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Vorschaltgerät zur Einsparung von Elektroenergie
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Die bekannten Möglichkeiten der Einsparung von Elektroenergie, die
dem Benutzer von am Niederspannungsnetz betriebenen Verbrau= chern zur Verfügung
stehen, erschöpfen sich im wesentlichen in folgenden Maßnahmen: Art der Einstellung
oder Wahl einer möglichst kurzen Einschaltdauer z.B. bei Leuchten, Heizgeräten oder
elektro= nischen Geräten; Wahl eines energiesparenden Betriebsprogranrns z.B.
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bei Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen, Wahl eines kühlen,
gut belüfteten Aufstellungsortes z.B. bei Kühl-und Gefriergeräten.
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Während diese Maßnahmen auf die Einsparung von Elektroenergie primär
abzielen, ist die Energieeinsparung bei Absenken der Lichtleistung von Glühlampen
durch Einschalten eines Dimners ein Sekundäreffekt, da der Benutzer eines solchen
Gerätes in erster Linie die stufen= lose Einstellung einer bestimmten Raumhelligkeit
anstrebt.
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Zwar ist es möglich, einen Dimmer auch zur Energieeinsparung ein=
zelner Arten von Verbrauchern einzusetzen, eine universelle An= wendbarkeit scheitert
aber daran, daß das Funktionsprinzip auf einer Phasenanschnittsteuerung der Netzspannung
beruht, die bei induktiven oder ohmsch-induktiven Verbrauchern erhebliche Ver= luste
durch Oberwellen hervorruft. Abgesehen davon stören die Oberwellen den Betrieb benachbarter
Funkempfangsgeräte, so daß auch unter diesem Gesichtspunkt eine breite Anwendung
ausge= schlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät zur Einsparung
von Elektroenergie bei am Niederspannungsnetz betrie= benen Verbrauchern zu schaffen,
das universell für alle Arten von Verbrauchern einsetzbar ist und bei induktiven
oder ohmsch-induk= tiven Stromverbrauchern neben einer Verminderung der Verlustleistung
auch eine Erhöhung des Wirkungsgrades ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst.
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Die Erfindung nutzt dabei die überraschende Erkenntnis, daß trotz
der nominellen Übereinstimmung der Nennspannungen des 220V-Nieder= spannungsnetzes
auf der einen Seite und der Typenschildangabe der Verbraucher auf der anderen Seite
eine Fehlanpassung der tatsäch= lichen Betriebswerte vorliegt. Diese Fehlanpassung
besteht darin, daß die Spannung des Niederspannungsnetzes etwa zwischen 3 und 5%
oberhalb des Nennwertes liegt und die Verbraucher so ausgelegt sind, daß sie auch
bei einer 10 bis 15 % unter Nennspannung lie= genden, aber in der Praxis gar nicht
vorkommenden Netzspzr.lung einwandfrei arbeiten würden. Daher führt die Fehlanpassung
zu einem Mehrverbrauch an elektrischer Energie unter den praxis üblichen Betriebsbedingungen.
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Indem durch den Kleintransformator des Vorschaltgerätes eine Gegenspannung
erzeugt wird, die vorzugsweise dem Wert der Fehlanpassung zwischen der Netzspannung
und der von den Ver= brauchern benötigten Mindestspannung entspricht, läßt sich
die nicht benötigte Überspannung in nahezu verlustloser Weise abbauen.
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Da die Leistung des Kleintransformators lediglich nach dem Pro= dukt
aus der Stromaufnahme des angeschlossenen Verbrauchers multipliziert mit dem Spannungswert
der Fehlanpassung, d.h. dem Wert der einzusparenden Leistung statt der Gesamtleistung
des Verbrauchers, bemessen sein muß, ist der vom Kleintransformator aufgenommene
Ruhestrom so gering, daß er die mit der Erfindung erzielte Verminderung der Verlustleistung
und Verbesserung des Wirkungsgrades nur unwesentlich schmälert.
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Außerdem wird durch die Erfindung die sinusförmige Kurvenform der
Netzspannung aufrechterhalten, so daß schädliche Einflüsse durch Oberwellen nicht
auftreten können.
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Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes in Verbindung mit
einem ohmsch-induktiven Verbraucher, wie einem elektronischen Gerät mit geräteeigenem
Netztransformator und geregeltem Netzteil, vermindern sich die sog. Kupfer- und
Eisenverluste im geräteeige= nen Netztransformator und die Wärmeverluste im Längstransistor
des geregelten Netzteils durch Verminderung der von dem Längstransistor abzubauenden
Überspannung.
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Tn ;ihnliclx3r Weise vermindern sich die sog. Kupfer- und Eisenver=
luste bei einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchron= oder Synchronmaschine.
Handelt es sich hierbei um die elektrische Maschine zum Antrieb des Kompressors
eines Kühl- oder Gefriergerä= tes, so wird durch die Verminderung der Verlustwärme
die Umgebung des Gerätes weniger stark aufgeheizt. Dadurch tritt ein geringerer
Bedarf an Kühlleistung als weitere Komponente zur Energieeinsparung hinzu.
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Indessen wird die vom Verbraucher abgegebene Nutzleistung durch den
Einsatz des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes nicht vermindert.
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Im Ergebnis wird auf diese Weise eine Verbesserung des energeti= schen
Wirkungsgrades erzielt.
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Die Erfindung führt in vorteilhafter Weise auch zu einer Verminde=
rung der thermischen Alterung belasteter Bauteile des Verbrauchers, so daß mit einer
höheren Betriebssicherheit und längeren Lebens= dauer zu rechnen ist.
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Außerdem ermöglicht die Erfindung einen Betrieb des angeschlos= senen
Verbrauchers ohne Eingriffe in denselben und ohne änderung des Benutzerverhaltens.
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Eine Bedienung oder Wartung des Vorschaltgerätes ist nicht erfor=
derlich. Durch die Verwendbarkeit eines Kleintransformators ist außerdem der Raumbedarf
nur gering.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt das erfindungs= gemäße
Vorschaltgerät ein Gehäuse, in dem ein Netzstecker und eine Steckdose ausgebildet
ist. Diese Ausführung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung, die gerade im
Hinblick auf den Ein satzzweck im Haushalt und die schnelle Amortisation der für
den Kauf aufzuwendenden Kosten durch die mit der Energieeinsparung erwirtschafteten
Kosten von Bedeutung ist.
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Schließlich wird auch die Handhabung erleichtert, so daß dem Laien
die Verwendung des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes ohne fachkundige Einweisung
möglich ist. Dieser Gesichtspunkt ist im Falle des Einsatzes des Vorschaltgerätes
an wechselnden Stellen wichtig, damit die Benutnmg nicht aus Bequemlichkeit unterbleibt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
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Das in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingebaute Vorschaltge= rät
1 umfaßt einen Kleintransformator 2 mit einer Primärwick= lung 3 und einer Sekundärwicklung
4. Die Primärwicklung 3 ist auf eine Nennspannung von 220V ausgelegt und über eine
Siche= rung 15 mit einem ersten Paar Anschlußklemmen 5,6 verbunden, die vorzugsweise
durch die Stifte eines gehäuseseitigen Schuko-Steckers gebildet sind. Die Anschlußklemmen
5,6 sind mit An= schlußklemmen 7,8 einer Schuko-Steckdose des Niederspannungs= netzes
9 verbindbar. Die Sekundärwicklung 4 ist auf den Spann nungswert der Fehlanpassung
zwischen der tatsächlichen orts= üblichen Netzspannung und der 1X1indestspannung
des Verbrauchers bemessen. Es hat sich gezeigt, daß ein Richtwert von etwa 20V die
universelle Anwendbarkeit der Erfindung sichert.
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Dies schließt natürlich nicht aus, daß auch in vielen Fällen bei einer
Absenkung der Netzspannung um 40V ebenso eine ein= wandfreie Funktion des Verbrauchers
gegeben ist, was dann gegenüber einer Bemessung von 20V eine weitergehende Einspa=
rung von Elektroenergie bedeutet.
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Die Stromstärke der Sekundärwicklung 4 ist nach dem Strombedarf des
Verbrauchers ausgelegt. Bei Einsatz mit einem Kühl-Gefrier= gerät als Verbraucher
ist z.B. eine Stromstärke von 1A ausrei= chend. Ein Anschluß der Sekundärwicklung
4 ist mit einem Anschluß der Primärwicklung 3 über die Sicherung 15 an die Anschlußklemme
5 geführt und der andere Anschluß direkt mit der Anschlußklemme 10 verbunden. Die
weitere Anschlußklemme 11 ist mit der Anschluß= klemme 6 durchverbunden. Die Anschlußklemmen
10,11 werden vor= zugsweise durch die Buchsen einer gehäuseeigenen Schuko-Steck=
dose gebildet und sind mit den Anschlußklemmen 12,13 des Schuko-Steckers eines Wechselstromverbrauchers
14 verbindbar.
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Die Sekundärwicklung 4 ist gegenphasig zur Primärwicklung 3 ge= schaltet,
so daß bei Anlegen der Netzspannung an die Anschluß= klemnen 5,6 eine um die Spannung
der Sekundärwicklung 4 vermin= derte Spannung an den Anschlußklemmen 10,11 abgreifbar
ist.
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Eine Meßreihe des Verbrauchs eines handelsüblichen Kühl-Gefrier= gerätes
mit und ohne Vorschaltgerät ergab stets folgende Werte in 24 Stunden: Gerät ohne
Vorschaltgerät ........................... 1,84kWh/24h Gerät mit Vorschaltgerät
(20V Spannungsabsenkung).... 1,73kWh/24h Gerät mit Vorschaltgerät (40V Spannungsabsenkung)....
1,64kWh/24h.
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Die Funktion des Kühl- Gefriergerätes wurde nicht beeinträchtigt,
d.h. es wurde in allen praxisüblichen Gebrauchssituationen die gleiche Tieftemperatur
von -18 Grad C mit der gleichen Thermostat hysterese eingehalten.
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Ein Kontrollversuch mit einem Dimmer erbrachte weder bei einer Spannungs
absenkung des Effektivwertes um 20V noch um 40V eine Energieeinsparung.