ES2307310T3 - Circuito de control para equipo electrico distribuido. - Google Patents
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Abstract
SE TRATA DE UN CIRCUITO DE CONTROL PARA EQUIPO ELECTRICO DISTRIBUIDO, QUE INCLUYE UN OSCILADOR DE RELAJACION (Z 2 ) CONFIGURADO PARA CONVERSION TENSION/FRECUENCIA, EN DONDE LA SALIDA ES PROPORCIONAL A LA TENSION DE LA SEÑAL DE ENTRADA. UN OPTO ACOPLADOR (27) PROPORCIONA AISLAMIENTO DE LA TENSION RESPECTO AL CIRCUITO, Y UN CONTADOR ESTANDAR DE 8 BITS (28) TRADUCE LAS SEÑALES DE FRECUENCIAS EN DATOS DE RECUENTO DE BAJA TENSION.
Description
Circuito de control para equipo eléctrico
distribuido.
Los equipos eléctricos de distribución están con
frecuencia protegidos por medio de dispositivos de interrupción de
circuito de respuesta rápida, tal como los disyuntores y los
interruptores automáticos, controlados por medio de relés
protectores tal y como se describe en la solicitud de Patente US
expediente núm. 11RC-4923, titulada "Un Relé
Protector Híbrido que Tiene un Tiempo de Respuesta de Contacto
Incrementado", presentado simultáneamente con la presente.
Las señales de control se proporcionan al relé
mediante buses de comunicación tal y como se describe en la
solicitud de Patente US Serie núm. 08/628.533 depositada el 3 de
Abril de 1996, titulada "Simulador de Servidor de Intercambio de
Datos Dinámico".
A menudo, las señales de control se suministran
a los relés protectores por conductores estándar de transporte de
corriente, que se conectan entre un equipo eléctrico y los relés. En
esta aplicación, se envían señales de tensión hasta los relés a
diferentes niveles de tensión dependiendo del equipo eléctrico de
que se trate. No deja de ser habitual disponer de tensiones
operativas comprendidas en la gama de 48-250
voltios, por ejemplo,
Los circuitos de entrada de la técnica anterior
emplean transistores de potencia del tipo de alta tensión, para
asegurar que los transistores están dentro de límites de tensión que
aguantan las señales de tensión más altas. Para manejar una gama de
operación amplia, los circuitos se hacen muy sensibles. Las
corrientes de fuga en los circuitos abiertos de alta tensión,
pueden provocar falsas indicaciones de presencia de una señal de
entrada.
El uso de comparadores de tensión de tipo
analógico, mejora la respuesta del circuito sobre una amplia gama
de señales de tensión. Sin embargo, para proporcionar niveles
programables, individuales, se necesitarían ajustes de tensión de
referencia aislados.
Sería deseable proporcionar señales de respuesta
de tensión programable sobre una amplia gama de valores desde bajos
hasta altos, sin que se necesite un elevado número de transistores
de alta tensión, o el ajuste manual de las señales de entrada a
través de un potenciómetro o de un dispositivo similar.
Un objetivo de la presente invención consiste,
en consecuencia, en proporcionar un circuito electrónico simple que
proporcione entradas a los relés de protección sobre una amplia gama
de tensiones operativas, convirtiendo las señales de tensión de
entrada en señales de frecuencia proporcional a un valor de tensión
fijo, y transfiriendo las señales a un procesador por medio de un
contador convencional de 8 bits.
De acuerdo con la invención, un circuito de
control para un equipo eléctrico distribuido incluye un oscilador
de relajación configurado para la conversión de tensión en
frecuencia, con lo que la frecuencia de salida es proporcional a la
señal de tensión de entrada. Un opto-acoplador
proporciona aislamiento al circuito, y un contador estándar de 8
bits traduce las señales de frecuencia a datos de conteo de baja
tensión, que se introducen en el procesador asociado al equipo
eléctrico.
Ahora se va a describir una realización de la
invención, a título de ejemplo, con referencia a los dibujos que se
acompañan, en los que:
La Figura 1 es un esquema de circuito de un
circuito de control de entrada de acuerdo con la Técnica
Anterior;
la Figura 2 es un esquema de circuito de otro
circuito de entrada de acuerdo con la Técnica Anterior;
la Figura 3 es un esquema de circuito de un
circuito de control de entrada de acuerdo con la invención, y
la Figura 4 es un esquema de circuito de un
circuito de control de salida utilizado con el circuito de control
de entrada de la Figura 3.
Antes de describir el circuito de control de
entrada de la invención, va a servir de ayuda revisar los circuitos
conocidos del estado anterior de la técnica que proporcionan una
función de control similar en asociación con un equipo de control
eléctrico similar.
Un circuito 10 de entrada, según se utiliza
actualmente, para desconectar un equipo de control eléctrico
asociado, se ha mostrado en la Figura 1, e incluye conductores 11,
12 de entrada adaptados para recibir una tensión de control de AC o
de DC de entrada procedente ya sea de un operador remoto o ya sea de
un aparato de detección de corriente. La señal se convierte a DC
por medio de un puente rectificador 13 que incluye los diodos
rectificadores D1-D4, y se dispone sobre el
conductor 14 para su procesamiento a través de resistores R1, R3 de
limitación de corriente hasta el cátodo del fotodiodo D5 del
interior del opto-acoplador-aislador
15 y hasta el FET 17. El condensador C protege el
opto-acoplador-aislador frente a
condiciones de sobretensión. El conductor 16 conecta con la puerta
del FET 17 a través del fotodiodo D6 y con el cátodo del FET a
través del resistor R4. Tras la recepción de una señal de tensión
por los conductores 14, 16, el fotodiodo D5 hace que el
fototransistor Q1 pase a conducción y proporciona una señal de
control desde el resistor R2 hasta un procesador remoto asociado al
equipo de control eléctrico para que accione el equipo.
Otro circuito 20 de entrada conocido mostrado en
la Figura 2, recibe una tensión de control de entrada por
conductores 11, 12 similares de entrada y por un puente rectificador
13. La señal de tensión positiva avanza después por el conductor 18
y por los resistores R6, R11 limitadores de corriente hasta el
cátodo del fotodiodo D6 del interior del
opto-acoplador 22. La señal de tensión positiva se
aplica por medio de un resistor R5 limitador de corriente, a la
entrada positiva del comparador 19, a la segunda entrada del
comparador a través del resistor R6 limitador de corriente y al
conductor 21 negativo a través del resistor R7 divisor de tensión.
El condensador C1, el varistor Z1 y el resistor R8 protegen el
circuito frente a los pulsos de sobretensión que puedan producirse.
Una tensión de referencia procedente del procesador asociado al
equipo eléctrico, se aplica a la entrada negativa del comparador a
través del opto-acoplador 23 que contiene el
fotodiodo D7 y el fototransistor Q3. Cuando la tensión aplicada a
la entrada positiva del comparador alcanza el valor de referencia,
el comparador proporciona una tensión de salida a través de los
resistores R9, R10 divisores de tensión hasta la base de un
transistor Q4 de conmutación, el cual tiene el emisor conectado con
el ánodo del opto-acoplador 22. El cátodo del
transistor Q4 de conmutación está conectado al conductor 21 negativo
para cerrar el circuito. Se aprecia que cada pieza asociada del
equipo eléctrico puede requerir un oporto-acoplador
y un comparador separados. Cuando el fotodiodo D6 del interior del
opto-acoplador 22 se vuelve conductor, se
suministra una señal de control al procesador a través del resistor
R12 y del fototransistor Q2.
De acuerdo con la invención, se ha representado
un novedoso circuito de entrada en la Figura 3, y opera a efectos
de proporcionar la misma función de control que los circuitos 10 y
20 de la Técnica Anterior mostrados con anterioridad en las Figuras
1 y 2. El circuito de entrada recibe una tensión de control por
conductores 11, 12 de entrada similares y mediante un puente
rectificador 13. Un resistor R13 limitador de corriente protege los
componentes de circuito frente a condiciones de sobre corriente y
produce una primera tensión predeterminada a través de un
condensador C2 que se conecta entre los conductores 24, 25 positivo
y negativo, y que está dimensionado para proporcionar una caída de
tensión suficiente a través de los resistores R14, R15 divisores de
tensión para hacer que pase a conducción un CI regulador de anchura
de banda de tipo TL431 de National Semiconductor, representado en
Z2, que está configurado para operar como oscilador de relajación.
Un buen ejemplo de un operador de relajación de ese tipo se puede
encontrar en la Patente US 4.590.444 titulada "Circuito Oscilador
RC Controlado por Tensión". La corriente pasa entonces desde la
conexión entre R14, R15 hasta el FET 26 a través del resistor R16
de histéresis provocando que el FET se vuelva conductor. La
corriente es transferida a continuación por medio del conductor 36
de desacoplo hasta la entrada de referencia del CI, enganchando el
CI en la condición de CONDUCCIÓN y descargando el condensador C3 a
través de los resistores R17, R18 de descarga para hacer que
conduzca el fotodiodo D8. El transistor Q4 de conmutación suministra
entonces una tensión de salida a través del resistor R19 a una
frecuencia de pulso, según se indica, hasta el contador 28 estándar
de 8 bits de la Figura 4, que tiene una frecuencia que varía en
proporción a la tensión de entrada presente en los conductores 11 y
12 de entrada. Cuando el condensador C2 se carga a una segunda
tensión determinada por los valores seleccionados de los resistores
R14-R16 divisores de tensión, el CI interrumpe la
conducción, y el FET pasa a desconexión. El CI permanece en estado
no conductor hasta que el C2 se carga de nuevo a la primera tensión
predeterminada tras la recepción de una tensión de entrada
adicional.
El circuito 37 de salida que proporciona la
señal de control al procesador (no representado) asociado al equipo
eléctrico designado, ha sido representado en la Figura 4. El
contador 28 de 8 bits recibe la señal de control de salida generada
por el opto-acoplador 27 de la Figura 3, y presenta
a la salida un conteo sobre un bus 29 de datos de 8 bits para un
seguidor 32 de 8 bit que introduce el conteo en el procesador por un
bus 33 separado de datos de 8 bits. El seguidor 32 de 8 bits recibe
una señal de enganche desde el procesador por el conductor 34 de
seguidor y presenta a la salida un conteo para el procesador por
medio del bus 33 de datos de 8 bits. El procesador lee el conteo y
resetea el contador a intervalos de tiempo fijos a través de un
conductor 35 que conecta con el contador a través de un inversor
31. De acuerdo con el programa almacenado en el procesador, el
período fijo es más corto que el tiempo de desbordamiento del
contador a la tensión de entrada más alta recibida por el circuito
30 de entrada de la Figura 3. Comparando el conteo leído frente a un
valor de umbral, la presencia o la ausencia de la tensión de
entrada se determina en consecuencia a un nivel ajustable. El
procesador podría ser sustituido por una Matriz de Puertas
Programables de Campo (no representada) en caso de que se desee una
implementación de hardware de la función de conteo y lectura.
De ese modo, se ha mostrado que una entrada de
tensión simple y un circuito de control que utilice un FET y un
circuito opto-acoplador en combinación con un
circuito oscilador de relajación simple, pueden ser empleados para
controlar una pluralidad de equipos eléctricos asociados sin que se
requieran múltiples FETs, comparadores y
opto-acopladores tal y como se necesita actualmente
dentro de tales circuitos de tensión de entrada de acuerdo con la
Técnica Anterior.
Claims (15)
1. Un circuito de control de entrada para su uso
con un equipo eléctrico distribuido, que comprende:
medios (13) para recibir una tensión de entrada
y convertir dicha tensión de entrada en una tensión de DC;
un condensador (C2) que recibe dicha tensión de
DC y que descarga dicha tensión de DC a una primera tensión de
condensador predeterminada;
estando el circuito de control de entrada
caracterizado porque comprende:
un conmutador (26) semiconductor que conecta con
el citado condensador (C2) y con un oscilador (Z2) de relajación,
presentando con ello dicho oscilador (Z2) de relajación a la salida
un pulso de frecuencia en proporción a dicha tensión de entrada
recibida, y
medios (37) de circuito de salida dispuestos
para suministrar el citado pulso de frecuencia a un circuito de
salida.
2. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 1, que incluye un divisor de tensión
(R14-R16) que conecta el citado condensador con
dicho conmutador semiconductor.
3. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 2, en el que dichos medios de circuito de salida
incluyen un opto-acoplador (27).
4. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 3, en el que dichos medios de recepción de tensión
de entrada incluyen un puente rectificador (13).
5. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 1, en el que dicho conmutador semiconductor comprende
un FET (26).
6. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 4, en el que dicho oscilador (Z2) de relajación
incluye un CI regulador de anchura de banda.
7. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 1, en el que dicho circuito de salida incluye un
contador (28) digital dispuesto para su conexión con un seguidor
(32) digital y con un procesador remoto.
8. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 7, en el que dicho contador (28) digital comprende
un contador de 8 bits.
9. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 7, en el que dicho seguidor (32) digital comprende
un seguidor de 8 bits.
10. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 8, en el que dicho contador (28) de 8 bits es
reseteado a intervalos de tiempo fijos por parte de un procesador
remoto.
11. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 6, en el que dicho condensador hace que el conmutador
(26) semiconductor pase a desconexión y lleva a dicho oscilador
(Z2) de relajación a una segunda tensión de condensador
predeterminada, más baja que la citada primera tensión de
condensador predeterminada.
12. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 6, en el que una entrada a dicho CI regulador de
anchura de banda conecta con el citado puente rectificador (13), y
una salida de dicho CI regulador de anchura de banda conecta con el
citado opto-acoplador (27).
13. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 11, en el que una puerta (36) a dicho CI regulador
de anchura de banda conecta con el citado divisor de tensión
(R14-R16).
14. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 13, en el que dicho divisor de tensión comprende un
primer y un segundo resistores conectados en serie, y un tercer
resistor, estando dicho tercer resistor (R16) conectado en paralelo
con dicho primer resistor (R14).
15. El circuito de control de entrada de la
reivindicación 14, en el que dichos primer (R14) y tercer (R16)
resistores, están conectados con una entrada de referencia a dicho
CI regulador de anchura de banda.
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