ES2926901T3 - Dispositivo de fuente de alimentación de control para inversor - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor incluye una fuente de alimentación principal en modo conmutado, SMPS, (120) para suministrar voltajes nominales a un controlador y un circuito auxiliar del inversor, un SMPS auxiliar (130) configurado para operar cuando el principal SMPS (120) se interrumpe para suministrar los voltajes nominales al controlador y al circuito auxiliar del inversor; y un controlador SMPS (140) configurado para detectar un voltaje de salida del SMPS principal (120), determinar si el voltaje detectado está dentro de un rango normal e interrumpir el SMPS principal (120) y operar el SMPS auxiliar (130) si no, y transmitir información de viaje al controlador (14). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de fuente de alimentación de control para inversor
ANTECEDENTES
1. Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor. Más particularmente, la presente divulgación se refiere a un dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor, que detecta una tensión de salida de una fuente de alimentación conmutada principal (SMPS) para suministrar energía estable al inversor y, si la tensión detectada no está en un intervalo normal, interrumpe el funcionamiento de la SMPS principal para hacer funcionar una SMPS auxiliar y transmite información de disparo a un controlador para controlar el inversor.
2. Descripción de la técnica relacionada
Un inversor es un dispositivo de conversión de energía que convierte la electricidad de la red de CA en una tensión de CC y luego convierte nuevamente la tensión de CC en una tensión de CA, controlando así libremente un motor eléctrico.
Los inversores encuentran una variedad de aplicaciones en la industria en general, incluyendo ventiladores, bombas, ascensores, dispositivos de transferencia, líneas de producción y similares. Por lo general, un inversor para accionar motores convierte la energía de tal manera que recibe y convierte la electricidad de la red de CA trifásica en una tensión de CC mediante un circuito de rectificador, almacena la tensión de CC en un condensador de un enlace de CC y luego convierte la tensión de CC a una tensión de CA usando una unidad de inversor.
Un inversor es un sistema de frecuencia variable de tensión variable (VVVF), cuya entrada de tensión y frecuencia a un motor de CA puede variar dependiendo de una salida de modulación de ancho de pulso (PWM), controlando así la velocidad del motor.
Típicamente, los inversores o convertidores como dispositivos de conversión de energía incluyen esencialmente circuitos auxiliares para realizar funciones que incluyen comunicaciones, protección, control y similares, así como un circuito para realizar una función principal. Dichos circuitos auxiliares requieren que se les suministren las respectivas tensiones nominales estables. Para ello, se emplea una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS). Si ocurre un problema en el funcionamiento de la SMPS, también afecta la función principal del inversor. Por lo tanto, la SMPS es un componente especialmente importante, entre otros.
La SMPS es un circuito muy importante que suministra energía a un controlador para controlar el funcionamiento general del inversor y otros circuitos funcionales principales. Si se produce un problema en el suministro de energía estable de la SMPS, las funciones del controlador y los circuitos funcionales principales se interrumpen, lo que en realidad resulta en la interrupción de las funciones generales del inversor. En los inversores existentes, una SMPS es un componente único como un circuito principal del inversor y, por lo tanto, es muy arriesgado y el inversor no es muy fiable.
En la práctica, a partir de los resultados del análisis de las reivindicaciones de campo sobre los productos existentes, puede verse que el fallo de que la SMPS no funciona aparece con una tasa alta.
El documento US2006/0259202 A1 divulga un dispositivo de fuente de alimentación de control para su uso en un sistema de señalización ferroviaria. La solución divulgada propone una configuración de respaldo con una pluralidad de fuentes de alimentación de modo conmutado. Si bien se propone una solución mediante la cual se proporciona acceso a energía de respaldo, sigue existiendo la necesidad de garantizar la estabilidad de energía requerida para una aplicación de inversor.
El documento US8789659 B2 se refiere a un sistema de energía de ascensor que incluye un accionamiento regenerativo que puede hacerse funcionar para proporcionar el funcionamiento de rescate automático y para cargar la fuente de alimentación de respaldo asociada con el funcionamiento de rescate automático.
El documento US2007147097 A1 se refiere a la detección de fallos u otros errores de funcionamiento en un sistema de energía de un vehículo eléctrico que tiene una fuente de alimentación de mantenimiento.
SUMARIO
Es un aspecto de la presente invención proporcionar un dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor, que detecta una tensión de salida de una fuente de alimentación conmutada principal (SMPS) para suministrar energía estable al inversor y, si la tensión detectada no está en un intervalo normal, interrumpe el funcionamiento de la SMPS principal para hacer funcionar una SMPS auxiliar y transmite información de disparo a un controlador para controlar el inversor.
Cabe señalar que los objetos de la presente invención no se limitan a los descritos anteriormente y otros objetos de la presente invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de las siguientes descripciones.
La invención está definida por el dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor de la reivindicación 1. Realizaciones adicionales se definen en las reivindicaciones dependientes.
El controlador de la SMPS puede almacenar un historial de fallos de la SMPS principal en una memoria cuando la tensión detectada no está dentro del intervalo normal.
El controlador de la SMPS, al activarse, puede determinar si hay un historial de fallos de la SMPS principal almacenado en la memoria, interrumpir la SMPS principal y hacer funcionar la SMPS auxiliar si es así, y transmitir la información de disparo al controlador.
El controlador de la SMPS puede detectar una tensión de salida a partir de la SMPS principal cuando la tensión del enlace de CC del inversor es mayor que la tensión establecida en el momento de encender o apagar el inversor, y determinar si la tensión detectada está en el intervalo normal.
El nivel de tensión establecido puede ser una tensión de funcionamiento de la SMPS principal más una tensión de margen.
El dispositivo de fuente de alimentación de control puede incluir además un convertidor descendente configurado para reducir una tensión de un enlace de CC del inversor y generar la salida de la misma al controlador de la SMPS. Puede suministrarse a la SMPS principal y la SMPS auxiliar una tensión activada a partir del enlace de CC del inversor. El controlador puede indicar a un usuario la información de disparo recibida desde el controlador de la SMPS.
Puede realizarse un primer modo en el que el controlador de la SMPS transmite la información de disparo al controlador y la SMPS auxiliar suministra una tensión solo al controlador.
Puede realizarse un segundo modo en el que el controlador de la SMPS transmite la información de disparo al controlador y la SMPS auxiliar suministra al controlador y al circuito auxiliar una energía mínima que incluye una energía de accionamiento de puertas para reiniciar el inversor y una energía de E/S.
Puede realizarse un tercer modo en el que el controlador de la SMPS transmite la información de disparo al controlador y la SMPS auxiliar suministra al controlador y al circuito auxiliar una tensión máxima que incluye una energía de accionamiento de puertas para reiniciar el inversor y una energía de E/S, y energía para comunicaciones y control de ventiladores.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama que ilustra un dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor según una realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama que ilustra una configuración del dispositivo de fuente de alimentación de control según una realización de la presente invención.
La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método de control de fuente de alimentación en el dispositivo de fuente de alimentación de control según una realización de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Se describirán ahora modos de realización de la presente invención en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Es decir, en la siguiente descripción, el término “incluye(n)” puede no excluir otros componentes o etapas.
La figura 1 es un diagrama que ilustra un dispositivo de fuente de alimentación de control para un inversor según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 1, el dispositivo de fuente de alimentación de control 100 según la realización de la presente invención puede incluirse en el inversor 10. El inversor 10 puede incluir además una unidad de convertidor 11, un enlace de CC 12, una unidad de inversor 13, un controlador 14 y un circuito auxiliar 15.
La unidad de convertidor 11 recibe electricidad de red de CA trifásica y la convierte en tensión de CC usando un circuito de rectificador. El enlace de CC 12 almacena la tensión de CC convertida por la unidad de convertidor 11 en un condensador. La unidad de inversor 13 convierte la tensión de CC almacenada en el enlace de CC en una tensión de CA, accionando así un motor M. El controlador 14 controla el funcionamiento de la unidad de inversor 13. El circuito auxiliar 15 puede estar dispuesto para realizar el funcionamiento auxiliar en el inversor 10.
El dispositivo de fuente de alimentación de control 100 consiste en una fuente de alimentación de modo conmutado
principal (SMPS) y una SMPS auxiliar y puede regular las tensiones al controlador 14 y al circuito auxiliar 15 para que se suministren tensiones nominales al controlador 14 y al circuito auxiliar 15, respectivamente.
La figura 2 es un diagrama que ilustra una configuración del dispositivo de fuente de alimentación de control según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 2, el dispositivo de fuente de alimentación de control 100 según la realización de la presente invención suministra tensiones estables al controlador 14 y al circuito auxiliar 15 incluido en el inversor 10. El dispositivo de fuente de alimentación de control 100 puede incluir un convertidor descendente 110, una SMPS principal 120, una SMPS auxiliar 130 y un controlador de la SMPS 140.
El convertidor descendente 110 reduce una tensión del enlace de CC 12 para generar la salida de la misma a la SMPS principal 120 y a la SMPS auxiliar 130. El convertidor descendente 110 puede ser un convertidor reductor.
Se suministra a la SMPS principal 120 y a la SMPS auxiliar 130 una tensión de funcionamiento a través del enlace de CC 12. Cada una de la SMPS principal 120 y la SMPS auxiliar 130 incluye un circuito de conmutación. Por ejemplo, cada una de la SMPS principal 120 y la SMPS auxiliar 130 puede incluir un MOSFET como circuito de conmutación.
El controlador de la SMPS 140 usa la tensión reducida por el convertidor descendente 110 como energía de funcionamiento.
En el funcionamiento inicial del inversor 10, el controlador de la SMPS 140 enciende el MOSFET de la SMPS principal 120 y apaga el MOSFET de la SMPS auxiliar 130, de manera que la SMPS principal 120 se hace funcionar en el funcionamiento normal.
El controlador de la SMPS 140 detecta, en tiempo real, una salida de tensión a partir de la SMPS principal 120 durante el funcionamiento de la SMPS principal 120.
El controlador de la SMPS 140 monitoriza la tensión detectada a partir de la SMPS principal 120. Cuando la tensión detectada a partir de la SMPS principal 120 está en un intervalo anormal, el controlador de la SMPS 140 apaga el MOSFET de la SMPS principal 120 y enciende el MOSFET de la SMPS auxiliar 130, de manera que se hace funcionar la SMPS auxiliar 130.
En el momento en que se hace funcionar la SMPS auxiliar 130, el controlador de la SMPS 140 almacena el historial de fallos de la SMPS principal en una memoria del mismo, y transmite información de disparo al controlador 14 de tal manera que se almacena el historial de disparos, permitiendo que un usuario vea el historial de disparos. La información de disparo indica que se produjo un fallo de la SMPS en la SMPS principal 120 y, en consecuencia, se hizo funcionar la SMPS auxiliar 130. Al recibir la información de disparo desde el controlador de la SMPS 140, el controlador 14 puede proporcionar la información de disparo al usuario.
Cuando se hace funcionar la SMPS auxiliar 130, puede realizarse el funcionamiento normal del inversor 10 usando la SMPS auxiliar 130.
La SMPS principal 120 y la SMPS auxiliar 130, según las especificaciones del inversor 10, pueden suministrar todas las tensiones de 3,3 V, 5 V, 7 V, 15 V y 24 V, o pueden suministrar selectivamente solo la tensión requerida. Por ejemplo, el controlador 14 puede recibir la tensión de 3,3 V desde la SMPS principal 120 y la SMPS auxiliar 130. El circuito auxiliar 15 puede recibir tensiones de 5 V, 7 V, 15 V y 24 V, que se configuran para hacer funcionar un circuito de E/S, un circuito de comunicaciones, un circuito de accionamiento de puertas y un circuito de accionamiento de ventiladores, respectivamente. . Se entenderá que la SMPS principal 120 y la SMPS auxiliar 130 no suministran necesariamente tensiones de 3,3 V, 5 V, 7 V, 15 V y 24 V, y pueden suministrar tensiones que tienen otras magnitudes.
El controlador de la SMPS 140 realiza el control de la fuente de alimentación en varios modos según las especificaciones del inversor 10.
Por ejemplo, el controlador de la SMPS 140 realiza un primer modo en el que la información de disparo se transmite al controlador 14 y la SMPS auxiliar 130 suministra una tensión solo al controlador 14.
Por ejemplo, el controlador de la SMPS 140 realiza un segundo modo en el que la información de disparo se transmite al controlador 14 y la SMPS auxiliar 130 suministra, al controlador 14 y al circuito auxiliar 15, una energía mínima que incluye una energía de accionamiento de puertas para reiniciar el inversor 10 y una energía de E/S.
Por ejemplo, el controlador de la SMPS 140 realiza un tercer modo en el que la información de disparo se transmite al controlador 14 y la SMPS auxiliar 130 suministra, al controlador 14 y al circuito auxiliar 15, una energía máxima que incluye una energía que incluye una energía de accionamiento de puertas para reiniciar el inversor 10 y una tensión de e /s , y energía para comunicaciones y control de ventiladores.
Por ejemplo, un inversor compacto tiene espacio y coste limitados. Por lo tanto, el primer modo puede realizarse de manera que la SMPS auxiliar 130 suministre energía solo al controlador 14 y solo se transmita información de disparo al controlador 14, lo que permite al usuario ver el historial de disparos.
Por ejemplo, en un inversor de calidad estándar, el segundo modo puede realizarse de manera que la SMPS auxiliar 130 suministre al controlador 14 y al circuito auxiliar 15 solo la energía mínima, incluyendo la energía para el controlador 14, una energía de E/S, y una energía de accionamiento de puertas, lo que permite al usuario ver el historial de disparos y reiniciar el inversor.
Por ejemplo, en un inversor de primera calidad que requiere alta fiabilidad, el tercer modo puede realizarse de manera que la SMPS auxiliar 130 suministre todas las tensines al controlador 14 y al circuito auxiliar 15; lo que permite al usuario ver el historial de disparos, reiniciar el inversor, así como un funcionamiento auxiliar, incluyendo las comunicaciones y el accionamiento de ventiladores.
La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método de control de fuente de alimentación en el dispositivo de fuente de alimentación de control según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 3, al activarse, el inversor 10 entra en el estado encendido (S1). A medida que el inversor 10 se activa, el controlador de la SMPS 140 se suministra desde el enlace de CC 12 del inversor 10, para entrar en el estado encendido (S2). El controlador de la SMPS 140 busca la memoria en el mismo y determina si el historial de fallos de la SMPS principal está almacenado en la memoria (S3). Con este fin, el controlador de la SMPS 140 almacena el historial de fallos de la SMPS principal en la memoria. Cuando se interrumpe el funcionamiento de la SMPS principal 120 y se hace funcionar la SMPS auxiliar 130 cuando se produce un fallo en la SMPS principal 120, el controlador de la SMPS 140 puede crear el historial de fallos de la SMPS principal para almacenarlo en la memoria. El historial de fallos de la SMPS principal almacenado en la memoria puede borrarse mediante el controlador de la SMPS 140 cuando el funcionamiento de la SMPS principal 120 vuelve a su funcionamiento normal mediante la reparación o la sustitución de la SMPS principal 120. La determinación de si el funcionamiento de la SMPS principal 120 ha vuelto a el funcionamiento normal y la eliminación del historial de fallos de la SMPS principal pueden realizarse mediante el controlador de la SMPS 140 a través de la manipulación de un operador del sistema. Sin embargo, la presente invención no se limita a esto. Alternativamente, el controlador de la SMPS 140 puede determinar periódicamente si el funcionamiento de la SMPS principal 120 ha regresado al funcionamiento normal, y borrar el historial de fallos de la SMPS principal de la memoria cuando se determina que el funcionamiento de la SMPS principal 120 ha regresado al funcionamiento normal.
Si se determina en la etapa S3 que existe un historial de fallos de la SMPS principal, el controlador de la SMPS 140 determina que se ha producido un problema en la SMPS principal 120 y apaga la SMPS auxiliar 130 (S4). Para ello, el controlador de la SMPS 140 enciende el MOSFET de la SMPS auxiliar 130. En consecuencia, se completa el control de la SMPS (S5).
Si se determina en la etapa S3 que no hay historial de fallos de la SMPS principal, el controlador de la SMPS 140 compara una tensión de enlace de CC con una tensión de funcionamiento de la SMPS principal 120 más una tensión de margen, determinando así cuál es mayor. La tensión de margen se refiere a un error permisible en la tensión del intervalo normal, que es menor o mayor que la tensión de funcionamiento establecida según las especificaciones de la SMPS principal 120. Por ejemplo, la tensión de margen puede ser de 10 V.
Si se determina en la etapa S6 que la tensión del enlace de CC es mayor que la tensión de funcionamiento de la SMPS principal 120 más 10 V, el controlador de la SMPS 140 reconoce que la información sobre una tensión de salida detectada a partir de la SMPS principal 120 es información válida, y permite hacer funcionar la SMPS principal 120 (S7). Para ello, el controlador de la SMPS 140 enciende el MOSFET de la SMPS principal 120. A este respecto, un margen de tensión para determinar la validez de la tensión de salida detectada a partir de la SMPS principal 120 por el controlador de la SMPS 140 se establece en 10 V.
Se considera el margen de 10 V porque aún no se suministra energía a la SMPS principal 120 en el momento en que se suministra energía al inversor 10.
Sin considerar dicho margen, puede determinarse erróneamente que hay un error de la SMPS en la SMPS principal 120 porque la SMPS principal 120 no se hace funcionar y la información detectada a partir de la SMPS principal 120 está fuera del intervalo normal.
Incluso cuando se desconecta la energía del inversor 10, el controlador de la SMPS 140 compara la tensión del enlace de CC con la tensión de funcionamiento del SMPS principal 120 más 10 V, determinando así que la información detectada de la SMPS principal 120 no es válida después de que la energía de la SMPS principal 120 se apaga completamente, lo cual es seguro.
Si el funcionamiento de la SMPS principal 120 entra en el estado activado, el controlador de la SMPS 140 detecta una tensión de salida a partir de la SMPS principal 120, determinando así si la tensión detectada está en un intervalo normal predeterminado (S8).
Si se determina que la tensión detectada está dentro del intervalo normal, la SMPS principal 120 permanece continuamente en el estado activado. Por otro lado, si se determina que la tensión detectada no está en el intervalo normal, se interrumpe el funcionamiento de la SMPS 120 y se almacena en la memoria (S9) un historial de fallos de la SMPS principal. Luego, se hace funcionar la SMPS auxiliar 130 (S4), completando así el control de la SMPS (S5).
Para productos de calidad estándar y de primera calidad, la fiabilidad es más importante que el tamaño y el precio. En el caso de que un inversor usado en una grúa, una línea de producción, etc., se interrumpa debido al fallo de que una SMPS no esté funcionando, esto puede resultar en una gran cantidad de pérdida monetaria e incluso accidentes fatales. Por lo tanto, una alta fiabilidad es económica en términos de coste.
Según la presente invención, la información de disparo se proporciona a un usuario, de modo que el usuario pueda captar con precisión la situación.
Asimismo, según la presente invención, la energía requerida en el funcionamiento de la SMPS auxiliar se suministra realizando varios modos de funcionamiento, de modo que la transmisión de información de disparo y el funcionamiento del inversor puedan realizarse de manera continua. Por lo tanto, es posible reducir el riesgo del usuario y promover la comodidad del usuario. Además, es posible proporcionar una alta fiabilidad.
Claims (8)
- REIVINDICACIONESi. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) para un inversor (10), estando configurado el dispositivo de fuente de alimentación de control (100) para suministrar energía estable al inversor (10), comprendiendo el dispositivo de fuente de alimentación de control (100):una fuente de alimentación de modo conmutado principal, SMPS, (120) configurada para suministrar tensiones nominales a un controlador (14) del inversor (10) y a un circuito auxiliar (15) del inversor (10), en el que el controlador (14) del inversor (10) está configurado para controlar el funcionamiento de una unidad de inversor (13) del inversor (10), yen el que el circuito auxiliar (15) del inversor (10) está configurado para hacer funcionar un circuito de E/S, un circuito de comunicaciones, un circuito de accionamiento de puertas y un circuito de accionamiento de ventiladores del inversor (10);una SMPS auxiliar (130) configurada para hacerse funcionar cuando se interrumpe la SMPS principal (120), caracterizado porque:la SMPS auxiliar (130) está configurada para hacerse funcionar en un primer modo, un segundo modo o un tercer modo; yel dispositivo de fuente de alimentación de control (100) comprende, además:un controlador de la SMPS (140) configurado para:recibir una tensión de enlace de CC a partir de un enlace de CC (12) del inversor (10), comparar la tensión de enlace de CC con una tensión establecida en el momento de encender o apagar el inversor (10), y cuando la tensión del enlace de CC del inversor (10) es mayor que la tensión establecida en el momento de encender o apagar el inversor (10), detectar una tensión de salida a partir de la SMPS principal (120), determinar si la tensión de salida detectada a partir de la SMPS principal (120) está dentro de un intervalo normal, y,si la tensión de salida detectada a partir de la SMPS principal (120) no está dentro del intervalo normal: - interrumpir la SMPS principal (120),- hacer funcionar la SMPS auxiliar (130) en el primer modo, para suministrar energía solo al controlador (14) del inversor (10), o en el segundo o tercer modos, para suministrar energía al controlador (14) del inversor (10) y al circuito auxiliar (15) del inversor (10), y- transmitir información de disparo al controlador (14) del inversor (10).
- 2. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) según la reivindicación 1, en el que el controlador de la SMPS (140) está configurado para almacenar un historial de fallos de la SMPS principal en una memoria cuando la tensión de salida detectada no está dentro del intervalo normal.
- 3. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) según la reivindicación 1, en el que el nivel de tensión establecido es una tensión de funcionamiento de la SMPS principal (120) más una tensión de margen.
- 4. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) según la reivindicación 1, que comprende además un convertidor descendente (110) configurado para reducir la tensión de enlace de CC a partir del enlace de CC (12) del inversor (10) y generar la salida de tensión de enlace de CC convertida de manera descendente al controlador de la SMPS (140).
- 5. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) según la reivindicación 1, en el que la SMPS principal (120) y la SMPS auxiliar (130) están configuradas para suministrase mediante la tensión de enlace de c C a partir del enlace de CC (12) del inversor (10).
- 6. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) según la reivindicación 1, en el que el controlador de la SMPS (130) está configurado para realizar el primer modo en el que el controlador de la SMPS (140) está configurado para transmitir la información de disparo al controlador (14) del inversor (10) y la SMPS auxiliar (140) está configurada para suministrar energía solo al controlador (14) del inversor (10).
- 7. Dispositivo de fuente de alimentación de control (100) según la reivindicación 1, en el que el controlador de la SMPS (140) está configurado para realizar el segundo modo en el que el controlador de la SMPS (140) está configurado para transmitir la información de disparo al controlador (14) del inversor (10) y la SMPS auxiliar (130) está configurada para suministrar al controlador (14) del inversor (10) y al circuito auxiliar (15) del inversor (10) una energía mínima que incluye una energía del circuito de accionamiento de puertas para reiniciar el inversor (10) y una energía del circuito de E/S.
- 8. Dispositivo de control de fuente de alimentación (100) según la reivindicación 1, en el que el controlador de la SMPS (140) está configurado para realizar el tercer modo en el que el controlador de la SMPS (140) está configurado para transmitir la información de disparo al controlador (14) del inversor (10) y la SMPS auxiliar (130) está configurada para suministrar al controlador (14) del inversor (10) y al circuito auxiliar (15) del inversor (10) una tensión máxima que incluye una energía del accionamiento de puertas para reiniciar el inversor (10) y una energía del circuito de E/S, y energía para comunicaciones y control de ventiladores.
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