MX2014013697A - Aparato y metodo para controlar un dispositivo. - Google Patents

Abstract

Se divulga un método para controlar la aplicación de un voltaje de alimentación a una carga eléctrica. Se determina una característica del voltaje de alimentación. En respuesta, el método provoca la desconexión de una señal de control de un interruptor automático. Desconectar la señal de control provoca que el interruptor automático desconecte el voltaje de alimentación de la carga eléctrica.

Description

APARATO Y MÉTODO PARA CONTROLAR UN DISPOSITIVO CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN Esta solicitud se refiere en general al control de dispositivos energizados eléctricamente. Más concretamente, esta solicitud se refiere al control del funcionamiento u operación de cargas inductivas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una amplia gama de dispositivos energizados por la electricidad impregna cada aspecto de la vida. Una lista no exhaustiva de ejemplos de dispositivos incluye refrigeradores, aire acondicionado, hornos, lavadoras, secadoras, etc. Estos dispositivos mejoran nuestra vida cotidiana.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de un sistema HVAC (sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado) en el que un dispositivo de protección de ejemplo puede funcionar para detener la operación del sistema HVAC al interrumpir las señales de control producidas por un termostato.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de control de propósito general en el que un dispositivo de protección de ejemplo puede funcionar para interrumpir la señal de control.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de otro sistema de ejemplo en el que un dispositivo de protección de ejemplo puede funcionar para detener la operación de un dispositivo en respuesta a detectar condiciones de caída de voltaje.

La Figura 4 es un diagrama de bloques funcional de otro dispositivo de protección de ejemplo.

La Figura 5 es un diagrama de temporización que ilustra los niveles de voltaje en condiciones normal y de caída de voltaje.

La Figura 6 es un diagrama de flujo de un metodo de ejemplo que puede implementarse en un dispositivo de protección de ejemplo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El aparato descrito en este documento y los métodos implementados en el mismo pueden inhibir o detener el funcionamiento de una carga eléctrica al interrumpir una señal de control. Una carga eléctrica o simplemente una carga es cualquier dispositivo que funciona cuando se aplica o conecta un voltaje de alimentación a la carga. La señal de control puede causar que el voltaje de alimentación se aplique al dispositivo. Al hacer que se aplique el voltaje de alimentación al dispositivo, la señal de control hace que el dispositivo funcione. Interrumpir la señal de control puede provocar la desconexión o remoción del voltaje de alimentación desde el dispositivo. Como consecuencia de una interrupción de la señal de control, el funcionamiento del dispositivo puede detenerse o inhibirse. Permitir la conexión de un voltaje de alimentación al dispositivo a un voltaje de alimentación o la aplicación de un voltaje de alimentación a la carga puede denominarse como el prendido o encendido del dispositivo. Permitir la desconexión del voltaje de alimentación del dispositivo puede denominarse como el apagado o desconectado del dispositivo. La señal de control puede ser una señal eléctrica que se comunica a través de una línea de control o de manera inalámbrica a través de un canal de radio frecuencia.

El funcionamiento de un dispositivo bajo condiciones anormales disminuye la vida del dispositivo. Las condiciones anormales son condiciones que pueden causar daños al dispositivo o un funcionamiento sub-óptimo del dispositivo. En una modalidad de ejemplo, el aparato puede interrumpir una señal de control para detener la operación de un dispositivo en respuesta al detectar condiciones anormales. Un aparato que detiene a un dispositivo de funcionamiento en condiciones anormales en respuesta a la detección de la situación anormal puede denominarse como un dispositivo de protección.

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado de ejemplo (HVAC) 100 en el que un dispositivo de protección de ejemplo 102 funciona para interrumpir las señales de control 104 generadas por un termostato 106. En este ejemplo, el sistema HVAC incluye una unidad de aire acondicionado (AC) 1 08 y una unidad de ventilador 110. La unidad de aire acondicionado (AC) 108 incluye un motor de inducción 108-1 y un compresor 108-2. La unidad de ventilador 110 incluye un motor de inducción 110-1 que impulsa un ventilador 110-2. El dispositivo de protección 102 se dispone electricamente en la trayectoria de las líneas de control. En general, el termostato 106 detecta la temperatura ambiente e intenta mantener la temperatura ambiente cerca de una temperatura de punto de ajuste deseada. El termostato 106 hace esto al encender o apagar los dispositivos de calefacción o de enfriamiento, para mantener la temperatura cerca de la temperatura de punto de ajuste deseada.

Durante el funcionamiento normal, el termostato 106 prende el motor de inducción 108-1 de la unidad de aire acondicionado (AC) 108, como respuesta al detectar que la temperatura ambiente excede la temperatura del punto de ajuste deseada. El termostato genera una señal de control en una de las líneas de control 104 para hacer que el motor de inducción 108-1 se encienda. Un experto en la téenica de los sistemas HVAC puede referirse a esto como un "llamado a enfriamiento" del termostato 106. Como se discutió en un principio, la señal de control puede hacer que el voltaje de alimentación 112 se aplique al motor de inducción 108-1. En respuesta a la aplicación del voltaje de alimentación 112, el motor de inducción 108-1 puede encender y hacer que el compresor 108-2 funcione. El funcionamiento del compresor 108-2 enfría el aire y reduce la temperatura ambiente. Por separado, el termostato 106 puede hacer que el motor de inducción 110-1 de la unidad de ventilador 110 se encienda. El termostato 106 puede hacer que el motor de inducción 110-1 de la unidad de ventilador 110 se encienda al generar una señal de control distinta de las líneas de control 104. Cuando está en funcionamiento, la unidad de ventilador 110 facilita la circulación del aire enfriado.

El voltaje de alimentación 112 típicamente es proporcionado mediante utilidad o servicios de energía electrica o por empresas de energía eléctrica. Sin embargo, en algunas situaciones, el voltaje de alimentación puede ser generado localmente por un generador eléctrico, un panel solar, o un banco de baterías como las baterías de plomo y ácido, etc. Los valores comunes de los voltajes suministrados por las empresas de energía eléctrica son de 110 a 120 voltios (AC) y 220 a 240 voltios (AC). Por lo general, cuando el voltaje de alimentación 112 se aplica a un dispositivo, el motor de inducción 108-1 por ejemplo, el dispositivo consume corriente eléctrica. El valor instantáneo de la corriente eléctrica consumida por el dispositivo depende del valor del voltaje de alimentación y de las características eléctricas del dispositivo. El producto del valor del voltaje de alimentación y de la corriente eléctrica consumida por el dispositivo constituye la energía eléctrica consumida por el dispositivo.

En este ejemplo, cuando el termostato 106 determina que la temperatura ambiente es aproximadamente igual a la temperatura del punto de ajuste, el termostato 106 puede dejar de generar la señal de control en las líneas de control 104. Al detener la generación de las señales de control, el termostato 106 puede hacer que se remueva el voltaje de alimentación 112 del motor de inducción 108-1. En respuesta a la remoción del voltaje de alimentación 112, el motor de inducción 108-1 puede apagar y hacer que el compresor deje de funcionar.

Mientras que el termostato está generando las señales de control en las líneas de control 104, el dispositivo de protección puede desactivar uno o ambos motores de inducción 108-1 y 110-1 al interrumpir las señales de control. Interrumpir las señales de control puede causar que el voltaje de alimentación 112 se remueva de los motores de inducción que accionan el ventilador 110-2 y el compresor 108-2, en una modalidad. Como se verá en detalle más adelante, el dispositivo de protección 102 puede incluir interruptores que cuando son operados por elementos del dispositivo de protección 102 pueden causar la interrupción de las líneas de control que llevan las señales de control, interrumpiendo con ello las señales de control.

En modalidades descritas aquí, el dispositivo de protección 102 puede causar la interrupción de las líneas de control 104 como respuesta al detectar condiciones anormales. Las condiciones anormales pueden constituir condiciones físicas tales como humedad, temperatura ambiente, temperatura de la carga eléctrica, etc. En una modalidad, un dispositivo de protección puede incluir sensores que miden las condiciones físicas. Por ejemplo, en un escenario un dispositivo de protección 102 puede medir la temperatura del motor de inducción 108-1, por ejemplo, y en respuesta al detectar un exceso de temperatura el dispositivo de protección 102 puede detener el funcionamiento del motor de inducción para proteger al motor de inducción de daño.

En otros escenarios, las condiciones anormales pueden ser ocasionadas por las variaciones en las características del voltaje de alimentación 112. Las variaciones del voltaje de alimentación 112 pueden ser ocasionadas por factores externos como el aumento de la demanda en la red eléctrica de las compañías de energía eléctrica o de utilidad de energía eléctrica. La mayoría de los dispositivos están especificados para funcionar con un voltaje de alimentación de entrada nominal, es decir un voltaje de alimentación ± un porcentaje de tolerancia (rango de voltaje de alimentación de entrada), por ejemplo, 120 V ± 5%. Un voltaje de alimentación que este por encima o por debajo del rango de voltaje de alimentación de entrada constituye una condición anormal. La condición en la cual el voltaje de alimentación excede al rango de voltaje de alimentación de entrada puede denominarse como una condición de sobre voltaje. La condición en la cual el voltaje de alimentación 112 está por debajo del rango de voltaje de alimentación de entrada puede denominarse como una condición de bajo voltaje. Una condición de bajo voltaje puede referirse como una condición de caída de voltaje. Para un voltaje de alimentación 112 de 120 VAC, el nivel de caída de voltaje es de aproximadamente 95 VAC y para un voltaje de alimentación de 240 VAC, el nivel de caída de voltaje es de aproximadamente 188 VAC.

Durante una condición de caída de voltaje, un dispositivo como un motor de inducción 108-1 de la unidad AC 108 puede consumir más corriente eléctrica para compensar la disminución de voltaje de alimentación. La corriente eléctrica incrementada puede causar que el dispositivo se sobrecaliente, se detenga e incluso se queme, si el dispositivo es forzado a funcionar por largos períodos durante una caída de voltaje. Otros ejemplos de condiciones anormales de voltaje de alimentación incluyen diferencias de fase excesiva entre el voltaje de alimentación y la corriente eléctrica, fases desbalanceadas en un voltaje de alimentación trifásico, etc. En modalidades que se describen aquí, el aparato puede monitorear una o más de las características del voltaje de alimentación mencionadas anteriormente. En una modalidad de ejemplo, el aparato puede interrumpir la señal de control en respuesta a detectar una o más de las condiciones anormales relacionadas con el voltaje de alimentación.

En la modalidad de la Figura 1, los elementos del dispositivo de protección 102 pueden causar que los interruptores funcionen en respuesta a la detección de las condiciones anormales discutidas anteriormente en las características del voltaje de alimentación 112. En la modalidad de la Figura 1, el dispositivo de protección 102 está conectado al voltaje de alimentación 112. Esto permite que el dispositivo de protección 102 monitoree el estatus o estado del voltaje de alimentación 112.

A manera de ejemplo y sin limitación, el dispositivo de protección 102 puede detectar las condiciones de sobre/bajo voltaje y en respuesta puede interrumpir las señales de control 104 para detener el funcionamiento de los motores de inducción bajo condiciones de sobre/bajo voltaje.

A modo de ejemplo y sin limitación alguna, en lo anterior, el dispositivo de protección 102 funciona para detener la operación de los componentes de un sistema HVAC. El dispositivo de protección 102 en general se puede emplear para detener o controlar el funcionamiento de cualquier dispositivo que convierte la energía electrica en una o más formas de energía. Motores, bombas, válvulas motorizadas y ventiladores, son ejemplos de dispositivos eléctricos que convierten la energía eléctrica en movimiento y calor. Una bobina de calentamiento es un ejemplo de un dispositivo eléctrico que convierte la energía eléctrica en calor.

El dispositivo de protección 102 por ejemplo puede detener el funcionamiento de un horno de cocina bajo condiciones anormales. Del mismo modo, el dispositivo de protección 102 puede detener un motor de una lavadora doméstica en respuesta al detectar condiciones anormales, como desborde de agua, temperatura excesiva del agua, etc.

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de un sistema de ejemplo 200 en el que un dispositivo de ejemplo 202 puede funcionar para detener la operación de una carga eléctrica 208. En condiciones normales de funcionamiento, una unidad de control 206 genera una señal de control para hacer que la carga 208 se encienda. La unidad de control 206 puede corresponder al termostato de la Figura 1, en una modalidad. La señal eléctrica se transmite a través de una línea de control 204. La línea de control 204 puede conectarse a un relevador electromecánico con contacto unipolar de una vía (SPST) 210. El relevador SPST 210 comprende una bobina 210-1 y un interruptor 210-2. La señal electrica transmitida a través de la línea de control 204 puede energizar la bobina 210-1 y causar que el interruptor 210-2 se cierre. Esto hace que el voltaje de alimentación 212 se aplique a la carga eléctrica 208. La corriente eléctrica fluirá del voltaje de alimentación 212 a través del interruptor cerrado 210-2 y energizará o encenderá la carga eléctrica 208.

El dispositivo 202 puede interrumpir la señal de control producida por una unidad de control 206 sobre la línea de control 204 para inhibir el funcionamiento de una carga eléctrica 208. La interrupción de la señal de control desactiva la bobina 210-1 y hace que el interruptor 210-2 se abra. Como resultado de ello, el voltaje de alimentación 212 se retira de la carga 208 y el funcionamiento de la carga 208 se detiene.

A modo de ejemplo y sin limitación alguna, en el análisis precedente, el relevador electromecánico SPST 210 se utiliza para causar la aplicación y remoción del voltaje de alimentación 212 a la carga eléctrica 218. Sin embargo, en otros sistemas se pueden utilizar dispositivos semiconductores como Triacs (Triodo para corriente alterna) o rectificadores controlados de silicio para causar la aplicación y remoción del voltaje de alimentación 212 a la carga eléctrica 218. En aún otros sistemas, se puede utilizar un interruptor automático para causar la aplicación y remoción del voltaje de alimentación 212 a la carga eléctrica 218. Un interruptor automático es un relevador electromecánico que puede conducir grandes corrientes eléctricas. El sistema 200 puede corresponder al sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) de la Figura 1.

La Figura 3 muestra un sistema HVAC 300 de ejemplo, donde un dispositivo de protección 302 de ejemplo puede detectar condiciones anormales correspondientes al voltaje de alimentación 112 y puede detener el funcionamiento del motor 304. El motor 304 puede corresponder al motor de inducción de la unidad AC de la Figura 1. El termostato 310 puede ser configurado para encender el motor 304 cuando la temperatura ambiente excede una temperatura de punto de ajuste. En condiciones normales de funcionamiento, el termostato 310 puede producir o generar una señal de control de 24 VAC en la línea de control 308 en respuesta al determinar que la temperatura ambiente excede la temperatura del punto de ajuste. La señal de control puede aplicarse al interruptor automático 314 a traves de la trayectoria eléctrica que comprende la línea de control 308 y el interruptor normalmente cerrado 312 del dispositivo de protección 302. La señal de control puede energizar la bobina 314-1 del interruptor automático 314. La bobina energizada 314-1 puede cerrar los interruptores 314-2 y 314-3, causando la aplicación del voltaje de alimentación 112 al motor 304. En otras modalidades, el termostato 310 puede producir una señal de corriente de 4-20 mA para causar que el interruptor automático 314 funcione.

El dispositivo de protección 302 puede detener el funcionamiento del motor 304 mediante la interrupción de la señal de control producida mediante el termostato 310 en la línea de control 308. El dispositivo de protección 302 puede interrumpir la señal de control, haciendo que el interruptor 312 abra y desconecte la línea de control 308. La interrupción de la señal de control hace que la bobina 314-1 se desactive. Como consecuencia, los interruptores 314-2 y 314-3 pueden abrir y remover el voltaje 112 del motor 304, lo que hace que el motor 304 se desactive o apague.

En esta modalidad, además del interruptor 312, el dispositivo de protección 302 comprende el controlador 314, la unidad de acondicionamiento de señal (SCU) 316, el suministro de energía universal (UPS) 318, varistores 320 y 322 y diodos emisores de luz (LE Ds) 324 y 326. El controlador 314 puede comunicar el estatus de operación del dispositivo de protección 302, provocando que los LEDs 324 y 326 se iluminen de acuerdo con un patrón predefinido.

La SCU 316 comprende circuitos que generan una señal de voltaje, representativa del voltaje de alimentación 112. El controlador 314 puede monitorear la señal generada por la SCU 316 y comparar la señal con uno o más umbrales. Los umbrales pueden corresponder al rango de voltaje de alimentación de entrada. En respuesta al detectar que la señal está fuera del rango de voltaje de alimentación de entrada, el controlador 314 puede causar que el interruptor 312 se abra. Como se ha explicado anteriormente, abrir el interruptor 312 hace que el motor 304 se apague. El controlador 314 puede comunicar el estatus del interruptor 312 al iluminar los LEDs 324 en una modalidad.

En esta modalidad, el UPS 318, en condiciones normales de funcionamiento, genera uno o más voltajes de alimentación DC desde el voltaje de alimentación 112. Los voltajes de alimentación DC generados por el UPS 318 suelen tener un nivel de 12 V, 3.3V y 5V. Los voltajes DC generados por el UPS 318 pueden utilizarse para energizar los diversos componentes del dispositivo de protección 302. Por ejemplo, el voltaje de alimentación de 3.3 V DC puede energizar las secciones lógicas digitales del controlador y los voltajes de alimentación de 12V y 5V DC pueden energizar las secciones análogas del dispositivo protector 302. El UPS 318 se puede configurar para funcionar en una amplia gama de valores de voltajes de alimentación 112. El UPS 318 puede funcionar normalmente en un rango de voltajes de alimentación. Por ejemplo, el UPS 318 puede funcionar incluso cuando el voltaje de alimentación 112 cae a niveles tan bajos como 85 VAC o cuando el voltaje de alimentación se dispara hasta 277 VAC. Como resultado de ello, el dispositivo protector 302 puede seguir funcionando aun cuando el voltaje de alimentación 112 cae a niveles de caída de voltaje.

Generalmente, un varistor tiene una gran característica de corriente-voltaje no lineal, en la cual el varistor tiene una alta resistencia a voltajes bajos y una baja resistencia a voltajes altos. Los varistores 320 y 322 se conectan entre las líneas de voltaje de alimentación y la tierra 324 para proteger la carga 304 de voltajes transitorios o picos en voltaje. Los varistores 320 y 322 protegen la carga 304 de voltajes transitorios excesivos al derivar la corriente electrica creada por el alto voltaje transitorio lejos de la carga 304. Los varistores 320 y 322 siguen siendo no conductores en un modo de derivación durante el funcionamiento normal cuando el voltaje de alimentación 112 se encuentra en el rango de funcionamiento normal. Cuando aparece un pico de voltaje, como el producido por un rayo, en las líneas de voltaje de alimentación, el varistor 320 y el varistor 322 podrían estropearse o desajustarse. Como resultado de este desajuste, el gran flujo de corriente resultante del pico de voltaje puede ser desviado para fluir a través del varistor 320 y del varistor 322 en lugar de la carga 304. Después de que se disipa el pico de voltaje, los varistores 320 y 322 regresan a su estado no conductivo.

La aplicación de picos de voltaje repetitivos en algunos casos puede causar que los varistores 320 y 322 fallen de manera irreversible. En algunas situaciones, los picos de voltaje repetitivos pueden causar que los varistores 320 y 322 se descompongan de manera irreversible. En otras situaciones, después de ser sometidos a múltiples picos de voltaje, los varistores 320 y 322 pueden fallar y descomponerse cuando aparece un pico de voltaje posterior en las líneas de voltaje de alimentación.

Los varistores 320 y 322 pueden corresponder a un varistor de óxido metálico térmico (TMOV), en algunas modalidades. Un ejemplo de un TMOV que puede utilizarse como el varistor 320 y 322 es el TCMOV34S111MP, fabricado por LITTELFUSE. El TCMOV34S111MP está previsto de una línea de monitor o terminal (no se muestra). La línea de monitor indica el estado de funcionamiento normal del TCMOV34S111MP. La terminal de monitor puede cambiar de estado cuando el TCMOV34S111MP falla de forma irreversible. El controlador 314 puede monitorear el estado de la terminal de monitor y con base en el estado de la línea de monitor, el controlador 314 puede causar apropiadamente que se ilumine un indicador visual, como el diodo emisor de luz 326, por ejemplo, iluminar con el fin de comunicar el estado de funcionamiento de los varistores 320 y 322. La tabla 1 enlista los estados de los LEDs 324 y 326 bajo diferentes condiciones de funcionamiento, de acuerdo con una modalidad. A modo de ejemplo y sin limitación, el dispositivo de protección 300 está configurado con dos LEDs 324 y 326. En otras modalidades, más o menos LEDs pueden acoplarse al controlador 314. En aún otras modalidades, el controlador 314 podrá operar un dispositivo auditivo, como un timbre para comunicar el estado de funcionamiento del dispositivo de protección.

Indicadores LED Tabla 1 La figura 4 es un diagrama de bloques funcional detallado de un dispositivo de protección de ejemplo 400. El dispositivo de protección 400 puede corresponder al dispositivo de protección 302, en una modalidad. Al describir el dispositivo de protección 400, se hace referencia a los diagramas de temporlzación 500 y 502 ilustrados en la Figura 5. El tiempo se representa en el eje horizontal de los diagramas de temporización 500 y 502. La señal de voltaje sinusoidal AC 506 puede corresponder al voltaje de alimentación 112 de la Figura 1. En condiciones normales, la señal de voltaje sinusoidal AC 506 tiene una amplitud 510. En condiciones anormales, tales como condiciones de caída de voltaje, la señal de voltaje sinusoidal AC 506 tiene una amplitud 512 que es menor que la amplitud 510.

En este ejemplo, el dispositivo de protección 400 comprende una SCU 404, un controlador 406, un transistor NPN 440, un suministro de energía 454 y un relevador electromecánico normalmente cerrado 450. Un extremo de las líneas de control 452 puede conectarse a una unidad de control, por ejemplo el termostato 310 de la Figura 3. El otro extremo de las líneas de control 452 puede conectarse a un interruptor, por ejemplo el Interruptor automático 314 de la Figura 3.

El suministro de energía 454 funciona para generar voltajes de alimentación para energizar el controlador 406 y el relevador electromecánico normalmente cerrado 450, en esta modalidad. El suministro de energía 454 puede corresponder al UPS 318 que se muestra en la Figura 3, en una modalidad. En esta modalidad, el suministro de energía 454 puede conectarse al voltaje de alimentación 112. En algunas modalidades, el suministro de energía 454 puede comprender un transformador reductor y uno o más reguladores de voltaje, como el 7505, 7512 etc. En aún otras modalidades, el suministro de energía 454 puede corresponder a una batería.

La SCU comprende al rectificador 410, capacitor 412 y divisor de voltaje 414. El rectificador 410 produce una señal de voltaje de polaridad constante o la señal de voltaje rectificada de la señal de voltaje sinusoidal AC de polaridad alterna 506 representada en el diagrama de temporización 500. A modo de ejemplo y sin limitación, el rectificador 410 puede corresponder a un rectificador en puente de diodos de onda completa, en una modalidad. El capacitor 412 produce una señal de voltaje DC filtrada con base en la señal de voltaje rectificada producida por el rectificador 410. En otras modalidades, el capacitor 412 puede ser sustituido o añadírsele componentes adicionales para producir la señal de voltaje DC filtrada. El nivel de señal de la señal de voltaje DC filtrada representa la señal de voltaje sinusoidal AC 506.

A modo de ejemplo y sin limitación, el divisor de voltaje 414 se utiliza para producir una señal electrica que representa la señal de voltaje sinusoidal AC 506. En funcionamiento, el divisor de voltaje 414 produce una señal eléctrica de bajo voltaje que representa la señal de voltaje DC filtrada. En este ejemplo el divisor de voltaje 410 comprende los resistores 416 y 418. El diagrama de temporización 502 muestra la señal de voltaje 508 generada por el divisor de voltaje 414 en el empalme del divisor de voltaje 420 de los resistores 416 y 418. Los valores de resistencia apropiados para los resistores 416 y 418 pueden seleccionarse para producir una señal de voltaje bajo 508 proporcional a la señal de voltaje sinusoidal AC 506.

En este ejemplo, el controlador 406 comprende un procesador 422, una memoria de acceso aleatorio (RAM) 424, una memoria de sólo lectura (ROM) 426, un temporizador 428, un convertidor de señal analógica a digital (ADC) 430 y una entrada/salida (l/O) 432. En una modalidad, algunos o todos los pasos del método para detectar condiciones anormales asociadas con la señal de voltaje sinusoidal AC 506 y el relevador electromecánico en funcionamiento normalmente cerrado 450 para provocar la interrupción de la señal de control 452 generada por una unidad de control (no se muestra) se pueden realizar mediante la ejecución de las instrucciones del programa de computo (software) por el procesador 422. Las instrucciones del programa de computo (software) pueden almacenarse en la ROM 426. Al encenderse, el procesador 422 puede provocar que las instrucciones del software se copien a la RAM 424, desde donde el procesador puede buscar y ejecutar las instrucciones del software. En algunas modalidades, el controlador 406 puede corresponder a un sistema en un chip (SOC) en donde todos los elementos del controlador 406 se incluyen en un solo paquete semiconductor, el MC9RS08KA4 por ejemplo.

El procesador 422 puede ejecutar las instrucciones de software que generan la señal digital en las líneas de salida de la l/O 432. Por ejemplo, algunas de las líneas de l/O (no se muestran) pueden conectarse a los LEDs previamente mencionados. El procesador 422 puede generar una señal digital a una velocidad predeterminada para hacer que los LEDs se iluminen de conformidad con un patrón visual predeterminado. Ejemplos de patrones visuales hacen parpadear los LEDs a velocidades diferentes, encienden los LEDs etc. En esta modalidad, una de las líneas de 1/0 432-1 puede conectarse a la base del transistor NPN 440. El controlador puede generar una señal digital en la línea de l/O 432-1 para provocar que la bobina a 450-1 del relevador electromecánico normalmente cerrado 450 se energice. Energizar la bobina 450-1 puede provocar que el interruptor 450-2 se abra, así interrumpiendo con ello la señal de control generada por la unidad de control en las líneas de control 452. A modo de ejemplo y sin limitación, el transistor NPN 440 se utiliza para energizar la bobina 450-1. En otras modalidades, se puede utilizar cualquier dispositivo de silicio adecuado como un transistor de efecto de campo (FET), MOSFET, etc. En esta modalidad, el interruptor 450-2 está dispuesto en serie o en línea con una de las líneas de control 452. En otras modalidades, el interruptor 450 puede conectarse entre las líneas de control 452. Algunas de las líneas de l/O pueden conectarse a las terminales de monitor de los MOV 320 y 322 (Figura 3), en una modalidad.

El ADC 430 funciona para convertir la señal de voltaje 508 que está disponible en el empalme del divisor de voltaje 420 a un número binario o digital que representa la amplitud instantánea de la señal de voltaje 508. El número digital puede ser referido a la representación digital de la amplitud instantánea de la señal de voltaje 508. El procesador 422 puede comparar el número digital a uno o más números digitales de umbral o niveles de umbral para detectar una condición de bajo/sobre voltaje del suministro de voltaje 112.

En este ejemplo, una tabla de umbrales 434 puede almacenarse en la ROM 426. La tabla de umbrales 434 puede incluir la entrada o ingreso de datos 436 y 438. La entrada de datos 436 puede incluir números digitales que corresponden a varios umbrales para un voltaje de alimentación de 120V. La entrada de datos 438 puede incluir números digitales que corresponden a varios umbrales para un voltaje de alimentación de 240V. Por ejemplo, el nivel de umbral 436-1 puede corresponder a la amplitud 514 de la señal de voltaje 508. La amplitud 514 de la señal de voltaje 508 representa el nivel de caída de voltaje del voltaje de alimentación 112, en este caso 120V. En funcionamiento, el procesador 422 puede ejecutar una instrucción de software para instruir al ADC 430 a convertir la señal de voltaje disponible en el empalme del divisor de voltaje 420 a un número digital. El procesador 422 puede comparar el número digital recibido del ADC 430 con el número digital 436-1. Como respuesta a detectar que el número digital es menor que el número digital 436-1, el procesador puede identificar una condición de caída de voltaje.

En respuesta a identificar una condición de caída de voltaje, el procesador 422 puede ejecutar instrucciones de software para provocar que una señal digital se genere en la línea de l/O 432-1. Como se discutió anteriormente, generar una señal digital en la línea de l/O 432-1 puede provocar que el interruptor 450 se abra e interrumpa la señal de control generada por la unidad de control en las lineas de control 452. Abrir el interruptor 450 provoca que la línea de control se desconecte del interruptor automático 314. Desconectar la línea de control interrumpe la señal de control que hace funcionar el interruptor automático 314 y puede provocar que el interruptor automático 314 de la Figura 3 remueva el voltaje de alimentación 112 de la carga 304.

El procesador 422 puede continuar monitoreando el voltaje de alimentación 112 al provocar que el ADC 430 convierta la señal de voltaje 508 que está disponible en el empalme del divisor de voltaje 420 a un número digital. El procesador 422 puede comparar el número digital con el número digital 436-2. Como respuesta al detectar que el número digital excede el número digital 436-2, el procesador 422 puede detener la generación de la señal digital en la línea de l/O 432-1. Esto puede provocar que el interruptor 450 se cierre. Como resultado, la señal de control generada por la unidad de control en las líneas de control 452 puede aplicarse al interruptor automático 314. El número digital 436-2 puede corresponder a la amplitud 516 de la señal de voltaje 508. La amplitud 516 de la señal de voltaje 508 puede denominarse como el nivel de repunte o captación y puede denominarse como el segundo nivel de umbral.

En algunas modalidades, despues de provocar la interrupción de la señal de control, el procesador 422 puede configurar un temporizador 428 con un valor para tiempo de desconexión. Para prevenir el ciclo corto de la carga 304, el procesador 422 pueden continuar interrumpiendo la señal de control hasta que el temporizador 428 expire, incluso si la condición de caída de voltaje se resuelve antes del vencimiento del temporizador 428. El valor para tiempo de desconexión 400 puede corresponder al intervalo 522, en una modalidad. El valor para tiempo de desconexión puede ser un período determinado, 10 segundos por ejemplo.

La Figura 6 es un diagrama de flujo de un método de ejemplo 600 que puede aplicarse para provocar la interrupción de una señal de control en respuesta a la detección de condiciones de bajo/sobre voltaje del voltaje de alimentación 112. El método 600 puede implementarse en el dispositivo de protección 400 de la Figura 4 para detener el funcionamiento de un dispositivo como respuesta a detectar condiciones de bajo/sobre voltaje.

En el bloque 610, en respuesta a un restablecimiento tras el encendido, el dispositivo de protección 400 puede iniciarse. En el bloque 610, se pueden copiar las instrucciones de software de la ROM 426 a la RAM 424. En esta modalidad, en el bloque 610, el procesador 422 puede provocar que el ADC 430 convierta la señal de voltaje 508 que está disponible en el empalme del divisor de voltaje 420 a un número digital. Con base en el valor del número digital, el procesador 422 puede seleccionar una de las dos entradas de umbral 436 ó 438. Como se discutió anteriormente, el ingreso de datos de umbral 436 corresponde a umbrales de voltaje para un voltaje de alimentación de 120 V y el ingreso de datos 438 corresponde a umbrales de voltaje para un voltaje de alimentación de 240 V. En el bloque 610, el procesador 422 tambien puede iluminar los LEDs 324 (Figura 3) de conformidad con la tabla 1 para indicar el funcionamiento normal del dispositivo de protección.

En el bloque 620, el procesador 422 puede provocar que el ADC 430 convierta repetidas veces, en intervalos regulares, la señal de voltaje generada en el empalme del divisor de voltaje 420. El procesador 422 puede promediar una serie de números digitales recibidos del ADC 430 y comparar el promedio con el umbral de caída de voltaje 436-1 y con el umbral de sobre voltaje 436-3, en una modalidad. En el bloque 620, el procesador 422 también puede monitorear las terminales de monitor de los MOVs 320 y 322 para determinar el estado de funcionamiento de los MOVs 320 y 322. El procesador 422 puede iluminar apropiadamente los LEDs para indicar el estado de funcionamiento de los MOVs de acuerdo con un esquema predeterminado. Por ejemplo, con referencia a la tabla 1, el procesador 422 puede encender el LED 324 como respuesta al detectar que uno o ambos de los MOVs 320 y 322 han fallado.

Como respuesta a determinar que el promedio está debajo del umbral de caída de voltaje 436-1, en una modalidad, en el bloque 630, el procesador 422 puede generar una señal en la línea de l/O 432-1. Por ejemplo, con referencia a la Figura 5, en el tiempo 518, el procesador 422 puede detectar la condición de caída de voltaje. Como se discutió anteriormente, generar una señal en la línea de l/O 432-1 puede provocar que el interruptor 450-2 se abra, interrumpiendo con ello la señal de control generada por un termostato para hacer funcionar un interruptor automático, por ejemplo. De acuerdo con lo indicado en la tabla 1 , en una modalidad, en el bloque 630, el procesador 422 puede causar que el LED 326 parpadee para indicar la condición de caída de voltaje. Como se mencionó anteriormente, en una modalidad, en el bloque 630, el procesador 422 puede configurar el temporizador 428 con un período correspondiente al intervalo 522. Por separado, en otra modalidad, como respuesta a determinar que el promedio está por encima del umbral de sobre voltaje 436-3, el procesador 422 puede, en el bloque 630, interrumpir la señal de control generada por un termostato.

En una modalidad, en el bloque 640, como respuesta a un vencimiento del intervalo de tiempo como lo indica el temporizador 428, el procesador 422 puede provocar que el ADC 430 convierta repetidas veces, en intervalos regulares, la señal de voltaje generada en el empalme del divisor de voltaje 420. El ADC 430 produce un conteo digital proporcional a la señal de voltaje en el empalme del divisor de voltaje 420. El procesador 422 puede promediar una serie de conteos digitales y comparar el promedio con el umbral de repunte o captación 436-2.

En el bloque 650, como respuesta a detectar que el conteo digital promedio supera el umbral de repunte o captación 436-2, el procesador 422 puede dejar de generar la señal en la línea l/O 432-1, lo que provoca que la señal de control generada por un termostato, por ejemplo, se aplique a un interruptor automático. El procesador puede volver a ejecutar las instrucciones correspondientes al bloque 620.

Cada uno de los metodos descritos en este documento pueden ser codificados en un medio de almacenamiento legible por computadora (p. ej., una memoria de computadora), programados dentro de un dispositivo (por ejemplo, uno o más circuitos o procesadores) o pueden ser procesados por un controlador o una computadora. Si los procesos se realizan por medio de un software, el software puede residir en una memoria local o distribuida residente o que se interconecta con un dispositivo de almacenamiento, una interfaz de comunicación o una memoria no volátil o volátil en comunicación con un transmisor. La memoria puede incluir una lista ordenada de instrucciones ejecutables para implementar la lógica. La lógica o cualquier elemento de sistema descritos pueden implementarse mediante circuitos ópticos, circuitos digitales, a través de código fuente, mediante circuitos analógicos o a través de una fuente analógica, como por ejemplo a través de una señal eléctrica, de audio o de vídeo. El software puede ser modalizado, realizado o llevado a cabo en cualquier medio legible por computadora o medio portador de señal, para usarse mediante o en conexión con un sistema, aparato o dispositivo ejecutable de instrucciones. Un sistema de este tipo puede incluir un sistema basado en una computadora, un sistema basado en un procesador u otro sistema que pueda obtener instrucciones de forma selectiva de un sistema, aparato o dispositivo ejecutable de instrucciones, que tambien pueda ejecutar las instrucciones.

Un "medio de almacenamiento legible por computadora", un "medio legible por máquina", un medio "de señal propagada" y/o un medio "portador de señal" pueden comprender un medio (p. ej. , un medio no transitorio) que almacena, comunica, propaga o transporta software o datos para su uso por o en conexión con un sistema, aparato o dispositivo ejecutable de instrucciones. El medio legible por máquina puede ser selectivamente, pero no limitarse a, un sistema, aparato, dispositivo o medio de propagación electrónico, magnético, óptico, electromagnético, infrarrojo o semiconductor. Una lista no exhaustiva de ejemplos de un medio legible por máquina incluye: una conexión eléctrica con uno o más cables, un disco óptico o magnético portátil, una memoria volátil, como por ejemplo una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de sólo lectura (ROM), una memoria de sólo lectura programable y borrable (EPROM o memoria Flash), o fibra óptica. Un medio legible por máquina también puede incluir un medio tangible, ya que el software puede ser almacenado electrónicamente como una imagen o en otro formato (por ejemplo, a través de un escaneo óptico), y luego compilado, y/o interpretado o procesado de otra forma. El medio procesado se puede almacenar entonces en una computadora y/o memoria de una máquina.

Aunque se han descrito diversas modalidades, características y beneficios del sistema actual, será evidente para los expertos en la téenica que muchas modalidades, características y beneficios más son posibles dentro del alcance de la descripción. Por ejemplo, otros sistemas alternativos pueden incluir cualquier combinación de estructura y funciones descritas anteriormente o mostradas en las Figuras.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato que comprende: un interruptor conectado eléctricamente con una línea de control, la línea de control conecta eléctricamente un termostato con un relevador, el relevador funciona para conectar eléctricamente un voltaje de alimentación a una carga en respuesta a una señal generada en la línea de control: y un controlador conectado eléctricamente con el interruptor, el controlador operable para controlar el interruptor para interrumpir que la señal de control alcance al relevador.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el interruptor se conecta eléctricamente en serie entre la línea de control y el relevador.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , comprendiendo además un varistor, en donde el varistor está conectado eléctricamente con el voltaje de alimentación.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, comprendiendo además un indicador visual, el indicador visual acoplado eléctricamente con el controlador, en donde el controlador es operable para provocar que el indicador visual genere una trayectoria visual basado en un estado de funcionamiento del varistor.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , comprendiendo además un circuito configurado para producir una salida eléctrica representativa del voltaje de alimentación.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, en donde el controlador opera el interruptor con base en la salida eléctrica.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , comprendiendo además un suministro de energía universal (UPS) acoplado con el voltaje de alimentación y operable para energizar el controlador, en donde el UPS está configurado para funcionar sobre un rango de voltajes de alimentación. 5

8. Un metodo para controlar una aplicación de un voltaje de alimentación a una carga eléctrica, el método comprendiendo: determinar mediante un procesador una característica del voltaje de alimentación: y ío en respuesta provocar la desconexión de una señal de control de un interruptor automático, en donde desconectar la señal de control hace que el interruptor automático desconecte el voltaje de alimentación de la carga eléctrica. 15

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, en donde la característica determinada es que el voltaje de alimentación exceda un primer umbral.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, comprendiendo además, en respuesta a provocar la desconexión de la señal de control, monitorear la 20 característica del voltaje de alimentación para determinar si la característica del voltaje de alimentación excede un segundo nivel de umbral.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, en donde como respuesta a determinar que la característica del voltaje de alimentación está por 25 encima del segundo nivel de umbral, provoca una conexión de la señal de control al interruptor automático, en donde conectar la señal de control provoca que el interruptor automático conecte el voltaje de alimentación a la carga eléctrica.

12. El metodo de conformidad con la reivindicación 11, comprendiendo además mantener la desconexión de la señal de control por un período de tiempo determinado.

13. Un aparato que comprende: un interruptor normalmente cerrado que comprende una primera terminal, una segunda terminal y una entrada de control, la primera terminal adaptada para ser conectada a una línea del control y la segunda terminal adaptada para ser conectada a un interruptor automático, en donde el interruptor automático aplica un suministro eléctrico a una carga eléctrica en respuesta a una señal producida en la línea de control, la señal conducida eléctricamente al interruptor automático a través del interruptor normalmente cerrado: y un controlador que comprende una primera salida de control, la primera salida de control acoplada a la entrada del control, el controlador operable para generar una señal en la primera salida para provocar que el interruptor normalmente cerrado se abra, en donde abrir el interruptor normalmente cerrado interrumpe la señal producida en la línea de control.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, comprendiendo además un divisor de voltaje, en donde el divisor de voltaje está configurado para generar una señal de voltaje representativa del suministro eléctrico en un empalme del divisor de voltaje.

15. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, comprendiendo además un convertidor analógico a digital (ADC), en donde una entrada del ADC se acopla con el empalme del divisor de voltaje y en donde el ADC es operable para producir una representación digital de la señal de voltaje.

16. El aparato de conformidad con la reivindicación 15, en donde el controlador genera la señal en la primera salida basándose en la representación digital de la señal de voltaje.

17. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, comprendiendo además un varistor, en donde el varistor está conectado electricamente con el suministro eléctrico.

18. El aparato de conformidad con la reivindicación 17, en donde el varistor es un varistor de óxido metálico térmico (TMOV).

19. El aparato de conformidad con la reivindicación 18, en donde una línea de monitor del TMOV se acopla eléctricamente con una primera entrada del control.

20. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, comprendiendo además un diodo emisor de luz (LED) en donde el LED está eléctricamente acoplado con una segunda salida del controlador, en donde el controlador es operable para provocar que se ilumine el LED.