ES2376823T3 - Un dispositivo de control para accionar solenoides de ca y solenoides biestables de cc, espec�?ficamente para electrov�?lvulas de sistemas de irrigación. - Google Patents

Un dispositivo de control para accionar solenoides de ca y solenoides biestables de cc, espec�?ficamente para electrov�?lvulas de sistemas de irrigación. Download PDF

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Abstract

Un dispositivo de control (1) para accionar solenoides de CA o solenoides biestables de CC, que comprende unos terminales de alimentación de corriente (2, 3; 11, 12, 17) que pueden conectarse selectivamente a una fuente de voltaje de CA o de CC, unos terminales de carga (4, 5) que pueden conectarse a un solenoide accionado (L), por lo menos un dispositivo de triac (T) conectado en serie con dicho solenoide accionado (L), unos medios (G) que pueden ser controlados para activar dicho triac (T) y unos medios selectores (S) interpuestos entre dichos terminales de alimentación de corriente (2, 3; 11, 12, 17) y dichos terminales de carga (4, 5) para conmutar el dispositivo de control (1) entre una primera configuración adecuada para la alimentación de un solenoide de CA (L) y una segunda configuración adecuada para la alimentación de un solenoide biestable de CC (L), caracterizado porque el dispositivo de control (1) comprende unos medios inversores (A; PCact, PCinact) que pueden ser controlados para invertir la polaridad de voltaje en los terminales de carga (4, 5) con respecto a lo aplicado en los terminales de alimentación de corriente (2, 3; 11.12, 17) cuando el dispositivo de control (1) es seleccionado en dicha segunda configuración.

Description

Un dispositivo de control para accionar solenoides de CA y solenoides biestables de CC, específicamente para electroválvulas de sistemas de irrigación.
La presente invención está relacionada con un dispositivo de control para accionar solenoides de CA y solenoides biestables de CC, específicamente para electroválvulas de sistemas de irrigación para céspedes, jardines, huertos, etcétera.
Uno de los mayores problemas en el diseño de un sistema centralizado de irrigación está relacionado a cuánto es capaz de adaptarse el último a las condiciones particulares del suelo que debe ser irrigado. Las diferentes clases de sistemas se escogen dependiendo de si los parques, jardines, instalaciones deportivas o tierra de agricultura necesitan ser irrigados.
A menudo ha sido necesario diseñar un sistema según un plan especialmente ideado con el fin de satisfacer las necesidades del cliente: está claro que se producen unos costes de ingeniería que afectan considerablemente al coste total del sistema, reduciendo de este modo la competitividad y el beneficio.
Además, el cableado necesario es generalmente muy significativo e implica a veces dificultades en los pasos de instalación, la prueba y el mantenimiento y en la ampliación siguiente del sistema. Es verdaderamente común que los técnicos de instalación y los jardineros no son expertos en sistemas eléctricos.
Para estas razones, el mercado de productos para sistemas centralizados de irrigación se desarrolla hacia una creciente estandarización y crecientes niveles de modularidad de componentes, de modo que éstos sean comercializables sin ser vistos y puedan ser instalados como un conjunto sin causar dificultades a los instaladores.
Una aplicación de este concepto puede representarse, por ejemplo, por un dispositivo de control para sistemas de irrigación que sea capaz de accionar sin distinción de las dos clases de electroválvulas utilizadas actualmente, es decir electroválvulas de solenoides de CA o electroválvulas biestables de CC.
En los sistemas de irrigación, la elección de las electroválvulas depende de varios factores, relacionados con las características típicas de las electroválvulas y con la clase y la distribución del sistema de irrigación.
Generalmente, las electroválvulas que tienen un solenoide de CA son rentables; además, demuestran niveles apropiados de seguridad porque, en el caso de disfunción, tienden a cerrarse, interrumpiendo de este modo el flujo de agua. Por otro lado, necesitan un sistema de alimentación de CA que proporciona una potencia apropiada, y de este modo requieren altos costes de gestión y la cercanía a una red eléctrica.
Las electroválvulas que tienen un solenoide biestable de CC son en cambio más caras; además, son menos seguras porque, en caso de interrupción de la conexión eléctrica entre el dispositivo de control y la electroválvula, la última se queda en el estado en el que estaba antes de la interrupción, por lo tanto también abierta. Por otro lado, necesitan menos potencia y pueden ser alimentadas por una batería o por células solares, ya que los solenoides biestables solo requieren energía para la transición de un estado al otro.
Actualmente, los dispositivos de control para los sistemas de irrigación son a su vez de una clase diferente que depende del tipo de electroválvulas empleadas en el propio sistema. Esto es, no hay dispositivo de control que pueda utilizarse indistintamente para electroválvulas que tienen un solenoide de CA o un solenoide biestable de CC.
El documento US-A-5835331 describe un circuito de accionamiento para un circuito medidor de desconexión que incluye las características del preámbulo de la reivindicación 1.
El objeto de la presente invención es diseñar un dispositivo de control que permita el accionamiento sin distinción de solenoides de CA o solenoides biestables de CC, y de este modo electroválvulas para sistemas de irrigación que tienen solenoides de una o de la otra clase.
Según la invención tal objeto se logra mediante un dispositivo de control para accionar solenoides de tipo de CA o biestable de CC, que comprende unos terminales de alimentación de corriente que pueden conectarse selectivamente a una fuente del voltaje de CA o de CC, unos terminales de carga que pueden conectarse a un solenoide accionado, por lo menos un dispositivo triac conectado en serie con dicho solenoide accionado, unos medios que pueden controlarse para activar dicho triac y unos medios de selección interpuestos entre dichos terminales de alimentación de corriente y dichos terminales de carga para conmutar el dispositivo de control entre una primera configuración adecuada para la alimentación de un solenoide de CA y una segunda configuración adecuada para la alimentación de un solenoide biestable de CC, caracterizado porque el dispositivo de control comprende unos medios inversores que pueden ser controlados para invertir la polaridad del voltaje en los terminales de carga con respeto al aplicado a los terminales de alimentación cuando el dispositivo de control se selecciona en dicha segunda configuración.
De esta manera, un solenoide de CA o un solenoide biestable de CC puede conectarse sin distinción a los terminales de carga del propio dispositivo de control.
Estas y otras características de la presente invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de algunos ejemplos de realización mostrados sin ninguna pretensión de limitación en los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra una primera realización del dispositivo de control según la presente invención en la configuración de “solenoide de CA”;
la figura 2 muestra el esquema temporal del funcionamiento del dispositivo de la figura 1 en la configuración de “solenoide de CA”;
la figura 3 muestra el dispositivo de control de la figura 1 en un primer estado en la configuración de “solenoide biestable de CC”;
la figura 4 muestra el dispositivo de control de la figura 1 en un segundo estado en la configuración de “solenoide biestable de CC”;
la figura 5 muestra el esquema temporal del funcionamiento del dispositivo de la figura 1 en la configuración de “solenoide de CA”;
la figura 6 muestra un esquema de circuito de una segunda realización del dispositivo de control según la presente invención;
la figura 7 muestra el esquema temporal del funcionamiento del dispositivo de control de la figura 6 según la configuración de “solenoide biestable de CC”;
la figura 8 muestra el esquema de circuito de un multiplicador de voltaje que puede ser utilizado para aumentar el voltaje de entrada de CC del dispositivo de control en funcionamiento en CC;
la figura 9 muestra el esquema de circuito de un transformador para aumentar el voltaje de entrada de CC del dispositivo de control en funcionamiento en CC.
Un esquema eléctrico simplificado del dispositivo de control 1 según una realización de la invención se muestra en la figura 1.
La conexión de suministro de la red eléctrica de dicho dispositivo 1 está formada por dos terminales de entrada o de alimentación de corriente 2 y 3, estando el último conectado a tierra. El voltaje de entrada Ven puede ser un voltaje bajo de CA (24Vca) o un voltaje de batería de CC (9Vcc o 12Vcc) o puede ser proporcionado por células solares.
La conexión de salida está formada por dos terminales de salida o de carga 4 y 5, en los que se conectan los terminales de un solenoide L accionado, que puede ser de CA o biestable de CC.
Un dispositivo triac T que tiene una puerta G controlada por unos medios apropiados, por ejemplo por un microprocesador M, se conecta en serie al solenoide accionado L por medio de los terminales 5 y 6. Una corriente i puede fluir por conexión en serie formada por dicho solenoide accionado L y por dicho triac T.
En los extremos de la conexión en serie mencionada antes formada por el solenoide accionado L y el triac T hay dos interruptores S1, S2 que están vinculados mecánicamente y controlados por una conmutación del selector S de relés entre CA y CC, que a su vez puede ser controlado por el microprocesador antes mencionado.
En el dispositivo 1 hay dos interruptores adicionales A1, A2 que están vinculados mecánicamente y son controlados por un relé inversor A entre “Encendido” y “Apagado”, que a su vez puede ser controlado por dicho microprocesador.
Las posiciones que pueden ser adoptadas por el selector S, y por consiguiente por los interruptores S1, S2, son:
“CA” (figura 1): el interruptor S1 conecta el terminal 2 de alimentación de corriente con el terminal de salida 4; el interruptor S2 pone a tierra el terminal 6; con el selector dispuesto de esta manera, el dispositivo de control 1 está en una configuración de “solenoide de CA”;
“CC” (figuras 3, 4): el interruptor S1 conecta el interruptor A1 con el terminal de salida 4; el interruptor S2 conecta el interruptor A2 con el terminal 6; con el selector S dispuesto de esta manera, el dispositivo de control 1 está en una configuración de “solenoide biestable de CC”.
Las posiciones del relé inversor A, y por consiguiente de los interruptores A1 y A2, afecta al comportamiento del dispositivo 1 sólo si el último está configurado “para solenoide biestable de CC”. Dichas posiciones son:
“CC Activa” (figura 3): el interruptor A1 conecta el terminal de entrada 2 con el interruptor S1, si está puesto en una posición de “CC”; el interruptor A2 conecta el terminal de entrada 3 con el interruptor S2, si está puesto en una posición de “CC”; de esta manera, la conexión en serie formada por el solenoide accionado L y por el triac T está polarizada con un voltaje Ven> 0;
“CC Inactiva” (figura 4): el interruptor A1 conecta la tierra con el interruptor S1, si está puesto en una posición de “CC”; el interruptor A2 conecta el terminal de entrada 2 con el interruptor S2, si está puesto en una posición de “CC”; de esta manera, la conexión en serie formada por el solenoide accionado L y por el triac T está polarizada con un voltaje Ven< 0;
Antes de describir el funcionamiento del dispositivo como un conjunto, parece útil describir la forma como funciona el triac T y el microprocesador M.
Siempre que esté implicado el triac T, si la puerta G está activada con un voltaje negativo, por ejemplo equivalente a -3V, el triac T es conmutado “a conducción” (también puede decirse “está activo”), y permite el flujo de corriente i, comportándose como un interruptor cerrado. Cuando la puerta G ya no es activa, el triac T “es accionado a sin conducción”: el triac T continúa conduciendo hasta que la corriente i llega a cero. Cuando la corriente i es cero, el triac T está “inactivo” y ya no permite el flujo de corriente, comportándose como un interruptor abierto, hasta que la puerta G es activada otra vez por un voltaje de -3V.
El microprocesador M controla a su vez el funcionamiento del dispositivo 1. Es capaz de reconocer si el voltaje de alimentación Ven es corriente continua o alterna, así como recibir información adicional dada por el usuario o por programas grabados de antemano en una memoria asociada al microprocesador.
La información con respecto al tipo de solenoide accionado L (ya sea biestable de CC o de CA) debe ser incluida entre esta información. Dependiendo de la información recibida y por el efecto de su programación, el microprocesador controla la puerta G del triac T (y subsiguientemente la corriente i al solenoide accionado L), el selector S (y subsiguientemente el voltaje de alimentación del solenoide L, ya sea corriente continua o alterna) y el relé inversor A (y subsiguientemente el signo del voltaje en los extremos de la conexión en serie formada por el solenoide L y por el triac T).
El funcionamiento del dispositivo 1 configurado “para el solenoide de CA” resulta de las figuras 1 y 2.
En los terminales de entrada 2, 3 se aplica un voltaje alterno Ven, normalmente 24V. El selector S está en una posición de “CA”; la posición del relé inversor A no es influyente. La serie formada por el solenoide L y el triac T es suministrada con voltaje alterno pero no hay flujo de corriente siempre que la puerta esté desactivada. Cuando la puerta G es activada, el triac T es conmutado a conducción y una corriente distinta de cero fluye por el solenoide accionado L que por lo tanto es excitado. Cuando la puerta G es desactivada, la corriente i continúa fluyendo hasta que el voltaje alterno de alimentación va desde un valor positivo a cero; en este momento la corriente i va a cero, el triac T se desactiva y el solenoide L deja de estar excitado. Al ser el voltaje de alimentación Ven alterno, el triac T se desactiva en medio ciclo.
El esquema temporal del funcionamiento del dispositivo de control en la configuración de “solenoide de CA” se muestra en la Fig. 2.
El funcionamiento según la configuración de “solenoide biestable de CC” que resulta de las figuras 3-5 se describe en lo sucesivo. En primer lugar, se describe la transición del solenoide accionado L del estado “Inactivo” al estado “Activo”.
Los terminales de entrada 2, 3 son suministrados con voltaje de corriente continua Ven. El selector S está en un estado de “CC” (Fig. 3) y el relé inversor A está en un estado de “CC activa”. La conexión serie formada por el solenoide L y el triac T es suministrada con voltaje de corriente continua pero no hay flujo de corriente siempre que la puerta del triac T se quede desactivada.
Cuando el microprocesador M impone un voltaje negativo -3V a la puerta G del triac T (transición a en la fig. 5), el último conmuta a conducción y permite el flujo de una corriente i> 0 en el solenoide accionado L; tal corriente i> 0 es suficiente para inducir al solenoide accionado L a cambiar de estado y conmutar a un estado “Activo”.
Una vez que el solenoide controlado L es conmutado a un estado “Activo”, el último ya no tiene por qué ser suministrado con corriente eléctrica. El microprocesador M desactiva de este modo la puerta G del triac T (transición b en la figura 5), pero el triac T continúa conduciendo, porque la corriente i que fluye por él es continua y diferente de cero.
El microprocesador induce entonces al relé inversor A a conmutar a una posición de “CC activa” (transición c en la figura 5), configurando de este modo el dispositivo 1 como en la figura 4. Los terminales 4, 6 de la conexión en serie formada por el solenoide L y por el triac T son polarizados rápidamente en el voltaje negativo -Ven y en esta transición la corriente i se va a cero, causando de este modo el apagado del triac T, que impide el flujo de corriente adicional i en el solenoide accionado L. Entonces, el microprocesador induce al relé inversor A a conmutarse de nuevo a la posición “CC activa” (transición d en la figura 5). En esta situación, el dispositivo de control 1 no consume energía.
Cuando es necesario que el solenoide accionado L se conmute a un estado “inactivo”, el relé inversor A es conmutado a un estado “CC inactiva” (transición e en la figura 5).
Entonces el microprocesador activa la puerta G del triac T (transición f en la figura 5) que, por lo tanto, conmuta a conducción y permite el flujo de una corriente i< 0 en el solenoide accionado L. El flujo de una corriente suficiente i<0 induce al solenoide L a conmutarse a un estado “inactivo”.
En este momento, el triac T todavía debe estar apagado para evitar un consumo innecesario de energía.
En primer lugar, el microprocesador desactiva la puerta G del triac T (transición g en la figura 5), pero la corriente i<0 continúa fluyendo en la conexión en serie formada por el solenoide accionado L y el triac T.
Por último, el microprocesador (transición h en la figura 5) induce al relé inversor A a conmutarse a un estado “CC activa”: los terminales 4, 6 de la conexión en serie de solenoide-triac son polarizados rápidamente a un voltaje positivo, de modo que la corriente i se va a cero, forzando de este modo el apagado del triac.
Una segunda realización se muestra en la fig. 6 y requiere una fuente de alimentación bipolar si se utiliza para controlar un solenoide biestable de CC, pero permite solamente utilizar componentes electrónicos en vez del relé inversor electromecánico A.
Hay cinco terminales de entrada:
un terminal de entrada 11 para la alimentación de CA;
un terminal de entrada 12 para una alimentación de CC con un potencial positivo y constante Vcc > 0;
un terminal de entrada de tierra 13;
un terminal de entrada negativa 17 para la alimentación de CC con un potencial negativo y constante -Vcc > 0;
un terminal de potencial negativo 18 (por ejemplo -3V).
Los terminales de salida o de carga 4, 5 se conectan al solenoide accionado L de CA o biestable de CC, en serie a un triac T con una puerta G controlada por un microprocesador M. La puerta G requiere un voltaje negativo de activación, por ejemplo de -3V.
El terminal 4 se conecta a un interruptor S1, controlado por un selector S que permite poner el dispositivo de control 1 para alimentación de CC o de CA.
Dos circuitos de precarga PCact y PCinact se conectan a dos terminales Pact y Pinact, conectados a dos salidas del microprocesador M. Pact y Pinact necesitan un voltaje de -3V para activar los circuitos de precarga PCact y PCinact. En serie con los circuitos de precarga PCact y PCinact hay un resistor Rc.
Aguas abajo del resistor Rc y del selector S está la conexión en serie formada por el solenoide accionado L y el triac T; tal serie se coloca en paralelo con dos condensadores Cact y Cinact, cada uno está en paralelo con unos diodos Dact y Dinact, dispuestos con una polaridad invertida como en la figura 6.
Si la alimentación de corriente es alterna, el circuito funciona como en la realización anterior. Por lo tanto, se considera útil describir sólo el funcionamiento con un solenoide biestable de CC, es decir en la configuración mostrada en la figura 6.
Siguiendo el esquema temporal de la figura 7, puede observarse que, al excitar el terminal Pact del circuito de precarga PCact, se fuerza la conducción del transistor Q1, el comportamiento del último como un interruptor cerrado y se permite la carga del condensador Cact. Obviamente, esto debe ocurrir cuando el triac T está apagado y el transistor Q3 está cerrado.
En ese momento la puerta G del triac T está activada, el condensador Cact se descarga e impone una corriente i> 0 en el solenoide accionado L, que se conmuta a un estado “Activo”. A diferencia de la realización anterior, en este caso la corriente i va naturalmente a cero, como un efecto de la descarga del condensador.
Para conmutar el solenoide accionado L de nuevo al estado “Inactivo”, es necesario excitar el terminal de precarga Pinact del circuito de precarga PCinact, que carga negativamente el condensador Cinact. Al activar la puerta G del triac T, la descarga del condensador Cinact es forzada entonces, lo que impone una corriente i<0 en el solenoide accionado L, como se muestra en la fig. 7.
Para obtener una corriente más alta para Activo y para Inactivo, deben aumentarse los voltajes +Vcc y -Vcc. En base al voltaje disponible en la batería Vbat, una opción es utilizar un multiplicador de voltaje MT tal como el mostrado en la fig. 8, utilizando amplificadores inversores I, condensadores C, diodos D, resistores R y transistor de entrada Q y en el que una derivación MT’ genera el voltaje +Vcc y la otra derivación MT” genera el voltaje -Vcc.
5 “Molt” es una orden que permite la multiplicación y debe ser aplicada al mismo tiempo respectivamente a los controles de precarga Pact y Pinact.
Una alternativa del circuito multiplicador de voltaje de la fig. 8 se muestra en la fig.
9 y comprende un transformador de subida TM, cuyo secundario está provisto de una toma central 30 con potencial de tierra.
10 El primario del transformador M se conecta a un circuito de entrada que comprende un diodo Zener Z, un transistor Q, un resistor R y un condensador C y es suministrado por el terminal P con un voltaje de ciclo de trabajo variable de onda cuadrada, mientras que el secundario permite la carga simultánea de los condensadores Cact y Cinact.
Al activar Pact, el condensador Cact puede descargarse en el solenoide L al mismo tiempo que la activación de la puerta G del triac T, al activar el propio solenoide.
15 Al activar Pinact, el condensador Cinact puede descargarse en el solenoide L al mismo tiempo que la activación de la puerta G del triac T, al desactivar el propio solenoide.
Además, mientras que con el multiplicador de la fig. 8 aplicado al circuito de la fig. 6 es necesario esperar hasta 10 segundos, por ejemplo, antes de poder activar el solenoide y durante un tiempo similar para desactivarlo para un tiempo total de 20 segundos para un ciclo completo, el circuito con el transformador de la fig. 9 divide a la mitad los
20 tiempos de control del solenoide, al cargar simultáneamente Cact y Cinact 10 segundos.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Un dispositivo de control (1) para accionar solenoides de CA o solenoides biestables de CC, que comprende unos terminales de alimentación de corriente (2, 3; 11, 12, 17) que pueden conectarse selectivamente a una fuente de voltaje de CA o de CC, unos terminales de carga (4, 5) que pueden conectarse a un solenoide accionado (L), por lo menos un dispositivo de triac (T) conectado en serie con dicho solenoide accionado (L), unos medios (G) que pueden ser controlados para activar dicho triac (T) y unos medios selectores (S) interpuestos entre dichos terminales de alimentación de corriente (2, 3; 11, 12, 17) y dichos terminales de carga (4, 5) para conmutar el dispositivo de control (1) entre una primera configuración adecuada para la alimentación de un solenoide de CA (L) y una segunda configuración adecuada para la alimentación de un solenoide biestable de CC (L), caracterizado porque el dispositivo de control (1) comprende unos medios inversores (A; PCact, PCinact) que pueden ser controlados para invertir la polaridad de voltaje en los terminales de carga (4, 5) con respecto a lo aplicado en los terminales de alimentación de corriente (2, 3; 11.12, 17) cuando el dispositivo de control (1) es seleccionado en dicha segunda configuración.
  2. 2.
    Un dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios selectores (S) pueden ser conmutados entre una primera posición de conexión directa de dichos terminales de alimentación (2, 3; 11, 12, 17) con la conexión en serie de dicho solenoide (L) y dicho triac (T) para llevar a cabo dicha primera configuración y una segunda posición de conexión de dichos terminales de alimentación (2, 3; 11, 12, 17) con la conexión en serie de dicho solenoide (L) y dicho triac (T) a través de dichos medios inversores (A; PCact, PCinact) para llevar a cabo dicha segunda configuración,
  3. 3.
    Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios selectores (S) son de tipo de relés.
  4. 4.
    Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios inversores (A) son de tipo de relés.
  5. 5.
    Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios inversores (PCact, PCinact) consisten en unos circuitos de precarga (PCact, PCinact) que puede ser activados por unos controles correspondientes (Pact y Pinact) para la precarga de los correspondientes condensadores (Cact, Cinact) que pueden ser descargados por separado en dicho solenoide (L) para la generación de corrientes de polaridad invertida por la activación de dicho triac (T).
  6. 6.
    Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un multiplicador de voltaje (MT) adaptado para aumentar el voltaje de alimentación de CC con respecto a un voltaje de batería (Vbat).
  7. 7.
    Un dispositivo según las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque dicho multiplicador de voltaje (MT) puede ser activado con una orden (Molt) aplicada al mismo tiempo para separar los controles de precarga (PCact y Pinact) de dichos circuitos de precarga (PCact, PCinact) y comprende una derivación MT’ para la generación del voltaje +Vcc y otra derivación MT” para la generación del voltaje -Vcc.
  8. 8.
    Un dispositivo según las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque dicho multiplicador de voltaje (MT) comprende un transformador elevador (TM), que tiene un devanado primario conectado a un terminal de entrada (P) suministrado con un voltaje de ciclo de trabajo variable de onda cuadrada (Vp) y un devanado secundario conectado a dichos condensadores (Cact y Cinact) bajo el control de dichos circuitos de precarga (PCact, PCinact) y provisto de una toma centra de tierra (30),
  9. 9.
    Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un microprocesador (M) para el control de dichos medios (G) para la activación del triac (T), de dichos medios de selector (S) y de dichos medios inversores (A; PCact, PCinact).
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