BRPI0808376A2 - Dispositivo para a determinação sem contato das especificações de energia de um acionamento de atuação pontual - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA A DETERMINAÇÃO SEM CONTATO DAS ESPECIFICAÇÕES DE ENERGIA DE UM ACIONAMENTO DE ATUAÇÃO PONTUAL".

A presente invenção refere-se a um dispositivo para a determinação sem contato da demanda de energia de um acionamento de atuação de chave, que inclui motores assíncronos conectados a uma fonte de corrente trifásica através de condutores.

De modo a reconhecer as falhas no comportamento de operação de um acionamento de atuação de uma chave de ferrovia em tempo hábil, um número de dispositivos e módulos de diagnósticos tornou-se conhecido. Para mudar as chaves, um conjunto de haste de chave mecânico movido por um acionamento de chave é utilizado em sistemas de atuação de chave convencionais. A sujeira e/ou a corrosão assim como outros impactos ambientais podem levar a uma lentidão de uma língua de chave, o que pode resultar em falhas de comutação.

Para tais acionamentos de atuação de chave, os motores assíncronos os quais são controlados por uma caixa de sinal através de uma interface de quatro fios são mais frequentemente utilizados. As voltagens alternadas são carregadas pelos quatro condutores, dois condutores sendo usualmente supridos com voltagens alternadas deslocadas em fase. Os motores assíncronos são caracterizados por terem porções muito altas de corrente ociosa no estado ocioso ou descarregado. A porção da corrente ociosa diminui quando uma carga é exercida sobre o acionamento de chave, por meio de que o respectivo cos φ de fator dependente de ângulo de fase de aproximadamente 0,2 aumentará para aproximadamente 0,5 a 0,6 quando o acionamento de chave tiver atingido a sua força de atuação máxima durante a comutação.

Em princípio, a dissipação de energia é levada em conta por um número de dispositivos de diagnóstico conhecidos. É, especificamente, comum calcular a dissipação de energia de uma resistência de linha calculada do gráfico de Iayout da disposição, isto é, do acionamento de chave. Um número de outras soluções contempla a medição da resistência de linha pelo auxílio de corrente contínua, assim eliminando pelo menos a resistência ociosa, e com isto a porção ociosa da saída de motor de acionamento de chave. Tais soluções, no entanto, envolvem uma complexidade de circuito adicional para o controle do acionamento de chave, e com isto custos adi5 cionais. Neste contexto, é conhecido da DE 3715478 dispor um rastreador de corrente em todas as três fases R, S e T de um transformador de chave e o condutor do meio dos acionamentos trifásicos. Da DE 19749842, um módulo de diagnóstico deve ser tomado, o qual não precisa estar conectado com a unidade de avaliação central durante a verificação e requer uma vol10 tagem de suprimento relativamente pequena, a qual pode ser ativada através de pelo menos uma das conexões providas na unidade estrutural, ou através de um sinal externo. Os sinais de voltagem e os sinais de corrente são avaliados, por meio de que o circuito é, no todo, novamente interferido. Na EP 1541441, a energia de entrada do acionamento de chave é determi15 nada por uma medição de energia durante o procedimento de comutação. Neste caso, a resistência de linha e/ou a dissipação de energia são determinadas, e a entrada de energia total do motor trifásico é medida e corrigida utilizando um valor de correção de energia que depende da dissipação de energia. Para este fim, a voltagem, a corrente e o ângulo de fase precisam k 20 ser determinados com o motor ainda ocioso de modo a encontrar a resistência direta do circuito elétrico. Tal como com o dispositivo de diagnóstico de chave conhecido da WO 01/85523, a medição somente será permitida se a fiação for interferida em um modo acoplado em contato. Na WO 01/85523, o dispositivo de diagnóstico de chave no lado de entrada está separado das 25 linhas de alimentação do acionamento fora da fase de circulação real do motor trifásico. A EP 734932 também mostra e descreve um dispositivo acoplado em contato no qual sinais de teste são alimentados, através de geradores individuais, nas linhas que conduzem ao acionamento trifásico para, por meio disto, permitir a avaliação de valores medidos através dos sinais influ30 enciados pelo acionamento trifásico. Um dispositivo sem contato pode ser tomado da EP 1535819, a qual, para medir a corrente elétrica, sugere a disposição de uma bobina de teste na região de um sensor, através de cuja bobina de teste um pulso de corrente predefinido em termos de valor de corrente e direção de corrente é enviado. Nenhuma medição da porção de corrente ociosa é efetuada por tal dispositivo, o qual meramente serve para reconhecer a corrente elétrica nas linhas de um dispositivo de engenharia de 5 segurança.

A invenção agora objetiva prover um dispositivo do tipo inicialmente definido, o qual, para a avaliação do estado de uma chave, permite a detecção melhorada da demanda de energia de entrada real de um motor trifásico durante o procedimento de comutação de um acionamento de chave 10 e, especificamente, a avaliação de sinais maiores livres de fontes de erro e, especificamente, os componentes de corrente ociosa. O dispositivo de acordo com a invenção deve ser operável com um baixo consumo de energia em um modo sem contato e não reativo, sem interferir com o circuito de engenharia de segurança. Para resolver este objeto, o dispositivo de acordo com 15 a invenção essencialmente consiste em que pelo menos um indutor/especificamente uma bobina de indutância, está disposto em paralelo com um condutor de fase, e o condutor conectado no indutor é guiado sobre ou através de um sensor em um modo oposto ao condutor de fase conectado com o motor, em que o componente de corrente ociosa contido além do compo20 nente de energia ativo na linha guiada através do enrolamento de motor é pelo menos parcialmente compensado pelo componente de corrente ociosa produzido no indutor. Isto é, assim, executado em um modo que um indutor está disposto em paralelo com um condutor de fase do motor assíncrono para gerar um componente de corrente ociosa, e que o condutor de fase e o 25 condutor guiado do indutor para o condutor de retorno são guiados em um modo mutuamente oposto e escaneados por um sensor, assim pelo menos parcialmente compensando, pelo componente de corrente ociosa produzido no indutor, o componente de corrente ociosa contido além do componente de energia ativa na linha guiada através do enrolamento de motor. Partindo 30 do meio de suprimento de energia inicialmente assumido, isto é, os transformadores de chave, os quais proveem grades trifásicas, e partindo do fato que tais transformadores de chave providos no lado do provedor são comutados para a respectiva posição de chave com a posição de fase correta, a invenção salvaguarda que um componente de corrente ociosa predefinida é produzido através do indutor, e devido ao fato que o condutor que conduz este componente de corrente ociosa predefinida é escaneado por um sensor 5 em um sentido oposto ao respectivo condutor de fase, é tornado executável sujeitar à avaliação um sinal consequentemente compensado e ajustado em porção de corrente ociosa. É, por meio disto, basicamente tornado executável obter um resultado de medição durante a mudança de uma chave através do sensor tal como, por exemplo, um transformador de corrente apropri10 ado, e uma eletrônica de avaliação, em cujo resultado de medição a corrente ociosa oposta indutivamente produzida através do indutor é consequentemente subtraída da corrente que flui dentro da fase e uma compensação de corrente ociosa quase total pode ser efetuada de modo a obter um sinal de saída no qual a porção de corrente ociosa foi anulada e um aumento na e15 nergia utilizada para o procedimento de comutação assim tornou-se substancialmente mais claramente detectável. A corrente aparente do acionamento trifásico, a qual é medida na linha de conexão, é de fato compensada pela corrente ociosa de equifase, a qual pode ser conseguida por meios consequentemente simples e soluções construtivas. Em um modo especifi- 20 camente adequado, a fase T, a qual é emitida do conjunto de operação de chave sempre na mesma posição de fase em relação ao acionamento de chave, é utilizada para estes propósitos. De modo a ser capaz de reconhecer adicionalmente a direção de comutação na qual o acionamento de chave é atuado, o dispositivo de acordo com a invenção está vantajosamente adi25 cionalmente desenvolvido para o caso que pelo menos um sensor adicional está disposto sobre ou ao redor de um condutor de fase, especificamente o condutor externo, e o condutor de retorno que estende oposto a esta fase, em que o condutor de fase e o condutor de retomo são avaliados utilizando o dito sensor adicional de modo a determinar a direção de rotação. Neste 30 caso, a corrente que flui através da fase R ou primeira fase, juntamente com o condutor de retorno, é detectada por um transformador de corrente adicional, e a posição de chave, durante uma rotação de chave, é novamente detéctada pela eletrônica de avaliação conectada e atribuída à energia medida utilizada durante a mudança de chave. Para este fim, o fato é explorado de que nenhum aumento de corrente notável é reconhecível durante os primeiros 200 ms na mudança para uma primeira direção. Durante esta mesma 5 janela de tempo na qual as correntes através do transformador de corrente do condutor externo e do condutor de retorno anulam uma à outra no sinal de saída do transformador de corrente, um sinal de saída pode ser obtido na outra posição de comutação, o qual compreende um aumento de corrente distinto, assim permitindo que a direção de comutação seja determinada pe10 Ia eletrônica de avaliação.

Como já ressaltado no início, é, no todo, de uma vantagem específica para a determinação da demanda de energia absorvida do acionamento trifásico de uma chave utilizar a fase T, a qual é sempre emitida na mesma posição de fase em relação ao acionamento de chave pelo conjunto 15 de atuação de chave. Em princípio, a compensação requer que as respectivas correntes sejam conduzidas sobre ou através dos sensores em direções opostas, para cujo fim o dispositivo está vantajosamente projetado de modo que as respectivas fases e o condutor de retorno, respectivamente, passem através dos sensores na direção axial, em que os transformadores de cor20 rente ou os bloqueios de corrente são vantajosamente utilizados como os ditos sensores.

O dispositivo de acordo com a invenção para a determinação sem contato da demanda de energia de um acionamento de atuação de chave que inclui motores assíncronos conectados a uma fonte de corrente 25 trifásica através de condutores está projetado de modo que pelo menos uma bobina indutora está disposta em paralelo com um condutor de fase e o condutor conectado na bobina de indutor é guiado sobre ou através de um sensor em um modo oposto ao condutor de fase conectado com o motor, em que o componente de corrente ociosa contido além do componente de ener30 gia ativa na linha guiada através do enrolamento de motor é pelo menos parcialmente compensado pelo componente de corrente ociosa produzido no indutor. Deste modo, a compensação ou a anulação desejada da porção de corrente ociosa produzida na bobina de indutância é garantida, em que um dimensionamento adequado pode ser adotado para aperfeiçoar a compensação. Os acionamentos de chave trifásica, por exemplo, têm correntes de atuação máximas de aproximadamente 4 A. Nestes casos, definitivamente 5 será suficiente utilizar um indutor consequentemente menor dimensionado projetado, por exemplo, para 0,6 a 0,7 A, em cujo caso a respectiva compensação de sinal será executável em um modo simples pelo fato de que a linha no transformador de corrente é multiplamente conduzida através do mesmo, em que o número de enrolamentos utilizados neste contexto pode 10 ser selecionado como uma função da entrada de potência nominal do motor trifásico. O dispositivo de acordo com a invenção está, portanto, dimensionado ou projetado de modo que o condutor conectado no indutor é conduzido sobre ou através do sensor em um modo oposto ao condutor de fase, ou singularmente ou multiplamente na forma de enrolamentos de condutor, por 15 meio de que, com a utilização do indutor anteriormente mencionado, pode ser projetado para 0,6 a 0,7 A, uma compensação quase total da porção de corrente ociosa para um motor trifásico de 0,5 KW que tem apenas um enrolamento, e para um motor de 1,1 KW que inclui, por exemplo, três enrolamentos, bastará para compensar pela porção de corrente ociosa.

O dispositivo de acordo com a invenção está vantajosamente

adicionalmente desenvolvido de modo que pelo menos um sensor adicional está disposto sobre ou ao redor de um condutor de fase e o condutor de retorno que estende oposto à dita fase, assim permitindo uma avaliação de acordo com os seus dados de potência da direção de comutação.

Se diversos acionamentos de chave trifásicos forem operados

de uma única caixa de sinal, o número de indutores não precisará ser aumentado. A configuração pode ao contrário ser projetada de modo que um indutor comum seja provido para uma pluralidade de motores assíncronos.

Os dados coletados da eletrônica de avaliação podem ser transmitidos em um modo convencional através de interfaces de comunicação industriais para um servidor do provedor, por meio de que o servidor pode executar o respectivo armazenamento e visualização dos dados medidos. É, especificamente, executável utilizar rotinas de avaliação apropriadas e executar comparações com curvas de referência de modo a permitir uma detecção antecipada de problemas e comportamentos lentos de acionamentos de atuação de chave. Os sinais medidos permitem uma visualização 5 marcadamente aperfeiçoada e um reconhecimento de desvios que seriam executáveis com a avaliação de sinais sem compensação de corrente ociosa.

A seguir, a invenção será explicada em mais detalhes por meio dos desenhos. Aqui, Figura 1 é uma ilustração esquemática do princípio de 10 medição para um acionamento de chave; Figura 2 mostra a respectiva disposição de circuito para diversos acionamentos de chave controlados por uma caixa de sinal comum; e Figura 3 é um diagrama que indica os valores medidos após a compensação de corrente ociosa.

Na Figura 1, o suprimento de corrente está esquematicamente indicado por 1 e compreende um transformador de chave que provê as três fases de corrente rotativa R, S e T assim como o condutor de retorno como uma conexão de quatro fios. As fases individuais R, S e T, através de fusíveis 2, são cada uma conduzidas para um conjunto de atuação de chave 3,

o dito conjunto de atuação de chave estando localizado dentro de uma caixa de sinal. Dentro da caixa de sinal, um indutor 4 é, além disso, aplicado na fase T, em que o dispositivo de acordo com a invenção substancialmente compreende dois sensores 5 e 6 com a eletrônica de avaliação associada. O sensor 5 abrange a fase R, e com isto um condutor externo, assim como o condutor de retorno, em que a direção de comutação do acionamento de chave pode ser deduzida do sinal aqui obtido. O acionamento de chave está esquematicamente indicado por 7. O indutor 4 gera uma porção de corrente ociosa, a qual é carregada através do sensor 6 por linhas 8 ou individualmente ou em diversos enrolamentos, e retornada para o condutor de retorno RL. A corrente passa pelo sensor 6 no sentido da seta 9, e com isto oposta à seta 10, a qual indica a direção de corrente no condutor da fase T para o acionamento de fase 7. As porções de corrente ociosa no sensor 6, as quais são conduzidas em uma direção oposta, compensam a respectiva porção de corrente ociosa na linha 10 de modo que um sinal compensado o qual está caracterizado por uma pequena, ou otimamente nenhuma, porção de corrente ociosa será derivada no sensor 6. O dispositivo que compreende as bobinas de medição ou sensores 5 e 6, como o conjunto de atuação de chave 3 5 e o indutor 4, estão localizados dentro da caixa de sinal, com os condutores contínuos das fases R, S e T sendo conduzidos para o acionamento de chave 7.

Na ilustração de acordo com a Figura 2, os números de referência da Figura 1 foram mantidos, em que um único indutor 4 está disposto no 10 condutor T para uma pluralidade de acionamentos de chave 7. Aparte disto, a ilustração corresponde àquela da Figura 1, em que os sensores 5 e 6 separados são, é claro, providos para cada acionamento de chave 7 para monitorar com segurança os acionamentos individuais.

A Figura 3 finalmente apresenta o sinal de medição respectivamente compensado, a corrente de atuação compensada reduzida pela porção de corrente ociosa sendo marcada sobre o eixo geométrico y e a coordenada de tempo sendo indicada sobre o eixo geométrico x. No início, a corrente de atuação diminui rapidamente, o que não é apenas devido à diminuição rápida da porção de corrente ociosa, a compensação naturalmente acontecendo somente após esta corrente de partida. Após aproximadamente 1,5 s, a fase não de bloqueio está aparente do diagrama de acordo com a Figura 3, seguida pela fase de comutação após aproximadamente 3,4 s. Após aproximadamente 4,4 s, a fase de bloqueio é atingida, por meio de que a corrente de atuação novamente diminui consequentemente. Na área de comutação inteira sobre a fase não de bloqueio, a fase de comutação e a fase de bloqueio, a corrente de atuação varia entre um valor mínimo, o qual no presente caso está indicado por 1,2 A, e um valor máximo de 1,45 A, em que o fato de que a corrente de atuação permanece dentro desta faixa admissível durante o período de comutação crítico, deve ser considerado como um indicador para o funcionamento apropriado do acionamento de atuação de chave.

Claims (7)

1. Dispositivo para a determinação sem contato da demanda de energia de um acionamento de atuação de chave (7), que inclui motores assíncronos conectados a uma fonte de corrente trifásica através de condutores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um indutor (4), especificamente uma bobina de indutância, está disposto em paralelo com o condutor de fase, e o condutor conectado no indutor (4) é guiado sobre ou através de um sensor (5) em um modo oposto ao condutor de fase conectado com o motor, em que o componente de corrente ociosa contida além do componente de energia ativa na linha guiada através do enrolamento de motor é pelo menos parcialmente compensado pelo componente de corrente ociosa produzido no indutor (4).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase T é selecionada como a fase conduzida através do indutor (4).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos um sensor (6) adicional está disposto sobre ou ao redor de um condutor de fase, especificamente uma fase de condutor externo, em que o condutor de fase e o condutor de retorno são avaliados utilizando o dito sensor (6) adicional de modo a determinar a direção de rotação.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que as respectivas fases e o condutor de retorno, respectivamente, passam através dos sensores (5, 6) na direção axial.

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os transformadores de corrente ou os bloqueios de corrente são utilizados como os ditos sensores (5, 6).

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que um indutor comum (4) está provido para uma pluralidade de motores assíncronos.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o condutor conectado no indutor (4) é conduzido sobre ou através do sensor (5) em um modo oposto ao condutor de fase, ou singularmente ou multiplamente na forma de enrolamentos de condutor.