ES2951963T3

ES2951963T3 - Método y aparato para proteger una carga eléctrica

Info

Publication number: ES2951963T3
Application number: ES20704924T
Authority: ES
Inventors: Christian Zimmermann; Bernhard Foerst
Original assignee: Future Systems Besitz GmbH
Current assignee: Future Systems Besitz GmbH
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: CN113557646A; PL3928384T3; US11923796B2; EP3700038A1; US12021471B2; ES2944075T3; EP3928401A1; WO2020169753A1; PL3700038T3; EP3928425B1; CN113557646B; US11967916B2; EP3928384B1; ES2951982T3; WO2020169774A1; US12009764B2; US20220173585A1; CN113474948B; PL3928400T3; US20220140769A1

Abstract

Un aparato de protección de carga para proteger una carga eléctrica conectada a un terminal de salida (3) del aparato de protección de carga (1) contra sobrecorriente, comprendiendo dicho aparato (1): un circuito de protección contra sobrecorriente (1A) que tiene un interruptor de alimentación (5) a través de en el que la carga eléctrica recibe una corriente de carga eléctrica (IL) a través del terminal de salida (3) y que tiene un componente sensor (4) conectado en serie con el interruptor de encendido (5) y adaptado para generar directamente una caída de voltaje (AU4) correspondiente a la velocidad de aumento de la corriente de carga eléctrica (IL) que fluye desde un terminal de entrada (2) del aparato de control de carga (1) a través del componente sensor (4) y el interruptor de encendido (5) al terminal de salida (3) y que tiene un circuito controlador (6) adaptado para detectar una sobrecorriente que se produce dependiendo de la caída de voltaje (ΔU4) generada por el componente sensor (4) y dependiendo de una caída de voltaje (ΔU5) a lo largo del interruptor de encendido (5) adaptado para apagar dicho interruptor de alimentación (5) al detectar una sobrecorriente dentro de un período de desconexión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para proteger una carga eléctrica

La invención se refiere a un método y un aparato de protección electrónica para proteger una carga eléctrica contra sobrecorriente y sobrecarga. El aparato de protección de carga electrónica se puede integrar en un alojamiento de fusibles.

El documento US 2009/0310270 A1 describe un sistema de protección contra cortocircuitos de respuesta rápida con reinicio automático para su uso en un circuito alimentado por energía de CC. El sistema de protección contra cortocircuitos incluye un sensor de tensión acoplado entre nodos para detectar la tensión. El sentido de tensión se implementa mediante un circuito divisor de tensión. Un comparador compara la tensión en un nodo según se detecta por el sensor de tensión con una tensión umbral proporcionada por un nivel de disparo de tensión. Un controlador puede comprender un comparador que puede generar una señal de control para abrir o cerrar un conmutador.

El documento GB 2294827 A describe una unidad de control de motor con un interruptor de corriente y un relé de sobrecarga. La unidad de control de motor comprende una carga inductiva formada por un motor que recibe CA de una fuente de alimentación. La unidad de control de motor comprende un primer interruptor de corriente y un segundo interruptor de corriente. El primer interruptor de corriente abre el circuito eléctrico entre la fuente de alimentación y el motor cuando un módulo calibre relé detecta una gran sobrecorriente instantánea. El segundo interruptor de corriente abre el mismo circuito eléctrico cuando el módulo calibre relé detecta una sobrecorriente menor. El módulo calibre relé puede determinar la ocurrencia de una condición de sobrecorriente dentro del circuito de distribución eléctrica.

El documento DE 2600472 A1 describe un aparato de protección contra sobrecarga que comprende un relé de sobrecarga conectado a un sensor de corriente. El sensor de corriente está conectado en serie a un conmutador accionado por una bobina de disparo.

El documento WO 2017/199357 A1 describe un dispositivo de control electrónico que tiene múltiples circuitos de sistema. Un dispositivo de control electrónico comprende unidades de accionamiento y actuadores de accionamiento. Se proporcionan medios de relé para que cuando se produzca una anomalía en un circuito del sistema, los demás circuitos del sistema no se vean afectados. El dispositivo de control electrónico comprende al menos un circuito de sistema controlador que controla la unidad de accionamiento desde la línea eléctrica a través de un controlador, en donde el circuito de sistema de la unidad de accionamiento y el circuito de sistema del controlador incluyen, cada uno, medios de relé que interrumpen de forma independiente el suministro de energía desde la línea eléctrica.

Los motores eléctricos son ejemplos de cargas. Los motores eléctricos operan a través de la interacción entre el campo magnético del motor y una corriente eléctrica en un bobinado de alambre para generar una fuerza mecánica en forma de rotación de un eje. En general, los motores eléctricos pueden alimentarse por fuentes de corriente continua tales como baterías o rectificadores o por fuentes de corriente alterna tales como una red eléctrica, un inversor o un generador eléctrico. Hay diferentes tipos de motores eléctricos, en particular motores asíncronos y motores síncronos. Las cargas, en particular los motores eléctricos, conectadas a un sistema de fuente de alimentación requieren protección contra sobrecarga y/o sobrecorriente. En un sistema eléctrico, puede ocurrir una situación en la que fluya una sobrecorriente a través de un conductor eléctrico que conduce a una generación excesiva de calor y dañe el equipo eléctrico o la carga. Una carga también puede comprender una carga resistiva. Todos estos tipos de cargas requieren protección contra sobrecorriente y/o sobrecarga. Puede haber muchas causas diferentes para causar una sobrecorriente, que incluyen los cortocircuitos, un diseño de circuito incorrecto o fallos en la puesta a tierra. Además, existe una diversidad de dispositivos de protección contra sobrecorriente convencionales, tales como fusibles, disyuntores electromecánicos o conmutadores de alimentación de estado sólido. Los fusibles se derriten cuando ocurre una sobrecorriente, lo que interrumpe por tanto la corriente eléctrica y, en consecuencia, protege la carga conectada. Sin embargo, los fusibles se derriten solo a amplitudes de corriente relativamente altas, de modo que se puede transferir mucha energía eléctrica a la carga conectada, tal como un motor eléctrico, antes de que el fusible se derrita. Esto aumenta el riesgo de dañar los componentes de la carga eléctrica conectada. Además, después de que se haya eliminado la causa de la sobrecorriente, es necesario reemplazar el fusible afectado.

Un motor eléctrico como carga puede comprender una alimentación nominal. En ingeniería eléctrica, la alimentación nominal de un equipo es la entrada de alimentación más alta que se permite fluir a través del equipo respectivo. La protección contra sobrecorriente protege el equipo eléctrico contra corrientes excesivas o corrientes más allá de las corrientes nominales aceptables, que puede resultar de cortocircuitos, fallos de puesta a tierra y condiciones de sobrecarga. En contraste, la protección contra sobrecarga protege contra una situación donde la corriente de sobrecarga provoca el sobrecalentamiento del equipo eléctrico protegido.

Se puede usar un relé de sobrecorriente como protección contra sobrecarga (térmica) para proteger las cargas resistivas. Sin embargo, para cargas inductivas, el relé de sobrecorriente no puede servir como protección contra sobrecarga. Los relés de sobrecarga normalmente tienen un ajuste de tiempo más largo que los relés de sobrecorriente.

Los dispositivos de protección eléctrica convencionales pueden emplear sensores de corriente para medir una corriente eléctrica que fluye hacia la carga conectada para detectar una situación crítica y activar automáticamente un conmutador electrónico o electromecánico en caso de que surja una situación crítica. Un elemento de medición de corriente, tal como un sensor Hall, puede medir la corriente eléctrica y suministrar los valores de medición a un controlador o lógica de control que puede desconectar el componente de conmutación en caso de que la corriente medida supere un valor umbral predeterminado. Los sensores de protección convencionales usan conmutadores semiconductores tales como los MOSFET para proteger las cargas conectadas contra sobrecorrientes. Con el aumento de las corrientes eléctricas que fluyen a través del conmutador de semiconductores conectado, la caída de tensión a lo largo del conmutador de semiconductores también aumenta, de modo que se produce una mayor pérdida de alimentación en el conmutador de semiconductores. El aumento de la pérdida de alimentación puede provocar daños e incluso la destrucción del conmutador de semiconductores y/o los componentes electrónicos dentro del motor eléctrico conectado. Por lo tanto, los circuitos de protección convencionales evalúan la caída de tensión a lo largo de su conmutador de semiconductores y pueden desconectar el conmutador de semiconductores tan pronto como la caída de la tensión supere un valor umbral. Sin embargo, este mecanismo de desconexión convencional entra en operación sólo después de que la corriente eléctrica ya haya alcanzado una gran amplitud después de un período de desconexión relativamente largo. Estos circuitos de protección convencionales funcionan comparativamente lentos y requieren un alto nivel de corriente para activar el respectivo componente de conmutación.

Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de protección de carga electrónica que está adaptado para proteger una carga eléctrica contra sobrecorriente y/o sobrecarga de manera eficiente.

Este objetivo se logra mediante un aparato de protección de carga que comprende las características de la reivindicación 1.

Las posibles realizaciones del aparato de protección de carga se definen en las reivindicaciones dependientes.

La invención proporciona, además, de acuerdo con un aspecto adicional, un sistema de automatización que comprende las características de la reivindicación 22.

La invención proporciona además, de acuerdo con un tercer aspecto adicional, un método para proteger una carga eléctrica que comprende las características de la reivindicación 23.

En lo sucesivo en el presente documento, se describen en detalle posibles realizaciones de los diferentes aspectos de la presente invención con respecto a las figuras adjuntas.

Las Figuras 1A, 1Bmuestran un diagrama de bloques de posibles realizaciones ilustrativas de un aparato de protección de carga de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de una posible implementación ilustrativa de un aparato de protección de carga de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;

La Figura 3 muestra un diagrama de estado para ilustrar la operación de una posible implementación ilustrativa de un aparato de protección de carga de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;

La Figura 4 muestra un diagrama para ilustrar la operación de una posible implementación ilustrativa de un aparato de protección de carga de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;

La Figura 5 ilustra esquemáticamente posibles características de funcionamiento de carga de una carga eléctrica conectada a un aparato de protección de carga de acuerdo con la presente invención;

Las Figuras 6, 7 muestran características de funcionamiento de carga ilustrativas para ilustrar la operación de un aparato de protección de carga de acuerdo con la presente invención;

La Figura 8 muestra un diagrama de flujo para ilustrar una posible realización ilustrativa de un método para proteger una carga eléctrica de acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención;

La Figura 9 muestra un diagrama de circuito de una posible realización ilustrativa de un circuito de protección contra sobrecorriente que puede usarse en un aparato de protección de carga de acuerdo con la presente invención;

La Figura 10 muestra un diagrama de circuito para ilustrar una implementación ilustrativa de un circuito controlador usado en un aparato de protección de carga de acuerdo con la presente invención;

la Figura 11 muestra esquemáticamente diferentes mecanismos de protección y medición redundantes posibles empleados por un método y aparato de acuerdo con la presente invención;

La Figura 12 muestra una posible realización del aparato de protección de carga integrado en el alojamiento de un fusible NH.

Como se puede ver a partir de los diagramas de bloques de las Figuras 1A, 1B, un aparato de protección de carga 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención puede comprender varios circuitos principales que incluyen un circuito de protección contra sobrecorriente 1A, un circuito de protección contra sobrecarga 1B y un circuito de control de fuente de alimentación 1C (Figura 1B). El aparato de protección de carga 1 se puede proporcionar entre una red de fuente de alimentación PSN y una carga eléctrica como se ilustra en la Figura 1. La alimentación eléctrica puede ser distribuida por un sistema de barras colectoras de la red de fuente de alimentación PSN. La carga eléctrica está conectada a un terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1. En la realización mostrada en la Figura 1A, el aparato de protección de carga 1 comprende un circuito de protección contra sobrecorriente 1A y un circuito de protección contra sobrecarga 1B. En todavía otra posible realización adicional, el aparato de control de carga 1 comprende un circuito de protección contra sobrecorriente 1A, un circuito de protección contra sobrecarga 1B y un circuito de control de fuente de alimentación 1C como se muestra en la Figura 1B. La carga puede comprender una carga inductiva tal como un motor, una carga capacitiva o una carga resistiva o una combinación entre ellas. El dispositivo de protección de carga 1 puede integrarse en un alojamiento 12 que tiene la forma de un alojamiento de fusibles. E alojamiento de fusibles puede comprender, por ejemplo, un alojamiento de fusibles NH como se muestra en la Figura 12.

El circuito de protección contra sobrecorriente 1A, el circuito de protección contra sobrecarga 1B y en su caso el circuito de control de fuente de alimentación 1C estén integrados en el alimentación de fusibles del aparato de protección de carga 1, como también se muestra en la Figura 12.

En general, una carga eléctrica es un componente eléctrico o porción de un circuito que consume energía eléctrica. Una carga eléctrica consume energía eléctrica en forma de las corrientes eléctricas recibidas y puede transformar esta energía eléctrica en otras formas como calor, luz, trabajo, etc. Las cargas inductivas, también denominadas cargas de retardo, son cargas de CA que son de naturaleza predominantemente inductiva, de modo que la corriente alterna se retarda detrás de la tensión alterna cuando la corriente eléctrica fluye hacia la carga. En contraste, una carga capacitiva es una carga que tiene una reactancia capacitiva, es decir, negativa, a la frecuencia de funcionamiento. Una carga capacitiva hace que la onda de corriente eléctrica conduzca la onda de tensión. Por tanto, el factor de alimentación de una carga capacitiva es determinante. Una carga resistiva es un tipo de carga que consume corriente en la misma proporción de la tensión aplicada. Una carga resistiva se usa típicamente para convertir la corriente eléctrica en otra forma de energía, tal como calor. La onda de tensión y la fase de corriente son de la misma fase que una carga resistiva.

La Figura 2 muestra una posible realización de un aparato de protección de carga 1 que incluye un circuito de protección contra sobrecorriente 1A, un circuito de protección contra sobrecarga 1B. El aparato de protección de carga 1 también puede incluir un circuito de control de fuente de alimentación 1C como se ilustra en la Figura 1B. El circuito de protección contra sobrecorriente 1A tiene un terminal de entrada 2 para recibir alimentación eléctrica de la red de fuente de alimentación PSN mostrada en la Figura 1. El aparato de protección de carga 1 comprende además un terminal de salida 3 usado para conectar una carga eléctrica al aparato de protección de carga 1. Como se puede ver en la Figura 2, un componente de sensor 4 se conecta en serie con un conmutador de alimentación 5. El componente de sensor 4 está adaptado para generar directamente una caída de tensión AU4 correspondiente a una velocidad de aumento de corriente de la corriente de carga eléctrica I^lque fluye desde el terminal de entrada 2 del aparato de protección de carga 1 a través del componente de sensor 4 y el conmutador de alimentación 5 al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1. El circuito de protección contra sobrecorriente (OCPC) 1A incluye el conmutador de alimentación 5 a través del cual la carga eléctrica recibe la corriente de carga eléctrica I^ly el componente de sensor 4 conectado en serie con el conmutador de alimentación 5. En una posible realización, el componente de sensor 4 del circuito de protección contra sobrecorriente 1A comprende una bobina que está adaptada para generar una caída de tensión de inducción AU4 dependiendo de la velocidad de aumento de la corriente de carga I^lque fluye a través del componente de sensor 4 del circuito de protección contra sobrecorriente 1A. El circuito de protección contra sobrecorriente 1A comprende además un circuito controlador 6 como se muestra en el diagrama de bloques de la Figura 2. El circuito controlador 6 está adaptado para detectar una sobrecorriente que se produzca dependiendo de la caída de tensión AU4 generada por el componente de sensor 4 y una caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5. La caída de tensión AU4 generada por el componente de sensor 4 y la caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 se pueden aplicar al circuito controlador 6 como una tensión suma U^ =AU4+AU5. El circuito controlador predeterminado 6 está adaptado para desconectar el conmutador de alimentación 5 tras la detección de una sobrecorriente con un período de desconexión de menos de 1 ms, preferentemente menos de 5 |js. La caída de tensión no lineal AU5 en el conmutador de alimentación 5 se usa como un valor representativo de la corriente momentánea en la tensión suma U^ .

El período de desconexión está predefinido por circuitos que conectan los componentes de sensor 4-1, 4-2 con el circuito de activación 6 como se muestra en la Figura 9 y los retardos de propagación de señal interna causados por las puertas y el cálculo integrado en el circuito de activación 6 como se muestra en la Figura 10. En una posible implementación, el período de desconexión está predeterminado, es decir, depende de los componentes del circuito y de los retardos de propagación de señal. El período de desconexión puede estar en un intervalo entre dos microsegundos y 1 milisegundo. En una posible variante, el período de desconexión se puede ajustar cambiando el valor de un componente de circuito del circuito ilustrado en la Figura 9, tal como los condensadores del condensador C. Esto puede cambiar el retardo de la señal suministrada por los componentes de sensor 4 al circuito controlador 6 y, por tanto, el período de desconexión. Se puede usar un destornillador pequeño para cambiar el valor del componente de circuito girando un elemento de ajuste integrado en el alojamiento de fusibles 12.

La desconexión protegida responde a una combinación tanto del valor de la corriente como del valor de la tasa de cambio de la corriente.

El aparato de control de carga 1 de acuerdo con la presente invención comprende además en la realización ilustrada de las Figuras 1B, 2 un circuito de control de fuente de alimentación (PSCC) 1C. El circuito de control de fuente de alimentación 1C comprende un componente de sensor 9 adaptado para medir en el terminal de entrada 2 del aparato de protección de carga 1 una tensión de alimentación U notificada a una unidad de control 8 del aparato de protección de carga 1. La unidad de control 8 está adaptada para controlar la energía eléctrica suministrada a la carga eléctrica en función del tipo y/o modo de funcionamiento de la carga eléctrica. El tipo de carga eléctrica puede comprender una carga de tipo resistiva, inductiva o capacitiva. En la realización ilustrada de la Figura 2, el circuito de control de fuente de alimentación 1C tiene un componente de sensor 9 formado por un divisor de tensión adaptado para suministrar una fracción de la tensión de alimentación U en el terminal de entrada 2 del aparato de protección de carga 1 a la unidad de control 8 del aparato de protección de carga 1 para proporcionar un perfil de tensión de alimentación a lo largo del tiempo.

Además en la realización de la Figura 2, el aparato de control de carga 1 también comprende un circuito de protección contra sobrecarga (OLPC) 1B que tiene un componente de sensor 7 adaptado para medir continuamente la corriente de carga Il que fluye hacia el terminal de salida 3. La corriente de carga medida Il se notifica por el componente de sensor 7 a la unidad de control 8 del aparato de control de carga 1 que está adaptado para determinar un estado de sobrecarga de la carga eléctrica basándose en el perfil de corriente de carga medido. El componente de sensor 7 también puede proporcionar mediciones al circuito controlador 6 para la detección de fallos. La unidad de control 8 del aparato de control de carga 1 está adaptada además para controlar el circuito controlador 6 para desconectar el conmutador de alimentación 5 automáticamente si la unidad de control 8 ha determinado un estado de sobrecarga de la carga eléctrica. Como se puede ver en la Figura 2, el componente de sensor 7 del circuito de protección contra sobrecarga 1B y el componente de sensor 9 del circuito de control de fuente de alimentación 1C están conectados ambos a convertidores de analógico a digital asociados 10, 11. Los convertidores de analógico a digital 10, 11 están adaptados para convertir el perfil de corriente de carga analógica medido recibido del componente de sensor 7 y el perfil de tensión de alimentación medido, medido por el componente de sensor 9, en valores de medición correspondientes (muestras). La frecuencia de muestreo puede ser de 4 kHz. La resolución puede comprender al menos 12 bits. Los convertidores de analógico a digital 10, 11 también pueden formar parte de un procesador 8A de la unidad de control 8. Los valores de medición proporcionados por los convertidores de analógico a digital 10, 11 se almacenan como muestras de datos en una memoria de datos de la unidad de control 8 como datos de perfil de corriente de carga y como datos de perfil de tensión de alimentación. En la realización ilustrada de la Figura 2, la unidad de control 8 comprende un procesador o FPGA 8A y una memoria de datos 8B para almacenar sobre la marcha durante la operación datos de perfil de corriente de carga y datos de perfil de tensión de alimentación. La unidad de control 8 puede comprender además una memoria 8C para almacenar diferentes características de funcionamiento de carga, es decir, características de funcionamiento para diferentes parámetros de funcionamiento y/o para diferentes tipos de cargas, es decir, para cargas resistivas, capacitivas o inductivas. La fuente de alimentación de la unidad de control 8 puede ser proporcionada por una unidad de fuente de alimentación integrada o a través de una interfaz de CC.

En una posible realización, un relé electromecánico se puede conectar en serie con el conmutador de alimentación 5 y se puede controlar mediante la unidad de control 8. Tan pronto como la unidad de control 8 reconoce un estado de sobrecarga, puede ordenar al circuito controlador 6 que abra el conmutador de alimentación 5 y/o controlar el relé para abrir e interrumpir el flujo de corriente. Un relé electromecánico puede integrarse en el alojamiento 12 del aparato de protección de carga 1 o conectarse en serie con el aparato de protección de carga 1.

La unidad de control 8 que tiene un procesador o FPGA 8A está adaptada para controlar la fuente de alimentación eléctrica a la carga eléctrica conectada al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1 dependiendo de un tipo y/o modo de funcionamiento de la carga eléctrica y basándose en el perfil de corriente de carga medido por el componente de sensor 7 del circuito de protección contra sobrecarga 1B y basándose en el perfil de tensión de alimentación medido por un componente de sensor 9 del circuito de control de fuente de alimentación 1C en el terminal de entrada 2 del aparato de protección de carga 1. En una posible realización, el componente de sensor 7 del circuito de protección contra sobrecarga 1B comprende un sensor Hall adaptado para medir continuamente la corriente de carga Il que fluye hacia el terminal de salida 3 del aparato de control de carga 1 para proporcionar el perfil de corriente de carga. El componente de sensor 7 también puede comprender un sensor GMR, un transformador o una resistencia de derivación.

En una posible realización, el procesador 8A de la unidad de control 8 está adaptado para calcular un factor de alimentación cos9 basándose en los datos del perfil de corriente de carga y los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos 8B de la unidad de control 8. Los datos de perfil pueden almacenarse durante una ventana de tiempo de movimiento predeterminada en la memoria de datos 8B.

La carga eléctrica conectada al terminal de salida 3 puede comprender diferentes modos de funcionamiento. Por ejemplo, un motor eléctrico M como carga inductiva puede comprender diferentes modos de funcionamiento. La Figura 3 muestra un diagrama de estado para ilustrar diferentes modos de funcionamiento posibles de un motor eléctrico conectado como carga al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1. En el ejemplo ilustrado, el motor eléctrico M conectado comprende un modo de funcionamiento inactivo, un modo de funcionamiento de arranque, un modo de funcionamiento de estado estable y un modo de funcionamiento de parada. En el modo de funcionamiento inactivo, el motor eléctrico M está desconexión y la velocidad de rotación del motor eléctrico M es cero. En respuesta a un comando de encendido, se realiza una transición desde el modo de funcionamiento inactivo al modo de funcionamiento de arranque. En el modo de funcionamiento de arranque, se arranca el motor eléctrico M y se aumenta la velocidad de rotación del motor eléctrico M. En el modo de funcionamiento de estado estable del motor M, la velocidad de rotación del motor eléctrico M se mantiene constante. Además, en un modo de funcionamiento de parada, se para el motor eléctrico M y se reduce la velocidad de rotación del motor eléctrico M. En respuesta a un de comando de desconexión, ya sea en el modo de funcionamiento de arranque o en el modo de funcionamiento de estado estable, la unidad de control 8 pasa a un modo de funcionamiento de parada hasta que la velocidad de rotación del motor eléctrico M llega a ser cero.

El procesador 8A de la unidad de control 8 está adaptado para determinar el modo de funcionamiento y/o un estado de funcionamiento específico de la carga eléctrica conectada, tal como un motor, procesando los datos del perfil de corriente de carga y/o los datos de perfil de tensión de alimentación disponibles en la memoria de datos 8^bde la unidad de control 8.

Como también se ilustra en el diagrama de estado de la Figura 3, la unidad de control 8 está adaptada para controlar el circuito controlador 6 del aparato de protección de carga 1 al recibir un comando de control CMD de manera que el conmutador de alimentación 5 se conecta o desconecta de acuerdo con el comando de control recibido CMD. En una posible realización, la unidad de control 8 del aparato de protección de carga 1 está adaptada para recibir el comando de control CMD desde la PSN a través del terminal de entrada 2 o desde la carga conectada al terminal de salida 3. En una realización alternativa, la unidad de control integrada 8 del aparato de protección de carga 1 también puede recibir un comando de control de un ordenador conectado al aparato de protección de carga 1 o de un control de programa almacenado de un sistema de automatización a través del terminal de entrada 2, por ejemplo por medio de un PLC de comunicación por línea eléctrica.

En una posible realización, la unidad de control 8 del aparato de protección de carga 1 está adaptada para derivar basándose en al menos un parámetro de funcionamiento de la carga eléctrica conectada y los datos de perfil almacenados en la memoria de datos 8B un perfil de temperatura asociado de componentes de la carga eléctrica y/o de componentes del propio aparato de control de carga 1 y está además adaptado para controlar el circuito controlador 6 para desconectar el conmutador de alimentación 5 si se ha detectado una desviación de un intervalo de temperatura predeterminado. El conmutador de alimentación 5 del aparato de protección de carga 1, en una posible realización, también puede conectarse después de un período de espera configurable y/o después de eliminar con éxito una causa de desconexión y/o si se cumplen otras condiciones de conexión predeterminadas. El conmutador de alimentación 5 puede comprender diferentes tipos de dispositivos de estado sólido que incluyen un IGBT o un MOSFET de alimentación. El MOSFET de alimentación puede comprender un MOSFET SiC, un MOSFET GaN o un MOSFET ScAlN. La carga eléctrica conectada como se muestra en la Figura 2 puede comprender, en una posible realización, un motor multifásico M que recibe a través del aparato de protección de carga 1 una única fase de corriente eléctrica L como una corriente de carga de funcionamiento I^l.

En una posible implementación, el aparato de protección de carga 1 proporciona para la fase de corriente eléctrica L al menos un circuito de protección contra sobrecorriente 1A y un circuito de protección contra sobrecarga 1B. En una posible realización, la carga eléctrica es un motor eléctrico M, en particular un motor eléctrico trifásico M conectado a tres aparatos de protección 1 en paralelo. El motor eléctrico trifásico M puede comprender un motor de inducción trifásico, es decir, un motor asíncrono. El motor de inducción usa corriente eléctrica suministrada en tres fases L a través de tres aparatos de protección de carga 1 en secuencia hacia las bobinas de un estator para crear un campo magnético giratorio. Este campo magnético induce un campo eléctrico en una bobina o jaula de ardilla para accionar un rotor del motor de inducción M. La diferencia de velocidad entre el rotor, es decir, la velocidad sincrónica, y el campo magnético giratorio también se denomina deslizamiento. Un sistema de bobinado trifásico simétrico del estator del motor de inducción M está conectado a una red de fuente de alimentación trifásica PSN con la tensión y la frecuencia apropiadas. En cada una de las tres fases L del bobinado pueden fluir corrientes sinusoidales de la misma amplitud. Cada una de las corrientes eléctricas se compensa temporalmente entre sí en 120°.

Dado que las fases L también están compensadas espacialmente en 120°, el estator del motor eléctrico M crea un campo magnético que gira con la frecuencia de la tensión aplicada. El campo magnético giratorio induce una tensión eléctrica en el bobinado del rotor o en las barras del rotor. Las corrientes de cortocircuito pueden fluir debido a que el bobinado está cortocircuitado por un anillo. Junto con el campo magnético giratorio, estas corrientes eléctricas crean fuerzas mecánicas y producen un par de torsión sobre el radio del rotor que puede acelerar la velocidad del rotor en la dirección del campo giratorio. En el motor de inducción, la frecuencia de la tensión generada en el rotor del motor eléctrico M cae a medida que aumenta la velocidad del rotor.

Esto se debe a que la diferencia entre la velocidad del campo giratorio y la velocidad del rotor se vuelve más pequeña. Si el rotor del motor eléctrico M girara a la misma velocidad que el campo magnético giratorio, giraría sincrónicamente y no se induciría tensión y, como resultado, el motor eléctrico M no podría desarrollar ningún par de torsión. Sin embargo, el par de torsión de carga y los pares de torsión de fricción en los cojinetes conducen a una diferencia entre la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético giratorio y esto da como resultado un equilibrio entre el par de torsión de aceleración y el par de torsión de carga. Como consecuencia, el motor eléctrico de inducción funciona de forma asíncrona y también se denomina motor asíncrono. En una posible realización, el aparato de protección de carga 1 se proporciona para un motor de inducción asíncrono M conectado al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1 y protegido contra sobrecorriente y/o sobrecarga.

El aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención como se ilustra en las Figuras 1, 2 también se pueden proporcionar para otros tipos de cargas eléctricas, en particular, también para un motor síncrono. En un motor síncrono, el campo magnético giratorio del estator está sincronizado con el campo magnético del rotor. El aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención también se puede usar para motores accionados por CC. La carga también puede comprender un motor multifásico con un condensador.

Como también se ilustra en la realización mostrada en la Figura 9, para la fase de corriente eléctrica L o para cada dirección de corriente de CC, se proporciona un primer conmutador de alimentación 5-1 para una semionda de corriente positiva de una corriente de CA o para una corriente de CC positiva. Además, se puede proporcionar un segundo conmutador de alimentación 5-2 para una semionda de corriente negativa de una corriente de CA o para una corriente de CC negativa. Los conmutadores de alimentación 5 se pueden conectar a través de circuitos rectificadores de medio puente o de puente completo con circuitos de accionamiento asociados 6 del aparato de protección de carga 1. Como se ilustra en la Figura 10, el circuito controlador 6 puede comprender un lado de baja tensión conectado a la unidad de control 8 y un lado de alta tensión conectado al conmutador de alimentación 5. En una realización preferida, el lado de baja tensión y el lado de alta tensión del circuito controlador 6 están separados galvánicamente entre sí.

En una posible realización del aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención, el procesador 8A de la unidad de control 8 está adaptado para realizar un control de ángulo de fase y/o para aplicar un patrón de conmutación predefinido al conmutador de alimentación 5 a través del circuito controlador 6 en función del factor de alimentación calculado cos9 y un modo de funcionamiento de corriente de la carga eléctrica conectada al aparato de protección de carga 1. Para este fin, el procesador 8A de la unidad de control 8 tiene acceso a al menos una característica de funcionamiento de carga de la carga eléctrica que indica para parámetros de funcionamiento al menos una zona de funcionamiento admisible, al menos una zona de funcionamiento crítica y/o al menos una zona de funcionamiento no admisible.

La Figura 5 muestra esquemáticamente una característica de funcionamiento de carga para una carga eléctrica para proporcionar protección. Las diferentes zonas de la característica de funcionamiento de carga pueden definirse por al menos dos parámetros de funcionamiento P^a, P^bcomo se muestra en la Figura 5.

Las Figuras 6, 7 muestran ejemplos de una característica de funcionamiento de carga que puede almacenarse en una memoria 8C de la unidad de control 8 y usarse por el procesador o FPGA 8A para proporcionar protección de una carga, en particular, protección contra sobrecarga. Como puede verse en las Figuras 6, 7, el procesador o FPGA 8A de la unidad de control 8 está adaptado para evaluar los datos de perfil de corriente de carga y/o los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos 8B de la unidad de control 8 con respecto a las características de funcionamiento de carga de la carga eléctrica almacenada en la memoria de características de carga 8C para determinar si las combinaciones de parámetros de funcionamiento de diferentes parámetros de funcionamiento P están en una zona de funcionamiento crítica o no admisible de la respectiva característica de funcionamiento de carga. En el ejemplo mostrado en las Figuras 6, 7, se ilustra un parámetro P^bdado por la relación entre la corriente de carga y la corriente nominal de un motor como carga en el tiempo t para mostrar dos escenarios diferentes. En el escenario ilustrado en la Figura 6, la relación calculada entre la corriente de carga muestreada y la corriente nominal predefinida proporciona valores que están todos en la zona admisible de la característica de funcionamiento de carga. En contraste, en el escenario mostrado en la Figura 7, los valores de la relación (primer parámetro P^b) están inicialmente en la zona admisible y a continuación se mueven en el tiempo (segundo parámetro) a la zona crítica y, finalmente, a una zona no admisible como se muestra en la Figura 7. Cuando el parámetro P^balcanza la zona crítica, la unidad de control 8 puede activar una señal de advertencia. Tan pronto como el parámetro de funcionamiento P^balcanza la zona no admisible, el procesador 8A de la unidad de control 8 puede activar un modo de funcionamiento de desconexión donde el circuito controlador 6 desconecta el conmutador de alimentación 5 en respuesta a un comando de control recibido de la unidad de control 8. Como alternativa, la unidad de control 8 puede controlar otro conmutador conectado en serie al conmutador de alimentación 5 para desconectar la carga en caso de que se alcance una zona de funcionamiento no admisible. En una posible realización, la unidad de control 8 puede emitir una señal de advertencia a través de un elemento de visualización de la interfaz de usuario 15, tal como un LED integrado en el alojamiento de fusibles 12 del aparato de protección de carga 1, si se determina que una combinación de parámetros de funcionamiento se encuentra en una zona de funcionamiento crítica de una característica de funcionamiento de carga de la respectiva carga eléctrica. Además, la unidad de control 8 puede generar automáticamente una señal de control de desconexión aplicada al conmutador de alimentación 5 o a otro conmutador para desconectar la corriente de carga I^lsi se determina que una combinación de parámetros de funcionamiento de parámetros de funcionamiento está en una zona de funcionamiento no admisible de una característica de funcionamiento de carga de la carga eléctrica respectiva. En una posible realización, en la memoria 8C de la unidad de control 8 se pueden almacenar diferentes características de funcionamiento de carga para diferentes combinaciones de parámetros de funcionamiento.

En una posible realización, la unidad de control 8 de varios (por ejemplo tres) aparatos de protección de carga 1 están adaptadas para determinar si las tensiones de alimentación recibidas en diferentes terminales de entrada 2 provistos para diferentes fases L indican una fuente de alimentación simétrica por la red de fuente de alimentación PSN conectada al terminal de entrada 2 del aparato de control de carga diferente 1 basándose en los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos 8B de las unidades de control 8. Las unidades de control 8 están adaptadas para desconectar automáticamente los conmutadores de alimentación 5 en las diferentes fases L si la unidad de control 8 reconoce una fuente de alimentación asimétrica de la red de fuente de alimentación PSN.

La figura 4 muestra un diagrama de flujo para ilustrar una posible realización ilustrativa de una operación de control de la fuente de alimentación realizada por un aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención, como se muestra en la figura 1B. En respuesta a un comando de encendido, la carga eléctrica conectada es un motor M que arranca en la etapa S^ay se realiza una transición desde el modo de funcionamiento inactivo al modo de funcionamiento de arranque.

En una primera etapa S^b, las mediciones se realizan por los componentes de sensor. Para cada fase L, se puede medir la tensión respectiva U y una corriente de carga eléctrica I^len la etapa S^b. La corriente de carga I^lse mide por un componente de sensor 7 y la tensión de alimentación U puede medirse por el componente de sensor 9 del aparato de protección de carga 1.

En otra etapa S^c, el procesador 8A de la unidad de control 8 realiza un cálculo del factor de alimentación. El procesador 8A de la unidad de control 8 está adaptado para calcular el factor de alimentación cos9 basándose en los datos del perfil de corriente de carga y los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos 8B de la unidad de control 8. El factor de alimentación se define como una relación entre la alimentación real y la alimentación aparente. A medida que se transfiere alimentación a lo largo de una línea de transmisión, no consiste únicamente en alimentación real que puede realizar trabajo una vez transferida al motor eléctrico M, sino que consiste en una combinación de alimentación real y reactiva denominada alimentación aparente. El factor de alimentación describe la cantidad de alimentación real transmitida a lo largo de una línea de transmisión a la carga eléctrica conectada en relación con la alimentación aparente total que fluye en la línea de transmisión.

En una etapa adicional Sd, se observa el modo de funcionamiento actual del motor eléctrico M. Si el motor eléctrico M arrancado está en el modo de funcionamiento de arranque (modo 1), el procesador 8A o controlador de la unidad de control 8 realiza un control de fuente de alimentación de arranque en la etapa Se. Si el motor eléctrico M está en el modo de funcionamiento de estado estable (modo 2), el procesador 8A de la unidad de control 8 realiza un control de fuente de alimentación de estado estable en la etapa Sf. Si el motor eléctrico M conectado está en el modo de funcionamiento de parada (modo 3), el procesador 8A o controlador de la unidad de control 8 realiza un control de fuente de alimentación de parada en la etapa S^gcomo se ilustra en la Figura 4. En una posible implementación, el procesador 8A de la unidad de control 8 puede realizar en la etapa S^e, S^f, S^gun control del ángulo de fase en función del factor de alimentación cos9 calculado en la etapa S^cy del modo de funcionamiento actual observado del motor eléctrico M.

Se usa un control de ángulo de fase (también llamado PFC de control de fase activada) para limitar la alimentación de la tensión de CA aplicada. En una posible realización, la unidad de control 8 opera el conmutador de alimentación 5 para realizar el control de ángulo de fase. La unidad de control 8 puede variar la relación entre la corriente de carga I^ly la tensión de alimentación controlando la conmutación del conmutador de alimentación 5 a través del circuito controlador 6. En una posible realización, la unidad de control 8 puede realizar un procedimiento de arranque suave de carga para reducir temporalmente la carga mecánica y el par de torsión en el tren de potencia para minimizar un aumento de corriente eléctrica de una carga eléctrica durante un arranque. De esta manera, la unidad de control 8 puede reducir la tensión mecánica de la carga eléctrica.

La unidad de control 8 puede controlar, en una posible realización, una sola fase del suministro de tensión trifásica de una carga durante una fase de arranque. De esta manera, el equipo de una carga eléctrica tal como un motor puede acelerarse suavemente. Esto alarga la vida útil de la carga eléctrica y mejora su comportamiento de funcionamiento. La unidad de control 8 puede usar el conmutador de alimentación de estado sólido 5 para controlar el flujo de corriente eléctrica y, en consecuencia, la tensión aplicada a la carga eléctrica en función del factor de alimentación calculado y el modo de funcionamiento y/o tipo de carga eléctrica.

La Figura 8 muestra un diagrama de flujo de una posible realización ilustrativa de un método para proteger una carga eléctrica de acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención.

En la realización ilustrada de la Figura 8, el método comprende tres etapas principales S1, S2, S3. En una primera etapa S1, se genera una caída de tensión AU4 en el componente de sensor 4 correspondiente a una velocidad de aumento de corriente de una corriente de carga eléctrica I^lque fluye a través del componente de sensor 4 y el conmutador de alimentación 5 a una carga eléctrica. En una posible implementación, se genera la caída de tensión AU4 por una bobina correspondiente a la velocidad de aumento de corriente de la corriente de carga eléctrica I^l.

En una etapa adicional S2, el conmutador de alimentación 5 se desconecta automáticamente mediante un circuito controlador 6 dentro de un período de desconexión de menos de un microsegundo si la caída de tensión generada AU4 más una caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 supera una tensión umbral para proporcionar protección contra sobrecorriente, en particular, protección contra una corriente de cortocircuito. En una posible realización, el período de desconexión es de menos de cinco microsegundos.

En una posible implementación, también la alimentación eléctrica aplicada a la carga eléctrica se controla por una unidad de control 8 basándose en un perfil de corriente de carga medido y un perfil de tensión de alimentación medido. La alimentación eléctrica aplicada a la carga eléctrica se puede controlar, en una posible realización, realizando un control de ángulo de fase. En una realización alternativa, el control de la fuente de alimentación se puede conseguir aplicando un patrón de conmutación predefinido al conmutador de alimentación 5.

Además, de acuerdo con la presente invención, un estado de sobrecarga de la carga eléctrica se determina basándose en el perfil de corriente de carga medido por la unidad de control 8 para activar una desconexión por el circuito de activación 6 Y un tipo de la carga conectada se determina por la unidad de control 8 basándose en los datos de perfil medidos.

Como se puede ver a partir de la Figura 2, el componente de sensor de hardware 4 está conectado en serie con el conmutador de alimentación 5. El componente de sensor de hardware 4, tal como una bobina, está adaptado para generar una tensión eléctrica correspondiente a una velocidad de aumento de corriente de la corriente eléctrica que fluye a través del componente de sensor 4 y el conmutador de alimentación 5 a la carga eléctrica conectada al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1. El circuito controlador 6 está adaptado para detectar una sobrecorriente que se produce, en particular, una corriente de cortocircuito, dependiendo de la caída de tensión generada directamente por el componente de sensor 4 y para desconectar el conmutador de alimentación 5 automáticamente tras la detección de una sobrecorriente dentro de un período de tiempo muy corto para proteger la carga eléctrica conectada. El componente de sensor 4 comprende, en una posible implementación, una bobina que está adaptada para generar directamente una tensión de inducción U^ldependiendo de un cambio de la corriente eléctrica I que fluye a través del componente de sensor 4 y a través del conmutador de alimentación 5 a la carga eléctrica conectada. La tensión de inducción U^lgenerada por la bobina 4 corresponde a la velocidad de aumento de corriente dl/dt de una corriente eléctrica I que fluye a través del componente de sensor 4 y a través del conmutador de alimentación 5 a la carga eléctrica respectiva. La caída de tensión AU4 generada por el componente de sensor 4 y la caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 se aplica como una tensión suma U^ al circuito controlador 6. En caso de que el conmutador de alimentación 5 se implemente por un MOSFET, la caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 corresponde a la tensión de la fuente de drenaje U^ds. El componente de sensor 4 no solo mide la velocidad de aumento de corriente dl/dt, sino que también proporciona protección al conmutador de alimentación 5 limitando la caída de tensión AU5, por ejemplo, la tensión de la fuente de drenaje U^dsdel MOSFET 5. El circuito controlador 6 está adaptado para determinar basándose en tensión suma aplicada U^ una corriente de cortocircuito que se produce y/o una sobrecarga del conmutador de alimentación 5 y/o una sobrecarga de la carga eléctrica y está adaptado para desconectar el conmutador de alimentación 5 tras la detección de una sobrecorriente y/o tras la detección de una sobrecarga para proteger tanto la carga eléctrica conectada y/o para proteger el conmutador de alimentación 5 del aparato de control de carga 1 dentro de un breve período de desconexión de menos de cinco microsegundos. En una realización preferida, el circuito controlador 6 puede desconectar el conmutador de alimentación 5 dentro de un período de desconexión de menos de dos microsegundos si la tensión suma aplicada U^ supera una tensión umbral predeterminada U^th. De acuerdo con la presente invención, la tensión umbral U^thes configurable. Si la tensión suma aplicada U^ supera la tensión umbral configurada U^th, el circuito controlador 6 del aparato de control de carga 1 desconecta automáticamente el conmutador de alimentación 5 dentro de un breve período de desconexión de menos de cinco microsegundos, preferentemente con un período de menos de dos microsegundos. La desconexión se realiza de manera predeterminada sin implicar la unidad de control 8. En una posible realización, el componente de sensor 4 comprende una bobina adaptada para medir la velocidad de aumento de corriente dl/dt de la corriente eléctrica I que fluye a través del componente de sensor 4. El componente de sensor 4 genera directamente una tensión de inducción U^ proporcional al cambio de la corriente eléctrica (dl/dt) que fluye a través de la bobina 4. En una posible realización, si la corriente eléctrica I tiene una velocidad de aumento de corriente de aproximadamente cinco amperios por microsegundo, la tensión de inducción generada U^ aplicada al circuito controlador 6 es suficiente para activar una operación de desconexión del conmutador de alimentación 5 conectado en serie con el componente de sensor 4. La inductividad L de la bobina 4 se puede adaptar individualmente a las limitaciones físicas del conmutador de alimentación 5 usado. El componente de sensor de hardware 4 es muy robusto contra las influencias ambientales y no implica ningún circuito electrónico para generar la tensión de detección AU4. En consecuencia, la probabilidad de que el componente de sensor de hardware 4 falle durante la operación del aparato de control de carga 1 es muy baja. A diferencia de los circuitos electrónicos, tales como los diferenciadores, el uso de un componente de sensor de hardware, en particular, una bobina, hace que el aparato de protección de carga 1 sea extremadamente robusto y aumenta su vida útil operativa. Las operaciones de desconexión se realizan por el circuito controlador 6 sin implicar a la unidad de control de lentitud relativa 8. Por consiguiente, la operación de desconexión activada por la tensión eléctrica AU4 generada físicamente por el componente de sensor 4 se realiza exclusivamente por el hardware del circuito controlador 6 como se ilustra también en el diagrama de circuito de la Figura 10. El componente de sensor 4 es muy sensible y genera una tensión de detección AU4 incluso antes de que la corriente de carga eléctrica I^lque fluye hacia la carga eléctrica alcance un alto nivel de corriente que potencialmente puede dañar los componentes de la carga eléctrica conectada. Por consiguiente, el aparato de protección de carga 1 comprende un mecanismo de protección que es más rápido al menos en un factor de aproximadamente 50 que los dispositivos de protección convencionales. La operación de desconexión muy rápida proporcionada por el circuito controlador de hardware 6 garantiza que únicamente se transfiere una pequeña protección de energía eléctrica a la carga eléctrica conectada en caso de un escenario de sobrecorriente o cortocircuito. Por consiguiente, incluso los componentes eléctricos sensibles de la carga eléctrica conectada están protegidos eficazmente por el mecanismo de protección del aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención. Los mecanismos de protección del aparato de protección de carga 1, es decir, el circuito de protección contra sobrecorriente 1A y el circuito de protección contra sobrecarga 1B, no protegen únicamente los componentes eléctricos de la carga eléctrica conectada, sino también el conmutador de alimentación 5 integrado en el alojamiento del aparato de protección de carga 1. Por consiguiente, el aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención tiene un mecanismo de autoprotección integrado para proporcionar autoprotección de los componentes integrados en el aparato de protección de carga 1. La alimentación eléctrica en el conmutador de alimentación 5 está limitada en una posible implementación a aproximadamente el 80 % de una alimentación de funcionamiento predeterminada.

Después de desconectar el conmutador de alimentación 5, es posible conectar de nuevo el conmutador de alimentación 5 en caso de que se hayan cumplido las condiciones de conexión predeterminadas. Después de eliminar con éxito la causa de desconexión, el conmutador de alimentación 5 se puede conectar de nuevo. En consecuencia, el aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención se puede usar de nuevo después de que se haya activado una desconexión. En una posible implementación, el conmutador de alimentación 5 se puede conectar de nuevo después de que haya expirado un período de espera configurable y/o después de que se haya eliminado con éxito una causa de desconexión.

En una posible implementación, el microprocesador o procesador 8A de la unidad de control 8 puede calcular un estado de funcionamiento actual del conmutador de alimentación 5, en particular, una alimentación de disipación de corriente y/o temperatura de funcionamiento T del conmutador de alimentación 5. La unidad de control 8 puede emitir, en una posible implementación, una alarma preventiva en caso de que la alimentación monitorizada del conmutador de alimentación 5 o la temperatura T del conmutador de alimentación 5 supere los límites admisibles. La unidad de control 8 puede observar un cambio de la alimentación y temperatura del conmutador de alimentación 5 y puede activar una desconexión en caso de que se haya alcanzado un intervalo crítico.

La fase de corriente aplicada L puede comprender una frecuencia de, por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz. En una posible realización, el componente de sensor 4 puede comprender una bobina con una inductividad L de menos de 1 milihenrio.

En una posible realización, el procesador 8A de la unidad de control 8 es programable y puede hacer uso de un modelo de programa de componentes implementado en la carga eléctrica conectada y/o implementado en el propio aparato de protección de carga 1. En una posible realización, se pueden configurar los parámetros de modelo del modelo empleado. Estos parámetros pueden comprender, por ejemplo, la corriente de funcionamiento normal de la carga eléctrica conectada, así como una clase de disparo de la carga eléctrica conectada. En una posible realización, la unidad de control 8 está adaptada para derivar, basándose en los perfiles de corriente medidos por el componente de medición de corriente 7 y basándose en al menos un parámetro de la carga eléctrica conectada, un perfil de temperatura de los componentes de la carga eléctrica conectada y/o de los componentes del aparato de protección de carga 1 y puede controlar el circuito controlador 6 para desconectar el conmutador de alimentación 5 si se detecta una desviación de un intervalo de temperatura predeterminado. Un parámetro puede comprender, por ejemplo, una corriente establecida o una clase de disparo de la carga eléctrica conectada. Además, la unidad de control 8 se puede programar con un período de espera configurable. Por ejemplo, en función del perfil de temperatura, tiene que expirar un período de espera correspondiente antes de que el conmutador de alimentación 5 pueda conectarse de nuevo. El circuito controlador 6 opera independientemente de la unidad de control 8 para desconectar el conmutador de alimentación asociado 5 dentro de un breve tiempo de reacción en caso de que la tensión suma aplicada U^ supere una tensión umbral configurable U^th. La caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 corresponde a la amplitud o nivel de la corriente eléctrica que fluye. La caída de tensión AU4 a lo largo del componente de sensor 4 corresponde a la velocidad de aumento de corriente de la corriente eléctrica que fluye a través del componente de sensor 4 y el conmutador de alimentación 5 a la carga eléctrica. En estados críticos de funcionamiento, ambas caídas de tensión AU4, AU5 se añaden y aplican como una tensión suma U^ al circuito controlador 6 para que un estado crítico de funcionamiento ya pueda detectarse en una fase inicial de su aparición. La aplicación de una tensión suma U^ al chip de circuito controlador integrado 6 se ilustra en el diagrama de circuito de las Figuras 9, 10 requiere solo una patilla de entrada de este chip, promoviendo así la miniaturización del aparato de protección de carga 1 integrado en el alojamiento de fusibles 12.

El circuito controlador 6 puede controlar un conmutador de alimentación asociado 5 que puede comprender, en una posible implementación, un MOSFET de nitruro de galio que tiene una resistencia de alta tensión de al menos 800 voltios en el estado de desconexión y que tiene una baja impedancia en su estado de conexión. En posibles implementaciones adicionales, el conmutador de alimentación 5 también puede comprender un MOSFET de alimentación SiC o un MOSFET de SiAlN.

Como también se ilustra en la Figura 11, el aparato de control de carga 1 puede comprender varios mecanismos de protección redundantes usando diferentes técnicas de medición.

El aparato de protección de carga 1 puede comprender varios mecanismos de protección, en particular, un primer mecanismo de protección proporcionado por la caída de tensión AU4 a lo largo del componente de sensor 4, un segundo mecanismo de protección proporcionado por la caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 y un tercer mecanismo de protección provisto por el componente de medición de corriente 7. En caso de corriente de cortocircuito, el componente de sensor 4 y el conmutador de alimentación 5 activan el circuito controlador 6 para realizar una operación de desconexión muy rápida. El componente de medición de corriente 7 proporciona además protección en caso de sobrecarga. Por consiguiente, el aparato de protección de carga 1 proporciona protección para la carga eléctrica pero también una protección electrónica contra sobrecarga y sobrecorriente que se puede usar nuevamente después de que el conmutador de alimentación 5 se haya desconectado, en particular, después de que se haya agotado un período de espera programable.

La Figura 9 muestra un diagrama de circuito para ilustrar una posible implementación ilustrativa de un aparato de protección de carga 1 que proporciona conmutación y/o protección de una carga eléctrica conectada al aparato de protección de carga 1. En la implementación ilustrada, el aparato de protección de carga 1 comprende un terminal de entrada 2 para recibir una tensión de alimentación de fase U desde una red de fuente de alimentación PSN que tiene, por ejemplo, una tensión de 400 voltios. En la realización ilustrativa ilustrada, cada trayectoria de señal desde el terminal de entrada 2 al terminal de salida 3 comprende pares de conmutadores de alimentación 5 y componentes de sensores asociados 4. El circuito ilustrado de la Figura 9 es simétrico para semiondas de corriente positiva y semiondas de corriente negativa de una corriente de CA suministrada al aparato de protección de carga 1. Entre el terminal de entrada 2 y el terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1, se proporciona una primera bobina 4-1 y una segunda bobina 4-2. Cada bobina 4-1, 4-2 comprende un conmutador de alimentación asociado 5-1, 5-2 como se ilustra en el diagrama de circuito de la Figura 9. En la implementación ilustrativa ilustrada, ambas bobinas 4-1, 4-2 tienen una inductividad L de 2,2 microhenrios. En la implementación ilustrada, los conmutadores de alimentación 5-1, 5-2 están implementados por MOSFET de alimentación. En una posible implementación, se puede proporcionar un varistor VAR para eliminar las perturbaciones. En la implementación ilustrada, los diodos D se pueden conectar en paralelo a cada bobina 4-1, 4-2 para reducir la autoinducción. Los conmutadores de alimentación 5-1, 5-2 están conectados a un circuito puente rectificador que comprende, en la implementación ilustrada, dos pares de transistores complementarios Q1 a Q4. En el lado de salida del circuito puente rectificador, se pueden proporcionar condensadores C para proporcionar un retardo mínimo predeterminado. Ambas resistencias R1, R2 comprenden una resistencia que se puede configurar para ajustar la sensibilidad del circuito ilustrado en la Figura 9. Como se puede ver en la Figura 9, el circuito controlador 6 está conectado a la salida del circuito puente rectificador para recibir la tensión suma U^ del conmutador de alimentación 5-1 o del conmutador de alimentación 5-2 y del componente de sensor 4-1 o del componente de sensor 4-2 y para aplicar en el control de retorno tensiones en las puertas de los dos conmutadores de alimentación ilustrados 5-1, 5-2. El circuito controlador 6 está adaptado para detectar una sobrecorriente que se produce, en particular, una corriente de cortocircuito, dependiendo de las tensiones generadas directamente por el componente de sensor 4-1 o el componente de sensor 4-2 y para desconectar el conmutador de alimentación asociado 5-1 o el conmutador de alimentación 5-2 tras la detección de una corriente de cortocircuito que fluye a través de la trayectoria de corriente entre el terminal de entrada 2 y el terminal de salida 3 dentro de un período de tiempo, en particular dentro de un período de desconexión de menos de 5 microsegundos, para proteger la carga eléctrica conectada al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1.

La Figura 10 muestra un diagrama de bloques de una posible realización ilustrativa de un circuito controlador 6 que puede usarse en el aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención. En la realización ilustrativa ilustrada, el circuito controlador 6 comprende un solo controlador de IGBT ICIED020/12-B2 fabricado por Infineon Technologies. También se pueden usar otros circuitos de accionamiento, en parte un ASIC. Como se puede ver a partir del diagrama de bloques de la Figura 10, el circuito controlador 6 comprende dos mitades de circuito separadas galvánicamente por transformadores T1, T2. El lado izquierdo del circuito controlador 6 ilustrado en la Figura 10 está conectado a la unidad de control 8 para recibir señales de control de la unidad de control 8, en particular, en respuesta a comandos de control o dependiendo de los perfiles de corriente medidos. El lado de baja tensión en el lado izquierdo del circuito controlador 6 del diagrama del circuito, como se muestra en la Figura 10, está conectado a través de transformadores al lado de alta tensión provisto en el lado derecho del circuito ilustrado en la Figura 10. La tensión suma U^ que consiste en la caída de tensión AU4 a lo largo del componente de sensor 4 y la caída de tensión AU5 a lo largo del conmutador de alimentación 5 se aplica en la implementación ilustrada a la patilla de entrada DESAT del circuito controlador 6 y se compara mediante un comparador K3 del circuito controlador 6 con un umbral de tensión configurable Uth de, por ejemplo, 9 voltios como se ilustra en la Figura 10. Si se supera la tensión umbral configurable Uth, una señal binaria viaja a través de varias puertas para accionar un amplificador operacional y generar una salida de señal de desconexión de control a las puertas de los MOSFET de alimentación 5-1, 5-2 para desconectar ambos MOSFET de alimentación dentro de un tiempo de reacción muy corto de menos de cinco microsegundos. El circuito controlador 6 ilustrado en la Figura 10 comprende dos partes separadas galvánicamente. El circuito controlador 6 se puede conectar a un DSP de 5 voltios convencional o a un microcontrolador 8A que forma parte de la unidad de control 8 en donde las entradas/salidas de CMOS están conectadas al lado de baja tensión. Como se puede ver a partir del diagrama de circuito de la Figura 10, se proporciona un bucle de desconexión usado para desconectar los conmutadores de alimentación 5-1, 5-2 en respuesta a la tensión suma aplicada U^ solo en el lado de alta tensión del circuito controlador 6 para que el tiempo de reacción sea muy corto debido a los pequeños tiempos de propagación de las señales lógicas que se propagan a través de las puertas lógicas de la parte de alta tensión del circuito controlador 6. El bucle de protección de desconexión no incluye la unidad de control 8 que se usa en su mayoría para las operaciones normales de conexión y/o desconexión en respuesta a la recepción de comandos CMD de conexión/desconexión y también se usa para el control de fuente de alimentación de la alimentación eléctrica que fluye hacia la carga eléctrica conectada, en particular, durante un arranque suave. En una posible implementación, el componente de sensor 4 y el conmutador de alimentación 5 así como el circuito controlador 6 pueden integrarse en el alojamiento de fusibles 12 insertado en un portafusibles colocado en una placa de circuito impreso PCB.

En una posible implementación, el componente de sensor 4 se puede implementar por otro componente distinto de una bobina, en particular, por una resistencia con un circuito de medición local correspondiente adaptado para generar directamente una tensión eléctrica U correspondiente a la velocidad de aumento de corriente de la corriente eléctrica I que fluye a través de la respectiva resistencia de detección. La resistencia puede ser una resistencia NTC o PTC. En una posible realización, la resistencia de la resistencia usada 4 puede depender de la temperatura. También, la resistencia dependiente de la temperatura se puede configurar individualmente de acuerdo con las limitaciones físicas del conmutador de alimentación asociado 5.

En una realización adicional, un modelo de datos de la carga eléctrica conectada puede almacenarse en una memoria y evaluarse mediante el procesador 8A de la unidad de control 8 para proporcionar protección contra sobrecarga y/o sobrecorriente a la carga eléctrica conectada. El aparato de protección de carga 1 puede comprender un LED para señalar un estado de funcionamiento actual del aparato de protección de carga 1, en particular, de sus conmutadores de alimentación integrados 5. En una posible implementación, el elemento de visualización también indica qué mecanismo de seguridad o mecanismo de protección ha sido activado por la desconexión de los conmutadores de alimentación integrados 5. En esta implementación, un usuario u operador de un sistema de automatización puede ser informado de si la desconexión del conmutador de alimentación 5 fue causada por una alta velocidad de aumento de corriente detectada de la corriente eléctrica o debido a una sobrecarga determinada o detectada del conmutador de alimentación 5 o sobrecarga detectada de la carga eléctrica conectada o causada por una detección de sobrecarga en vista de los perfiles de corriente medidos por el componente de medición de corriente 7. En todavía otra posible realización adicional, la información acerca de la causa de la desconexión del conmutador de alimentación 5 también se puede emitir a través de una interfaz de datos del aparato de control de carga 1 o a través del terminal 2, por ejemplo, a un controlador remoto de un sistema de automatización que incluye la carga eléctrica protegida conectada al terminal de salida 3 del aparato de protección de carga 1. En todavía otra posible implementación adicional, el aparato de protección de carga 1 puede comprender una memoria de datos local para almacenar datos de registro. Los datos de registro pueden comprender datos acerca de operaciones de desconexión realizadas durante la operación del sistema de automatización o durante la operación de la carga eléctrica conectada. En una posible implementación, los datos de registro memorizados pueden evaluarse para analizar los estados de funcionamiento críticos que se han producido durante la operación del sistema de automatización.

En todavía otra posible realización adicional, un circuito de relé se puede conectar en serie con el conmutador de alimentación 5. Un pequeño circuito de relé puede integrarse en una posible realización en el alojamiento de fusibles 12. Los circuitos de relé para diferentes fases pueden usar el cambio o secuencia de fases de fuente de alimentación y/o proporcionar una separación galvánica. Durante una operación de desconexión controlada por el circuito controlador 6 o por la unidad de control 8, el conmutador de alimentación 5 se puede desconectar antes que el circuito de relé asociado, mientras que durante una operación de conexión bajo el control del circuito controlador 6 o bajo el control de la unidad de control 8, el circuito de relé se conecta antes que el conmutador de alimentación asociado 5. Esto minimiza el desgaste de los contactos del circuito de relé y aumenta la seguridad contra fallos del conmutador de alimentación 5. Además, las secuencias de conexión y desconexión hacen posible detectar fallos del conmutador de alimentación 5.

En una posible realización adicional más del aparato de protección de carga 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, diferentes modelos y/o características de funcionamiento de carga para diferentes cargas eléctricas se pueden almacenar en una memoria de configuración de la unidad de control 8 para proporcionar protección de carga de adaptación para la carga eléctrica respectiva dependiendo de los perfiles de corriente y/o perfiles de tensión medidos y dependiendo de al menos un parámetro de la carga eléctrica conectada.

La Figura 11 muestra esquemáticamente la arquitectura de funcionamiento del aparato de control de carga 1 que comprende mecanismos de protección redundantes y diferentes técnicas de medición para proporcionar protección contra sobrecarga y/o sobrecorriente del propio aparato de protección de carga 1, en particular, su conmutador de alimentación 5, y también para la carga eléctrica conectada al aparato de protección de carga 1. Los diferentes mecanismos de protección redundantes difieren en lo que detectan (dl/dt, /Imáx, Ilímite, Icontinua), sus respectivos tiempos de reacción y la precisión de la medición como también se ilustra en la Figura 11. Incluso si un mecanismo de protección puede fallar, todavía se puede aplicar otro mecanismo de protección del aparato de protección de carga 1.

El aparato de protección de carga 1 de acuerdo con la presente invención proporciona una operación de arranque y desconexión optimizadas de una carga eléctrica conectada. Además, el desgaste de la carga eléctrica conectada durante las diferentes fases o estados de funcionamiento se minimiza para maximizar la vida útil de funcionamiento de la carga eléctrica.

El aparato de protección de carga electrónica 1 de acuerdo con la presente invención se puede utilizar para reemplazar un fusible convencional existente insertado en un portafusibles de un circuito electrónico. El alojamiento del aparato de protección de carga 1 tiene la misma forma que el alojamiento de un fusible convencional tal como un fusible de fusión. Por ejemplo, el alojamiento tiene la misma forma y contactos eléctricos que un fusible NH.

Al reemplazar el fusible convencional por un aparato de protección de carga electrónica 1, no solo se logra una protección significativamente más rápida y, en consecuencia, más confiable contra sobrecorrientes, sino que también el aparato de protección de carga 1 se puede reutilizar y aún funciona después de que haya ocurrido un evento de sobrecorriente. Además, el aparato de protección de carga 1 también proporciona protección contra escenarios de sobrecarga e incluso puede proporcionar control de alimentación.

La figura 12 muestra una posible realización del aparato de protección de carga electrónica 1 integrado en un alojamiento de fusibles NH de cerámica 12 que tiene cuchillas de metal 14A, 14B en ambos lados conectadas al terminal de entrada 2 y al terminal de salida 3, respectivamente. También lengüetas de extracción 13A, 13B pueden proporcionarse para extraer el aparato de protección de carga 1 de un portafusibles.

La conectividad de los terminales 2, 3 se puede indicar en el alojamiento 12 del aparato de protección de carga 1. Además, un elemento de visualización de una interfaz de usuario 15, tal como un LED, puede integrarse en la carcasa 12 para indicar un estado de funcionamiento del aparato de protección de carga electrónica 1. Se pueden integrar otros elementos de visualización para mostrar un modo de funcionamiento momentáneo de la carga conectada y/o una causa de fallo que haya activado una operación de desconexión por el conmutador de alimentación integrado 5.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de protección de carga para proteger una carga eléctrica conectada a un terminal de salida (3) del aparato de protección de carga (1) contra sobrecorriente, comprendiendo dicho aparato (1):

un circuito de protección contra sobrecorriente (1A) que tiene al menos un terminal de entrada (2) adaptado para recibir una tensión de alimentación desde una red de fuente de alimentación (PSN) y que tiene un conmutador de alimentación (5) a través del cual la carga eléctrica recibe una corriente de carga eléctrica (I^l) a través del terminal de salida (3) y que tiene un componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) conectado en serie con el conmutador de alimentación (5) y adaptado para generar directamente una caída de tensión (AU4) correspondiente a la velocidad de aumento de corriente de la corriente de carga eléctrica (I^l) que fluye desde el terminal de entrada (2) del aparato de control de carga (1) a través del componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) y el conmutador de alimentación (5) al terminal de salida (3) y que tiene un circuito controlador (6) que está adaptado para detectar una sobrecorriente que se produzca dependiendo de la caída de tensión (AU4) generada por el componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) y dependiendo de una caída de tensión (AU5) a lo largo del conmutador de alimentación (5) y que está adaptado para desconectar dicho conmutador de alimentación (5) tras la detección de una sobrecorriente dentro de un período de desconexión predefinido, en donde el circuito controlador (6) está dispuesto para operar independientemente de una unidad de control (8) de dicho aparato de protección de carga (1) para proporcionar protección contra sobrecorriente desconectando el conmutador de alimentación (5) si la caída de tensión generada (AU4), más una caída de tensión (AU5) a lo largo del conmutador de alimentación (5) aplicada a una entrada de accionamiento (DESAT) del circuito controlador (6) como una tensión de suma (U^), supera una tensión umbral configurable (U^th),

comprendiendo además dicho aparato (1):

un circuito de protección contra sobrecarga (1B) que tiene un componente de sensor de corriente de carga (7) adaptado para medir continuamente la corriente de carga (I^l) que fluye hacia el terminal de salida (3) notificado a la unidad de control (8) del aparato de protección de carga (1) adaptado para determinar un estado de sobrecarga y un tipo de la carga eléctrica conectada basándose en el perfil de corriente de carga medido, en donde el tipo de carga eléctrica comprende un tipo de carga resistiva, inductiva o capacitiva.

2. El aparato de protección de carga de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el período de desconexión está predefinido por tiempos de propagación de señales lógicas que se propagan a través de puertas lógicas del lado de alta tensión del circuito controlador (6), en donde el período de desconexión es de menos de 1 milisegundo, en particular menos de 5 microsegundos.

3. El aparato de protección de carga de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde la unidad de control (8) está adaptada para controlar el circuito controlador (6) para desconectar el conmutador de alimentación (5) si la unidad de control (8) determina un estado de sobrecarga de la carga eléctrica conectada y para controlar un relé electromecánico conectado en serie con el conmutador de alimentación (5) para interrumpir el flujo de corriente si la unidad de control (8) determina un estado de sobrecarga de la carga eléctrica.

4. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, en donde el componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) del circuito de protección contra sobrecorriente (1A) comprende una bobina que está adaptada para generar una caída de tensión por inducción (AU4) dependiendo de la velocidad de aumento de corriente de la corriente de carga (I^l) que fluye a través del componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) del circuito de protección contra sobrecorriente (1A).

5. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en donde el componente de sensor de corriente de carga (7) del circuito de protección contra sobrecarga (1B) comprende un sensor Hall, un sensor GMR, una resistencia de derivación o un transformador adaptado para medir continuamente la corriente de carga (I^l) que fluye hacia el terminal de salida (3) del aparato de control de carga (1) para proporcionar el perfil de corriente de carga.

6. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, que comprende además un circuito de control de fuente de alimentación (1C) que tiene al menos un componente de sensor de tensión (9) formado por un divisor de tensión (9) adaptado para suministrar una fracción de la tensión de alimentación en el terminal de entrada (2) o en el terminal de salida (3) a la unidad de control (8) del aparato de control de carga (1) para proporcionar un perfil de tensión de alimentación.

7. El aparato de protección de carga de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el componente de sensor de corriente de carga (7) del circuito de protección contra sobrecarga (1B) y al menos un componente de sensor de tensión (9) del circuito de control de fuente de alimentación (1C) están conectados a convertidores de analógico a digital asociados (10, 11) adaptados para convertir el perfil de corriente de carga analógico medido y el perfil de tensión de alimentación medido en valores de medición correspondientes almacenados en una memoria de datos (8B) de la unidad de control (8) como datos de perfil de corriente de carga y datos de perfil de tensión de alimentación.

8. El aparato de protección de carga de acuerdo con la reivindicación 7, en donde un procesador o un FPGA (8A) de la unidad de control (8) está adaptado para calcular un factor de alimentación (cos9) basándose en los datos del perfil de corriente de carga y los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos (8B) de la unidad de control (8).

9. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, en donde la unidad de control (8) está adaptada para controlar el circuito controlador (6) del aparato de control de carga (1) en la recepción de un comando de control (CMD) de manera que el conmutador de alimentación (5) se conecta o desconecta de acuerdo con el comando de control recibido (CMD), en donde la unidad de control (8) del aparato de control de carga (1) está adaptada para recibir el comando de control (CMD) desde una interfaz de usuario (15) del aparato de control de carga (1), desde un ordenador conectado a dicho aparato de control de carga (1) o desde un control de programa almacenado de un sistema de automatización.

10. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, en donde el conmutador de alimentación (5) comprende un IGBT o un MOSFET de alimentación, en particular un MOSFET SiC, un MOSFET GaN o un MOSFET ScAlN.

11. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 10, en donde la unidad de control (8) del aparato de control de carga (1) está adaptada para derivar, basándose en al menos un parámetro de funcionamiento, P, de la carga eléctrica conectada y basándose en los datos de perfil almacenados, un perfil de temperatura de los componentes de la carga eléctrica o perfil de temperatura de los componentes del aparato de control de carga (1) y está adaptado además para controlar el circuito controlador (6) para desconectar el conmutador de alimentación (5) si se detecta una desviación del perfil de temperatura derivado de un intervalo de temperatura predeterminado.

12. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11, en donde el conmutador de alimentación (5) se conecta después de un período de espera configurable o después de eliminar con éxito una causa de desconexión o si se cumplen otras condiciones de conexión predeterminadas.

13. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 12, que comprende diferentes terminales de entrada (2) proporcionados para diferentes fases, L, de la red de fuente de alimentación (PSN) en donde cada terminal de entrada (2) está conectado a través de una trayectoria de señal a un terminal de salida (3), en donde cada trayectoria de señal comprende pares de conmutadores de alimentación (5) y componentes de sensor de velocidad de aumento de corriente asociados (4).

14. El aparato de protección de carga de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el par de conmutadores de alimentación (5) provistos en la trayectoria de señal entre el terminal de entrada (2) y el terminal de salida (3) comprende un primer conmutador de alimentación (5-1) provisto para una semionda de corriente positiva de una corriente de ^cA y se proporciona un segundo conmutador de alimentación (5-2) para una semionda de corriente negativa de una corriente de CA.

15. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 14, en donde el circuito controlador (6) comprende un lado de baja tensión conectado a la unidad de control (8) y un lado de alta tensión conectado al conmutador de alimentación (5), en donde el lado de baja tensión y el lado de alta tensión del circuito controlador (6) están separados galvánicamente entre sí.

16. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 15, en donde la unidad de control (8) está adaptada para realizar un control de ángulo de fase o para aplicar un patrón de conmutación predefinido al conmutador de alimentación (5) dependiendo de un factor de alimentación calculado (cos9).

17. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 16, en donde el procesador o el FPGA (8A) de la unidad de control (8) tiene acceso a al menos una característica de funcionamiento de carga de la carga eléctrica conectada almacenada en una memoria de características de carga (8C) de la unidad de control (8) que indica, para los parámetros de funcionamiento (P^a, P^b) al menos una zona de funcionamiento admisible, al menos una zona de funcionamiento crítica y/o al menos una zona de funcionamiento no admisible, en donde los parámetros de funcionamiento (P^a, P^b) comprenden como primer parámetro de funcionamiento una relación entre una corriente de carga y una corriente nominal de la carga eléctrica conectada y como segundo parámetro de funcionamiento el tiempo.

18. El aparato de protección de carga de acuerdo con la reivindicación 17, en donde el procesador o el FPGA (8A) de la unidad de control (8) está adaptado para evaluar los datos de perfil de corriente de carga y los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos (8b ) de la unidad de control (8) con respecto a las características de funcionamiento de carga de la carga eléctrica almacenada en la memoria de características de carga (8C) para determinar si las combinaciones de parámetros de funcionamiento de diferentes parámetros de funcionamiento (P^a, PAG^b) están en una zona de funcionamiento crítica o inadmisible de la característica de funcionamiento de carga almacenada en la memoria de características de carga (8C) de la unidad de control (8).

19. El aparato de protección de carga de acuerdo con la reivindicación 18, en donde la unidad de control (8) emite una señal de advertencia a través de la interfaz de usuario (15) del aparato de control de carga (1) si una combinación de parámetros de funcionamiento de los parámetros de funcionamiento (P^a, P^b) se determina que se encuentra en una zona de funcionamiento crítica de una característica de funcionamiento de carga de la carga eléctrica, en donde la unidad de control (8) está adaptada para generar automáticamente una señal de control de desconexión aplicada al conmutador de alimentación (5) para desconectar la corriente de carga (I^l) si una combinación de parámetros de funcionamiento de parámetros de funcionamiento (P^a, P^b) se determina que se encuentra en una zona de funcionamiento no admisible de una característica de funcionamiento de carga de la carga eléctrica conectada.

20. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 13 a 19, en donde la unidad de control (8) del aparato de control de carga (1 ) está adaptada para determinar si las tensiones de alimentación recibidas (U) en los diferentes terminales de entrada (2) y corrientes de carga (I^l) provistas para diferentes fases, L, en diferentes terminales de salida (3) indican una fuente de alimentación simétrica de la carga eléctrica conectada por la red de fuente de alimentación (PSN) conectada a los terminales de entrada (2) del aparato de control de carga (1) basándose en los datos de perfil de tensión de alimentación almacenados en la memoria de datos (8B) de la unidad de control (8) y en donde la unidad de control (8) del aparato de control de carga (1 ) está adaptada para determinar si una carga eléctrica está conectada al terminal de salida (3) basándose en los datos de perfil almacenados en la memoria de datos (8B) de la unidad de control (8), en donde la unidad de control (8) está adaptada para desconectar automáticamente los conmutadores de alimentación (5) si se reconoce una fuente de alimentación asimétrica del aparato de control de carga (1) por la red de fuente de alimentación (PSN) o una fuente de alimentación asimétrica de la carga eléctrica conectada por el aparato de control de carga (1 ) por la unidad de control (8).

21. El aparato de protección de carga de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 20, en donde el componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) comprende una inductividad, L, de menos de 1 milihenrio.

22. Un sistema de automatización que comprende un aparato de protección de carga (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 21 y una carga eléctrica conectada a los terminales de salida (3) de dicho aparato de protección de carga (1 ).

23. Un método para proteger una carga eléctrica conectada a un terminal de salida (3) de un aparato de protección de carga (1 ) contra sobrecorriente,

comprendiendo dicho método las etapas de:

- recibir una tensión de alimentación desde una red de fuente de alimentación (PSN) en al menos un terminal de entrada (2) de un circuito de protección contra sobrecorriente (1A) de dicho aparato de protección de carga (1), en donde el circuito de protección contra sobrecorriente (1A) tiene un conmutador de alimentación (5) a través del cual la carga eléctrica recibe una corriente de carga eléctrica (I^l) a través del terminal de salida (3);

- generar directamente mediante un componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) conectado en serie con el conmutador de alimentación (5) una caída de tensión (AU4) correspondiente a la velocidad de aumento de corriente de la corriente de carga eléctrica (I^l) que fluye desde el terminal de entrada (2) a través del componente del sensor de velocidad de aumento de corriente (4) y el conmutador de alimentación (5) al terminal de salida (3);

- detectar mediante un circuito controlador (6) de dicho circuito de protección contra sobrecorriente (1A) una sobrecorriente que se produzca dependiendo de la caída de tensión (AU4) generada por el componente de sensor de velocidad de aumento de corriente (4) y dependiendo de una caída de tensión (AU5) a lo largo del conmutador de alimentación (5);

- desconectar automáticamente, mediante el circuito controlador (6), el conmutador de alimentación tras la detección de una sobrecorriente dentro de un período de desconexión predefinido, en donde el circuito controlador (6) opera independientemente de una unidad de control (8) de dicho aparato de protección de carga (1) para proporcionar protección contra sobrecorriente desconectando el conmutador de alimentación (5) si la caída de tensión generada (AU4) más la caída de tensión (AU5) a lo largo del conmutador de alimentación (5) aplicada a una entrada de accionamiento (DESAT) del circuito controlador (6) como una tensión de suma (U^) supera una tensión umbral configurable (U^th);

- medir continuamente, mediante un componente de sensor de corriente de carga (7) de un circuito de protección contra sobrecarga (1B) de dicho aparato de protección de carga (1), la corriente de carga (I^l) que fluye al terminal de salida (3) y notificar la corriente de carga medida (I^l) a la unidad de control (8) del aparato de protección de carga (1);

- determinar, mediante la unidad de control (8), un estado de sobrecarga y un tipo de la carga conectada basándose en el perfil de corriente de carga medido, en donde el tipo de carga eléctrica comprende un tipo de carga resistiva, inductiva o capacitiva.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 23, comprendiendo además:

- controlar una alimentación eléctrica suministrada a la carga eléctrica por la unidad de control (8) basándose en un perfil de corriente de carga medido por el componente de sensor de corriente de carga (7) y un perfil de tensión de alimentación medido por un componente de sensor de tensión (9) de un circuito de control de fuente de alimentación (1C) de dicho aparato de protección de carga (1) para proporcionar protección contra sobrecarga.

25. El método de acuerdo con las reivindicaciones 23 o 24, que comprende además:

- desconectar el conmutador de alimentación (5) mediante el circuito controlador (6) bajo el control de la unidad de control (8) si la unidad de control (8) determina un estado de sobrecarga de la carga eléctrica conectada.

26. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 23 a 25, en donde la alimentación eléctrica suministrada a la carga eléctrica se controla por la unidad de control (8) dependiendo del tipo determinado de la carga eléctrica conectada.

27. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 23 a 26, en donde el período de desconexión predefinido está predeterminado en un intervalo entre 2 microsegundos y 1 milisegundo.

28. Un alojamiento de fusibles (12) que comprende un aparato de control y protección de carga integrado (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 21.

29. El alojamiento de fusibles de acuerdo con la reivindicación 28 que comprende un alojamiento de fusibles NH.