DE202018103283U1 - Device for saving electrical energy - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Einsparung von elektrischer Energie unter Ausnutzung der physikalischen Eigenschaften von Kondensatoren und der durch die Kondensatoren bewirkten Phasenverschiebung, angeordnet zwischen einer Stromquelle mit mindestens einer Phase und einem Nullleiter und einem Erdleiter und einem Verbraucher, zumindest aufweisend einen Shunt im Verlauf jeder Phase der Stromquelle, wobei jeder Shunt sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig mit dem Eingang eines Operationsverstärkers verbunden ist, wobei der Operationsverstärker einen Differenzspannungsverstärker umfasst und zudem mit dem Nullleiter und dem Erdleiter verbunden ist, wobei der Differenzspannungsverstärker in einem Bereich zwischen Verbraucher und Ausgang jedes Shunts mit der oder den Phasen verbunden ist und in jeder Verbindung zur Phase jeweils ein Unterbrechungsschalter angeordnet ist, wobei zwischen Unterbrechungsschalter und Differenzspannungsverstärker jeweils ein erster statischer Kondensator, der jeweils ausgangsseitig mit einem zweiten, stromgeregelten Kondensator verbunden ist, und jeder zweite, stromgeregelte Kondensator jeweils eine Verbindung mit dem Eingang eines Relaisbausteins, umfassend einen weiteren Schalter und einen Widerstand, aufweist, wobei jeder Relaisbaustein eine weitere Verbindung zu jeder Phase im Bereich zwischen Differenzspannungsverstärker und erstem statischen Kondensator aufweist, wobei die Relaisbausteine jeweils zusätzlich eingangsseitig und ausgangsseitig mit dem Differenzspannungsverstärker verbunden sind.Device for saving electrical energy by exploiting the physical properties of capacitors and the phase shift caused by the capacitors, arranged between a current source having at least one phase and a neutral and a ground conductor and a consumer, at least having a shunt in the course of each phase of the current source, wherein each shunt is connected both at the input and output to the input of an operational amplifier, the operational amplifier comprising a differential voltage amplifier and also connected to the neutral and ground, the differential voltage amplifier being in a range between the load and the output of each shunt or phases is connected and in each connection to the phase in each case a breaker switch is arranged, wherein between breaker switch and differential voltage amplifier in each case a first static capacitor, each a Output side is connected to a second, current-controlled capacitor, and each second, current-controlled capacitor in each case has a connection to the input of a relay module, comprising a further switch and a resistor, each relay module a further connection to each phase in the range between differential voltage amplifier and the first having static capacitor, wherein the relay modules are each additionally connected on the input side and output side to the differential voltage amplifier.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einsparung von elektrischer Energie während des Betriebes von elektrischen Verbrauchern.The invention relates to a device for saving electrical energy during the operation of electrical consumers.
Insbesondere aufgrund steigender Energiepreise sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art von ständig wachsender Bedeutung.Especially due to rising energy prices devices of the type mentioned are of ever growing importance.
Im Stand der Technik bekannte Geräte zum Einsparen von elektrischer Energie werden überwiegend durch das Anschalten und Abschalten von einzelnen Stromkreisen realisiert. Dies erfolgt beispielsweise über eine drahtlose Verbindung, beispielsweise eine WLAN-Verbindung mittels eines entsprechenden Steuergerätes wie insbesondere eine Smartphones oder Tablets und entsprechend ausgerüstete, per drahtloser Verbindung steuerbare Steckdosen und Geräte mit sequenzieller Abschaltung des Stromflusses.Devices known in the art for saving electrical energy are predominantly realized by switching on and switching off individual circuits. This takes place, for example, via a wireless connection, for example a WLAN connection by means of a corresponding control device such as, in particular, a smartphone or tablet and suitably equipped, controllable via wireless connection sockets and devices with sequential shutdown of the current flow.
Auch sind im Stand der Technik Netzgeräte bekannt, die über eine Absenkung der Netzspannung die Leistungsaufnahme des stromverbrauchenden Gerätes reduzieren und somit elektrische Energie einsparen.Also, in the prior art power supply units are known which reduce the power consumption of the power consuming device via a reduction of the mains voltage and thus save electrical energy.
Aufgrund des eingangs genannten Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die während des Betriebes selbst keine Energie verbraucht und mittels derer auf allen Phasen ohne Absenkung der Spannung der Energieverbrauch verringert ist, die dabei kostengünstig und einfach herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.Due to the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a device of the type mentioned, which consumes no energy during operation itself and by means of which the power consumption is reduced in all phases without lowering the voltage, thereby cost and easy to manufacture and has a long life.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Einsparung von elektrischer Energie unter Ausnutzung der physikalischen Eigenschaften von Kondensatoren und der durch die Kondensatoren bewirkten Phasenverschiebung, angeordnet zwischen einer Stromquelle mit mindestens einer Phase und einem Nullleiter und einem Erdleiter und einem Verbraucher, zumindest aufweisend einen Shunt im Verlauf jeder Phase der Stromquelle, wobei jeder Shunt sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig mit dem Eingang eines Operationsverstärkers verbunden ist, wobei der Operationsverstärker einen Differenzspannungsverstärker umfasst und zudem mit dem Nullleiter und dem Erdleiter verbunden ist, wobei der Differenzspannungsverstärker in einem Bereich zwischen Verbraucher und Ausgang jedes Shunts mit der oder den Phasen verbunden ist und in jeder Verbindung zur Phase jeweils ein Unterbrechungsschalter angeordnet ist, wobei zwischen Unterbrechungsschalter und Differenzspannungsverstärker jeweils ein erster statischer Kondensator, der jeweils ausgangsseitig mit einem zweiten, stromgeregelten Kondensator verbunden ist, und jeder zweite, stromgeregelte Kondensator jeweils eine Verbindung mit dem Eingang eines Relaisbausteins, umfassend einen weiteren Schalter und einen Widerstand, aufweist, wobei jeder Relaisbaustein eine weitere Verbindung zu jeder Phase im Bereich zwischen Differenzspannungsverstärker und erstem statischen Kondensator aufweist, wobei die Relaisbausteine jeweils zusätzlich eingangsseitig und ausgangsseitig mit dem Differenzspannungsverstärker verbunden sind, vor.To achieve this object, the invention proposes a device for saving electrical energy by exploiting the physical properties of capacitors and caused by the capacitors phase shift, arranged between a power source having at least one phase and a neutral conductor and a ground conductor and a consumer, at least one Shunt during each phase of the current source, each shunt is connected both the input side and the output side to the input of an operational amplifier, wherein the operational amplifier comprises a differential voltage amplifier and is also connected to the neutral conductor and the earth conductor, wherein the differential voltage amplifier in a range between consumer and Output of each shunt is connected to the one or more phases and in each connection to the phase in each case a breaker switch is arranged, wherein between breaker switch and differential voltage amplifier j In each case, a first static capacitor, which is each connected on the output side to a second, current-controlled capacitor, and each second, current-controlled capacitor in each case has a connection to the input of a relay module comprising a further switch and a resistor, wherein each relay module to another connection each phase in the region between the differential voltage amplifier and the first static capacitor, wherein the relay modules are each additionally connected on the input side and output side to the differential voltage amplifier before.
Eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei Netzen mit einer Phase als auch bei Netzen mit mehreren, insbesondere drei Phasen verwendet werden. Die Vorrichtung wird dabei in dem Stromfluss zwischen Stromquelle und Stromverbraucher angeordnet und verbraucht selbst keine Energie. Die Einsparung von elektrischer Energie seitens des Verbrauchers erfolgt dabei ohne Absenkung der Spannung.Such a device according to the invention can be used both in networks with one phase and in networks with several, in particular three phases. The device is arranged in the current flow between the power source and the power consumer and consumes no energy itself. The saving of electrical energy by the consumer takes place without lowering the voltage.
Durch die Shunts wird eine Differenzspannung erzeugt, die den Eingang eines Operationsverstärkers, der einen Differenzspannungsverstärker umfasst, steuert. Zudem werden am Ausgang des Operationsverstärkers mit Differenzspannungsverstärker Relaisbausteine proportional zu den Phasenströmen mit den dahinter geschalteten Kondensatoren eingeschaltet oder ausgeschaltet. Die zusätzliche Kondensatorgruppe dient zur Abdeckung der permanenten Grundlast im Verbrauchernetz. Hierdurch ist der Stromverbrauch des angeschlossenen Verbrauchers reduziert.The shunts generate a differential voltage that controls the input of an operational amplifier that includes a differential voltage amplifier. In addition, relay modules are switched on or off proportional to the phase currents with the capacitors behind it at the output of the operational amplifier with differential voltage amplifier. The additional capacitor group serves to cover the permanent base load in the consumer network. As a result, the power consumption of the connected consumer is reduced.
Zur Erzielung des Wirkprinzips zur Stromeinsparung werden die Wechselstromeigenschaften von Kondensatoren bei sinusförmiger Spannung genutzt. Jeder Kondensator erzeugt beim Anlegen einer Spannung einen um 90 Grad voreilenden Strom. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz wiederholt sich dieser Zyklus alle 20 Millisekunden. Gleichzeitig wird hierbei Leistung in das Netz zurückgespeist. Diese Eigenschaften eines Kondensators können mit einer verbrauchsabhängigen Stromsteuerung optimiert werden, um Energiekosten beziehungsweise den Energieverbrauch und die dadurch entstehenden Energiekosten zu senken. Mittels der adaptiven Stromsteuerung, welche aus dem Operationsverstärker mit Differenzspannungsverstärker gebildet ist, werden redundante Kapazitäten im Stromleitungsnetz vermieden und Strom eingespart.To achieve the principle of current saving, the AC characteristics of capacitors are used for sinusoidal voltage. Each capacitor generates a current by 90 degrees when a voltage is applied. At a line frequency of 50 Hertz, this cycle repeats every 20 milliseconds. At the same time, power is fed back into the grid. These properties of a capacitor can be optimized with a consumption-dependent current control to reduce energy costs or energy consumption and the resulting energy costs. By means of the adaptive current control, which is formed from the operational amplifier with differential voltage amplifier, redundant capacitances in the power line network are avoided and power is saved.
Eine optimale Lage der Vorrichtung befindet sich im Netz möglichst nah an der Hauptverteilung oder Unterverteilung, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht ist. Zudem sind ohmsche Wirkverluste durch lange Leitungswege verringert oder nahezu auszuschließen, indem die erfindungsgemäße Vorrichtung möglichst nahe an dieser Hauptverteilung oder Unterverteilung angeordnet ist.An optimal position of the device is in the network as close as possible to the main distribution or sub-distribution, whereby the efficiency of the device is increased. In addition, ohmic losses due to long conduction paths are reduced or almost eliminated by the inventive Device is arranged as close as possible to this main distribution or sub-distribution.
Insbesondere kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Shunts durch Messwandler ersetzt sind, die jeweils ein Differenzstromsignal erzeugen.In particular, it may be particularly preferred that the shunts are replaced by transducers which each generate a differential current signal.
Hierbei ist jeweils anstelle eines Shunts je ein Messwandler eingesetzt, der ein Differenzstromsignal erzeugt. Der oder die Operationsverstärker werden in diesem Fall für eine Signalverstärkung einer Stromdifferenz verwendet beziehungsweise ausgelegt.In each case a measuring transducer is used instead of a shunt, which generates a differential current signal. The one or more operational amplifiers are used or designed in this case for a signal amplification of a current difference.
Schließlich kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Vorrichtung stromeingangsseitig einen Netzstecker und stromausgangsseitig eine Netzsteckdose aufweist.Finally, it can be particularly preferably provided that the device has a power plug on the power input side and a power outlet on the power output side.
Hierdurch kann die Vorrichtung zur Einsparung von elektrischer Energie auf schnelle und besonders einfache Art und Weise, quasi als Zwischenstecker, verwendet werden, um nahezu beliebigen Stromverbrauchern eine Stromeinsparung bei gleichzeitig uneingeschränkter Funktion zu ermöglichen.As a result, the device for saving electrical energy in a fast and very simple manner, as a kind of intermediate plug, can be used to enable virtually any power consumers a power saving while still having unlimited function.
Der Netzstecker und die Netzsteckdose können dabei den jeweiligen Bedingungen, das heißt bei Verwendung von Stromverbrauchern mit nur einer Phase oder mit beispielsweise drei Phasen ausgelegt sein.The power plug and the power outlet can be designed for the respective conditions, that is, when using power consumers with only one phase or with, for example, three phases.
Elektronische Schaltnetzteile in Computern, Fernsehgeräten, Batterieladegeräten, Phasenanschnittsteuerungen, Energiesparlampen, Wechselrichtern (erneuerbare Energien) können durch ihr Rückspeiseverhalten im Netz Oberschwingungen verursachen.Electronic switching power supplies in computers, televisions, battery chargers, phase control, energy saving lamps, inverters (renewable energy) can cause harmonics through their feedback behavior in the network.
Oberschwingungen verlaufen nicht 120° versetzt mit der Sinuswelle im Drehstromnetz, sondern befinden sich oft zwischen den Sinusamplituden. Dieser Zustand führt zu einer kritischen Addition von Strömen und Spannungen was zusätzlich die 3 Außenleiter und den Neutralleiter belastet. Auch nur transient vorhandene Oberwellen können schwere Schäden und Störungen an Geräten und Bauteilen verursachen.Harmonics are not 120 ° offset with the sine wave in the three-phase network, but are often located between the sine wave amplitudes. This state leads to a critical addition of currents and voltages which additionally loads the 3 outer conductors and the neutral conductor. Even transient harmonics can cause serious damage and equipment and component malfunction.
Oberschwingungsfilter sollten für Frequenzen der 3. Ordnung 150 Hz, der 5. Ordnung 250 Hz und der 7. Ordnung 350 Hz ausgelegt werden. Die Filter können, je nach Leistung und Einsatzbedingungen, aktiv (geregelt) oder passiv (ungeregelt) ausgelegt werden.Harmonic filters should be designed for 3rd order frequencies 150 Hz, 5th order 250 Hz and 7th order 350 Hz. Depending on the power and operating conditions, the filters can be designed to be active (regulated) or passive (unregulated).
Die Anzahl der Verbraucher, die Oberschwingungen in das Netz abgeben, wird in Zukunft durch den ständigen Ausbau von erneuerbaren Energien weiter zunehmen.The number of consumers who deliver harmonics to the grid will continue to increase in future as a result of the constant expansion of renewable energies.
Eine Wirkweise der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und im Folgenden beschrieben.An effect of the invention is shown in the figures and described below.
Es zeigt:
-
1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einsparung von elektrischer Energie; -
2 eine grafische Darstellung der Phasernverschiebung, des Spannungsverlaufes und des Stromverlaufes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
1 a circuit diagram of an inventive device for saving electrical energy; -
2 a graphical representation of the Phaserverschiebung, the voltage curve and the current waveform of a device according to the invention.
In
Im Schaltplan sind die Shunts mit den Bezugszeichen
Eine gemäß dem Schaltplan dargestellte Vorrichtung kann auf einfache Art und Weise, beispielsweise in Form eines Zwischensteckers in die Stromzuführung eines elektrischen Verbrauchers eingeschaltet werden und dient dabei zur Reduzierung des Stromverbrauchers des Verbrauchers ohne diesen in seiner Leistung einzuschränken.A device shown in the circuit diagram can be turned on in a simple manner, for example in the form of an intermediate plug in the power supply of an electrical load and thereby serves to reduce the power consumption of the consumer without this limit in its performance.
In
Dabei eilt der Strom Cosinus (x) der Spannung Sinus (x), um den Wert π : 2 voraus. Das sind 90 Grad der kreisfrequenzkonstanten 2 x π = 6,28. Sobald die Spannung auf der X-Achse beim Nullpunkt π angekommen ist, hat der Strom im negativen Feld seine höchste Amplitude erreicht. Sobald die Spannung bei dem Punkt 2 π = Null ist, steigt der Strom auf seinen größten positiven Wert. Somit steigt der Ladestrom des Kondensators auf der Koordinate X zwischen den Punkten Π : 2 bis Π negativ und zwischen den Punkten
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.The invention is not limited to the embodiment, but in the context of the disclosure often variable.
Alle in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.All disclosed in the description and / or drawing single and combination features are considered essential to the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Shuntshunt
- 22
- SchalerPeeler
- 33
- Sicherungfuse
- 44
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 55
- Relaisbausteinrelay module
- 66
- Kondensatoren, statischCapacitors, static
- 77
- Kondensatoren, stromgeregelt; dynamischCapacitors, current-controlled; dynamic
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202018103283.6U DE202018103283U1 (en) | 2018-06-12 | 2018-06-12 | Device for saving electrical energy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE202018103283.6U DE202018103283U1 (en) | 2018-06-12 | 2018-06-12 | Device for saving electrical energy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE202018103283U1 true DE202018103283U1 (en) | 2018-06-22 |
Family
ID=62843295
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE202018103283.6U Active DE202018103283U1 (en) | 2018-06-12 | 2018-06-12 | Device for saving electrical energy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202018103283U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11203970B2 (en) | 2018-09-21 | 2021-12-21 | Borgwarner Inc. | Wastegate assembly |
-
2018
- 2018-06-12 DE DE202018103283.6U patent/DE202018103283U1/en active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11203970B2 (en) | 2018-09-21 | 2021-12-21 | Borgwarner Inc. | Wastegate assembly |
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Legal Events
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |