes de un pico en la forma de onda de CA de la corriente de carga; y

en el que el controlador sincroniza un retardo dinamico (DD) de un tiempo de apertura y / o cierre de los contactos (32, 50) del contactor electrico con un punto de cruce de cero (A) de una forma de onda de carga del pulso de accionamiento; y

caracterizado porque la bobina de accionamiento (68) comprende una primera bobina de accionamiento (80) accionable para abrir y cerrar los contactos electricos moviles y fijos (32, 50), y una segunda bobina de no accionamiento (82) que esta conectada por realimentacion a un centro comun de CA (84) de la bobina de accionamiento (68) para inducir un flujo inverso para moderar y estabilizar un flujo neto, permitiendo asf el control de un tiempo de retardo de la apertura y cierre de los contactos electricos (32, 50).
2. Un contactor electrico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el controlador controla una temporizacion de una corriente aplicada en base a la forma de onda de CA.
3. Un contactor electrico segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el controlador controla una temporizacion de una corriente aplicada basada en una forma de onda de corriente, por lo que el pulso de accionamiento de forma de onda truncada tiene una forma de onda de corriente de medio ciclo.
4. Un contactor electrico segun la reivindicacion 1, 2 o 3, donde el controlador controla una temporizacion de una corriente aplicada basada en una forma de onda de corriente, por lo que el pulso de accionamiento de forma truncada es distinto de una forma de onda de corriente de ciclo completo y medio ciclo.
5. Un contactor electrico segun la reivindicacion 1, 2 o 3, donde el controlador controla una temporizacion de una corriente aplicada basada en una forma de onda de corriente, por lo que el pulso de accionamiento de forma de onda truncada tiene una forma de onda de corriente de cuarto de ciclo correspondiente a corriente de carga maxima.
6. Un contactor electrico segun la reivindicacion 3, 4 o 5, en el que la forma de onda de corriente es la forma de onda de CA de la corriente de carga.
7. Un metodo para limitar o evitar el rebote del contacto electrico y la duracion del arco, comprendiendo el metodo las etapas de accionar un actuador electrico (64) para abrir y cerrar contactos electricos (32, 50) de un contactor electrico (10), en el que un pulso que se aplica para accionar el accionador electrico (64) tiene una forma de onda truncada; y en el que la etapa adicional de sincronizar un retardo dinamico (DD) de un tiempo de apertura y / o cierre de contactos (32, 50) del contactor electrico (10) con un punto de cruce de cero (A) de una forma de onda de carga del pulso de accionamiento; caracterizado porque la bobina de accionamiento (68) comprende una primera bobina de accionamiento (80) accionable para abrir y cerrar contactos electricos moviles y fijos (32, 50), y una segunda bobina de no accionamiento (82) que esta conectada por retroalimentacion a un centro comun de CA (84) de la bobina de accionamiento (68) para inducir un flujo inverso para moderar y estabilizar un flujo neto, permitiendo de este modo el control de un tiempo de retardo de la apertura y cierre de los contactos electricos (32, 50).
8. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el que la forma de onda truncada se basa en una corriente de carga maxima.
9. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 7 u 8, en el que la forma de onda truncada es una forma de onda de CA truncada correspondiente a la corriente de carga maxima.