ES2242593T3 - Una unidad de alumbrado de emergencia, un dispositivo que comprende dicha unidad, y un procedimiento de control para los mismos. - Google Patents
Una unidad de alumbrado de emergencia, un dispositivo que comprende dicha unidad, y un procedimiento de control para los mismos.Info
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Abstract
Una unidad de alumbrado de emergencia, que comprende: - una conexión para una batería (5), - un inversor (9) para alimentar de dicha batería (5), en condiciones de emergencia, una lámpara (L) conectable a dicha unidad, - un circuito de control para controlar la corriente suministrada por la batería al inversor (9), caracterizada porque el circuito de control comprende un equipo de medida (81, 83) destinado a medir la corriente suministrada por la batería al inversor (9); medios de comparación (85, 87, 89) que comparan el valor medido por el equipo de medida con un valor que puede escogerse, a fin de generar una señal de control (C8); un dispositivo (47) para regular la corriente suministrada por la batería al inversor según sea la señal de control, de manera que dicha corriente se mantiene a un valor predeterminado (Imax) independientemente de las características de la lámpara (L) conectada al inversor.
Description
Una unidad de alumbrado de emergencia, un
dispositivo que comprende dicha unidad, y un procedimiento de
control para los mismos.
La presente invención se refiere a un equipo de
alumbrado de emergencia o a dispositivos del tipo que contiene una
unidad de emergencia capaz de proporcionar una alimentación
independiente a una lámpara o tubo fluorescente si falla la
alimentación principal.
La invención se refiere más particularmente a una
unidad de emergencia para ese tipo de equipo o dispositivo.
La invención se refiere también a un
procedimiento para controlar dispositivos y unidades de emergencia
del tipo antes mencionado.
En la actualidad hay disponibles dispositivos de
alumbrado de emergencia del tipo que comprende un reactor que
alimenta por lo menos una lámpara, una batería de emergencia y una
unidad de emergencia. La unidad de emergencia comprende un
cargador de baterías, un circuito de control y un inversor para
alimentar la lámpara en condiciones de emergencia, en otras
palabras, en ausencia de corriente eléctrica. En estado de
emergencia, la alimentación es suministrada por la batería, que se
mantiene cargada por el cargador de batería durante el
funcionamiento normal.
En
USA-A-3.833.817 se describe un
ejemplo de una tal unidad de alumbrado de emergencia.
EP-a-0.364.371 describe una unidad
de emergencia con un dispositivo especial para controlar la carga de
la batería. Otros ejemplos de unidades de alumbrado de emergencia
conocidos se describen en
USA-A-4.988.889 y
USA-A-4.158.792. La nota
XP-001051082 de Unitrode Design describe el uso de
cierta familia de activadores de lámparas resonantes en
aplicaciones de lámparas flotantes.
Estos dispositivos deben cumplir con requisitos
específicos establecidos por disposiciones en vigor en diversos
países, principalmente referidos al tiempo de reserva del
dispositivo en condiciones de emergencia, en otras palabras, la
mínima duración garantizada de funcionamiento en condiciones de
emergencia. Cuando se han especificado la capacidad de la batería y
el mínimo tiempo de reserva, se determina la corriente que la
batería puede suministrar a la lámpara. Por ejemplo, con objeto de
garantizar un tiempo de reserva de 3 horas cuando se emplea una
batería de níquel-cadmio de 4 Ah, la máxima
corriente de descarga, en otras palabras, la corriente que la
batería puede suministrar a la lámpara durante el funcionamiento en
condiciones de emergencia, es de 0,8 A. Para un tiempo de reserva
de 1 hora, la máxima corriente de descarga es de 2,4 A. Estos
valores permiten también el agotamiento del tiempo extra de las
baterías y la consiguiente reducción de su capacidad.
La corriente absorbida por la lámpara asociada al
dispositivo depende de la potencia de la lámpara. En consecuencia,
los dispositivos convencionales se diseñan de manera que absorban
la máxima corriente permisible (determinada, como se ha indicado
antes, por la capacidad de la batería y el tiempo de reserva mínimo
que se ha de garantizar) cuando la lámpara que tiene la máxima
potencia se aplica al dispositivo. Por consiguiente, las lámparas
cuya potencia supera el límite de diseño para un dispositivo dado
no pueden ser alimentadas por el dispositivo. Además, la corriente
absorbida por el dispositivo y después aplicada a la lámpara en
estado de emergencia no es siempre la magnitud máxima determinada
por la vida de la batería. Este será el caso sólo para la lámpara
de la potencia más alta para la cual se haya diseñado el
dispositivo. Para otras lámparas, la corriente suministrada por la
batería será inferior y por consiguiente el flujo luminoso en
condiciones de emergencia será inferior al que podría obtenerse
mientras aún se mantuviera el mínimo tiempo de reserva
garantizado.
La figura A muestra esquemáticamente un inversor
auto-oscilante de una unidad de tipo convencional
para alimentar la lámpara. La letra A indica el inversor de manera
general, B indica los dos interruptores controlados, C indica el
circuito de control de los interruptores B, y Vbat indica la
tensión de la batería.
Por lo tanto, es preciso proporcionar un mayor
número de dispositivos de emergencia para obtener el nivel mínimo
de iluminación requerido por las disposiciones.
Si se define el BLF (factor luminoso del reactor)
como
BLF =
\frac{\text{(flujo luminoso de emergencia)}}{\text{(flujo luminoso
en funcionamiento normal)}} x
100
un determinado dispositivo de
emergencia proporcionará el BLF máximo posible sólo con la lámpara
de mayor potencia para la cual se diseñó el dispositivo. Las
lámparas de una menor potencia funcionarán, en condiciones de
emergencia, con un BLF por debajo del valor
óptimo.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo de alumbrado de emergencia y una unidad
de emergencia del tipo antedicho que no tenga aquellos
inconvenientes. Más concretamente, el objeto de la invención es
presentar un dispositivo que optimice el BLF para cada lámpara
utilizada.
\newpage
Estos y otros objetos y ventajas que se pondrán
de manifiesto para una persona experta en la materia por el
siguiente texto se consiguen esencialmente con una unidad de
alumbrado de emergencia que comprende
- una conexión para una batería,
- un inversor para alimentar, en condiciones de
emergencia y por medio de la batería, una lámpara conectable a la
citada unidad,
- un circuito para controlar la corriente
suministrada por la batería al inversor, que mantiene dicha
corriente a un valor predeterminado conectada al inversor.
Esencialmente, cuando la corriente absorbida de
batería se controla de manera que se mantiene constante cuando se
cambia la lámpara usada y se mantiene igual al máximo valor
permisible según el tiempo de reserva del dispositivo, el flujo
luminoso de emergencia se maximiza, independientemente de la lámpara
usada.
En una realización práctica, el circuito de
control de la unidad de emergencia comprende:
- un sistema para medir la corriente suministrada
de la batería al inversor (corriente de descarga);
- medios de comparación que comparan el valor
medido por el sistema de medición con un valor que puede escogerse
para generar una señal de control;
- un dispositivo para regular la corriente
suministrada de la batería al inversor de acuerdo con la señal de
control.
En una realización particularmente eficiente, el
dispositivo regulador comprende un interruptor controlado, por
ejemplo, un MOSFET, y la señal de control acciona dicho interruptor
controlado, haciendo que éste se abra y se cierre de tal manera que
mantenga la corriente de descarga media en el valor deseado. Para
asegurar una corriente esencialmente continua en la entrada de la
alimentación, se disponen ventajosamente medios para mantener un
suministro de corriente al inversor durante los intervalos de
apertura del interruptor controlado. Para este objeto se emplea una
inductancia y un diodo.
El inversor para su uso en la unidad de
emergencia puede ser un inversor en contrafase y más especialmente
un inversor del tipo en contrafase de fuente de corriente con
resonancia en paralelo.
El inversor se asocia con un circuito
sincronizador para generar una señal de control del inversor a una
frecuencia igual a la frecuencia de resonancia del inversor,
independientemente de la lámpara alimentada por el inversor, de tal
modo que el inversor se conmute a una tensión y corriente cero. Para
reducir el consumo de corriente y los costes del circuito
sincronizador, ese circuito puede hacerse ventajosamente con una
configuración de puertas lógicas que genere una señal de
sincronización digital a partir de una señal de entrada adecuada,
por ejemplo, la tensión de colector de un transistor cuya
conmutación esté controlada por una señal sincronizada con la
tensión del inversor.
El circuito de sincronización puede también
equiparse con medios que impidan el funcionamiento del inversor
cuando su frecuencia resonante comienza a partir de un intervalo de
frecuencias predeterminado. A este fin, es posible disponer dos
osciladores que tengan frecuencias iguales al máximo y al mínimo
permisibles para la frecuencia de resonancia del inversor.
El circuito sincronizador puede también aportar
ventajas si se utiliza en otras aplicaciones, por ejemplo, en
inversores que no estén acoplados en unidades de emergencia.
La invención se refiere asimismo a un dispositivo
de alumbrado de emergencia que comprende, en combinación, una
conexión a una línea de alimentación, un reactor para alimentar por
lo menos una lámpara de descarga a partir de la tensión suministrada
por dicha línea, y una unidad de emergencia como se ha descrito más
arriba.
La invención se refiere igualmente a un
procedimiento para alimentar una lámpara de descarga en condiciones
de emergencia por medio de una batería de emergencia, en el que la
lámpara se alimenta de la batería través de un inversor,
caracterizado porque se mide el valor de la corriente suministrada
por la batería y se controlan las condiciones de alimentación de
energía del inversor manteniendo la corriente suministrada a un
valor medio que es esencialmente igual a un valor máximo que se
determina por la capacidad de la batería y al cual la batería
proporciona un periodo predeterminado de tiempo de funcionamiento en
emergencia.
En las reivindicaciones adjuntas se indican otras
características y realizaciones ventajosas de la invención.
Las ventajas que se obtienen con la unidad de
emergencia y con el dispositivo según la invención son numerosas. En
primer lugar, el dispositivo de alumbrado de emergencia alimenta la
lámpara con una potencia constante que es independiente del modelo y
la potencia de la lámpara utilizada. Esa potencia es igual (si se
descuentan las pérdidas despreciables debidas al consumo de potencia
del dispositivo y del circuito de control de corriente en
particular) al valor máximo obtenible de la batería usada para
garantizar el tiempo de reserva deseado. Esto permite que el BLF se
optimice para una batería dada y para cada lámpara.
La optimización del BLF hace posible especificar,
en la fase de diseño, el uso de un menor número de luces de techo
dispuestas con la unidad de emergencia. La ganancia en términos de
tanto por ciento de BLF para lámparas T5 de 35 W se ha visto que es,
por ejemplo, más del 40% en comparación con los dispositivos
convencionales. Por consiguiente, si, en un ambiente dado, se
precisan diez lámparas T5 de 35 W por las unidades de emergencia
convencionales para proporcionar el nivel de iluminación requerido
por las normas vigentes, si se hace uso de la unidad según la
invención sólo se precisarán seis lámparas, lo cual aumenta el BLF
en un 40%.
Además, la unidad de emergencia según la
invención hace posible usar diferentes lámparas fluorescentes, por
ejemplo, tipos T5, T8, TC-DD,
TC-D/E, TC-L, TC-F,
TC-S/E y T-R, con un solo tipo de
dispositivo.
También es posible escoger la vida de la batería
en el momento de la instalación, por un ajuste externo del puente de
conexión, interruptor o tipo equivalente. Esto es porque, como
quedará claro por la descripción que sigue, la corriente de
alimentación de la lámpara en condiciones de emergencia se controla
en comparación con una señal de referencia. El valor de esa señal se
puede fijar de tal manera que el dispositivo mantenga la corriente
suministrada por la batería a un valor que proporciona el deseado
tiempo de reserva de 1 hora o 3 horas (u otro valor adecuado).
La invención se comprenderá más claramente por la
descripción y los dibujos adjuntos, que muestran un ejemplo práctico
y no limitativo de la invención. En los dibujos:
La figura 1 es un diagrama de bloques del
dispositivo de alumbrado.
La figura 2 es un diagrama de bloques de la
unidad de emergencia.
Las figuras 3A y 3B son diagramas de circuito del
inversor, el circuito sincronizador para las señales de control del
inversor, y el circuito de control para la corriente de descarga de
la batería.
Las figuras 3C y 3D muestran detalles de
realizaciones modificadas del circuito de la figura 3D.
La figura 4 muestra la variación de la tensión en
el punto medio del transformador del inversor de alimentación.
Las figuras 5 y 6 muestran la variación de la
forma de onda en el circuito de sincronización.
La figura 7 muestra la señal en las salidas del
circuito biestable de control de los interruptores del inversor en
función de la señal de reloj.
La figura 8 muestra la variación de la forma de
onda en el circuito de control de la corriente.
La figura 9 es un diagrama de circuito de un
cargador de baterías.
La figura 10 muestra la variación de la corriente
de carga para un tipo de batería que puede usarse con el dispositivo
de emergencia, y
La figura 11 es un diagrama de circuito para
reconocer la tensión de la batería y fijar la subtensión.
La figura 1 es un diagrama de bloques del
dispositivo. Éste comprende una unidad de emergencia 1, un reactor 3
para alimentar la lámpara fluorescente L en condiciones normales de
alimentación, en otras palabras: cuando la energía es suministrada
de la red, y una batería 5 para la alimentación en condiciones de
emergencia, conectable a la unidad 1.
La conmutación de la alimentación por la red a la
alimentación de emergencia tiene lugar de manera conocida y las
partes correspondientes no se han representado aquí.
La unidad de emergencia 1 comprende un cargador
de baterías 7 capaz de cargar la batería 5 cuando está presente la
energía de la red, en otras palabras: en condiciones normales de
funcionamiento. También comprende un inversor 9 capaz de alimentar
la lámpara L con la corriente tomada de la batería 5 cuando la
energía de la red está ausente, y un circuito de control 11 que
sirve para mantener la corriente absorbida igual al máximo valor
(Imax) compatible con el tiempo de reserva del dispositivo en
condiciones de funcionamiento de emergencia, independientemente del
tipo de lámpara L conectada al inversor 9.
La potencia suministrada por la batería en
condiciones de funcionamiento de emergencia es igual a
P =
V*I
donde V es la tensión de la batería
e I es la corriente suministrada. Esencialmente, el circuito de
control actúa de tal manera que la corriente I suministrada por la
batería es siempre igual a Imax, en otras palabras: a la máxima
corriente que puede suministrarse para conseguir el tiempo de
reserva garantizado del dispositivo de
emergencia.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques del
circuito de control de la corriente e inversor para alimentar la
lámpara L en condiciones de emergencia. En este caso también, el
número 5 indica la batería, 9 indica el inversor, 9A indica el
circuito de sincronización para sincronizar la señal de control de
los interruptores controlados del inversor y 11 indica el circuito
de control de la corriente. Como se describe con mayor detalle a
continuación con referencia a un ejemplo de una realización del
circuito, el circuito de control 11 mide la corriente suministrada
por la batería 5 al inversor 9, en otras palabras: la corriente de
descarga de la batería, y genera una señal de realimentación que
produce la apertura y el cierre de un interruptor controlado 47
para mantener el valor medio de la corriente de alimentación del
inversor igual al valor máximo Imax para el cual se garantiza el
mínimo tiempo de reserva de la batería
5.
5.
En las figuras 3A y 3B se ilustra una solución en
forma de circuito para la construcción de los bloques 9, 9A y 11.
Aquí el marco de líneas de trazos indicado con el número 21
encierra los componentes que forman el inversor y el circuito de
control de sincronización que produce la apertura y el cierre de
los interruptores controlados del inversor. 23A y 23B indican dos
bloques que juntos forman el circuito de control de la corriente de
alimentación en condiciones de emergencia, y L indica la lámpara
fluorescente, que es este diagrama se representa como un grupo de
tres resistencias Rf, Rl y Rf, que representan las resistencias de
los dos filamentos y la resistencia interna de la lámpara. También
aquí, 5 indica la batería de alimentación. Las letras A, B, C
indican los puntos de conexión entre las partes de circuito
representadas en las figuras 3A y 3B.
Más concretamente, el inversor comprende un par
de MOSFETs u otros interruptores electrónicos controlados 31, 33 en
montaje de semipuente, en paralelo con los cuales van montados un
condensador 35 y el devanado primario 37 de un transformador con una
toma central unida al circuito de la carga, indicándose el
secundario de ese transformador con 39. Los números 41 y 42 indican
tres condensadores del circuito de carga que también comprende la
inductancia 40 y las resistencias Rf, Rl, Rf que representan la
lámpara L.
El inversor se conecta a la batería 5 a través de
una inductancia 45. La configuración descrita hasta este punto es
conocida y se llama un inversor de resonancia paralelo en
contrafase de fuente de corriente (CS-PPRI).
Cuando falla la tensión de la red, la lámpara L
es alimentada por el inversor al cual se suministra energía de la
batería 5 mediante el interruptor controlado 47 en serie con la
inductancia 45. El interruptor controlado 47 se abre y cierra por el
circuito de control de corriente 23A, 23B descrito más abajo, de
tal manera que la lámpara L se alimenta con una corriente media
igual a la corriente máxima Imax que puede suministrarse según las
condiciones del tiempo mínimo de reserva garantizado para la
batería con que se halla equipado el dispositivo de emergencia.
La inductancia 45 está asociada a un diodo 49 que
proporciona una corriente esencialmente constante al inversor
cuando se abre el interruptor controlado 47, usando la energía
almacenada temporalmente en la inductancia 45. Cuando se abre el
interruptor controlado 47, la corriente circula a través del diodo
49, la inductancia 45 y el inversor.
El inversor que se ha descrito funciona
conmutando los interruptores 31 y 33 a tensión cero y corriente
cero si la frecuencia de control de los interruptores es igual a la
frecuencia de resonancia. Esto depende de la carga aplicada al
inversor, en otras palabras: en último término, de la lámpara
montada en el dispositivo. Por lo tanto, es preciso, para obtener
la conmutación a corriente y tensión cero, que la señal de control
de los interruptores 31 y 33 se fije a la frecuencia de resonancia.
A este fin se ha dispuesto el circuito sincronizador 9A.
El circuito sincronizador comprende un transistor
51 cuya base está unida a través de un divisor de tensión 52 a la
toma media del transformador del inversor 9, en otras palabras: al
punto indicado por X en la figura 2A. El colector del transistor 51
está unido a la primera entrada de una puerta NAND indicada con el
número 53, cuya salida está unida a una primera entrada de una
segunda puerta NAND que tiene el número 55. La salida de la última
está unida a la entrada de una puerta NOT indicada con el número 57
y a la entrada de reloj de un biestable del tipo "T" o
disparador, indicado en general por 59, cuyas dos señales en las
salidas Q paran por una etapa de amplificación 61 para controlar la
apertura y cierre de los dos interruptores controlados 31, 33.
El circuito comprende también dos osciladores
consistentes en dos redes RC indicadas por 63 y 66 y formadas,
respectivamente, por una resistencia 64 y un condensador 65, por una
resistencia 67 y un condensador 68. La red 63 está unida a la
segunda entrada de la puerta NAND 53, mientras que la red RC 66
está unida a la entrada de una puerta NOT indicada por 71, cuya
salida, a su vez, está conectada a la segunda entrada de la puerta
NAND 55.
La salida de la puerta NOT 57 está unida a las
dos redes 63, 66 mediante correspondientes diodos 73, 75 y una
resistencia 77.
El funcionamiento del circuito sincronizador
descrito aquí es como sigue.
En el punto X hay una tensión senoidal
rectificada representada por la curva C1 en la figura 4. Se aplica
a la base del transistor 51 (curva C2 en la figura 5) una tensión
con una variación similar. Cuando la tensión en el punto X cae por
debajo de un valor predeterminado, el transistor 51 se desconecta,
de modo que su colector pasa de una tensión de aproximadamente cero
a una tensión igual a la tensión de la batería Vcc. En la figura 5
la variación de la tensión en el colector del transistor 51 está
representada por la curva C3.
En consecuencia, en la entrada de la puerta NAND
53 a la que se halla conectado el colector del transistor 51
aparece una elevada señal que está sincronizada con la tensión
senoidal rectificada en el punto X del transformador del inversor,
y por lo tanto con la frecuencia de resonancia del inversor. Dicha
señal se emplea como señal de reloj para el biestable 59. Las
salidas Q del biestable 59 se invierten en cada frente de subida de
la señal de reloj, como se indica en la figura 7, para proporcionar
un ciclo de servicio del 50%. La señal de reloj, determinada por la
tensión de colector del transistor 51, viene indicada por la curva
C4 de las figuras 5 y 6.
El circuito sincronizador se realiza de tal
manera que tenga dos frecuencias límites por encima y por debajo de
las cuales no se puede hacer funcionar el inversor. Esas frecuencias
límites se determinan por las frecuencias resonantes de las redes
RC 63 y 66, de las que la última determina la frecuencia máxima y
la segunda determina la frecuencia mínima. A causa de la puerta
NAND 53, la señal sincronizadora del colector del transistor 51 se
despreciará si se halla presente una señal baja en la entrada de
dicha puerta unida a la red RC 63. Análogamente, la señal
sincronizadora se despreciará si la señal a la entrada de la puerta
NAND 55, unida a través de la puerta NOT71 a la red RC 66, es
baja.
baja.
La unión de la salida de la puerta NOT 57
mediante los diodos 73 y 75 a los osciladores 63, 66 produce una
reposición; en otras palabras, la descarga de los condensadores, en
cada señal de reloj. La figura 6 muestra asimismo las curvas C3 y
C4 y la variación de la tensión de los condensadores 65 y 68 (curvas
C65 y C66).
El circuito 11 de control de la corriente,
encerrado en los cuadros 23A y 23B, comprende una resistencia 81 a
través de la cual se obtiene una señal de tensión, proporcional a
la corriente suministrada por la batería 5. El valor de la
resistencia 81 es suficientemente bajo para hacer que las pérdidas
a través del mismo sean prácticamente despreciables. La tensión
presente entre los terminales de la resistencia 81 es filtrada
debidamente por un filtro RC 62 y amplificada por un amplificador
83 (figura 3B). La salida del amplificador 83 se conecta a la
entrada positiva de un amplificador de error 85, en cuya entrada
negativa existe una tensión de referencia, igual a 2,5 V en este
ejemplo, y que forma parte de un integrador 87. La señal de error
integrada en la salida de ese integrador 87 se envía a la entrada
inversora de un comparador 89, cuya entrada no inversora se une a
una rama que comprende un resistencia 91 y un condensador 93 y se
conecta (en C) a una de las salidas del biestable 59. En
consecuencia, en la entrada positiva del comparador 89 existe una
señal de forma de onda triangular, representada por la curva C6 en
la figura 8, donde C1 representa de nuevo la variación de la
tensión en el punto X del inversor. La curva C7 representa la señal
en la salida del integrador 87. La figura 8 muestra asimismo la
señal C8 de forma de onda cuadrada en la salida del comparador 89.
Esa señal representa la señal de control aplicada a la base del
interruptor controlado 47 para controlar la apertura y el cierre de
ese interruptor.
El sistema de control es tal que el interruptor
47 está abierto cuando la onda triangular C6 adquiere un valor
superior al valor de la señal de error (curva C7), para ser de nuevo
cerrado cuando la onda triangular C6 vuelve a un valor de menos que
el valor de la señal de error.
Como se indica en las figuras 3A y 3B, la salida
del comparador 89 no está unida directamente a la base del
interruptor controlado 47, sino a una primera entrada de una
puerta NAND 95, cuya salida está unida (conexión en el punto B) a
las entradas de dos puertas NOT 97, cuyas salidas están unidas a la
base del interruptor controlado 47. En la segunda entrada de la
puerta NAND 95 puede haber una señal de control ON/OFF, que hace
que el control del interruptor controlado 47 quede temporalmente
anulado cuando el inversor de emergencia es activado, durante un
intervalo de tiempo que puede especificarse y durante el cual rl
interruptor 47 permanece siempre activado, con independencia del
valor de la corriente de descarga de la batería.
Esencialmente, el funcionamiento del interruptor
controlado 47 regula el valor medio de la corriente suministrada
por la batería 5 al inversor 9, impidiendo que esa corriente supere
un valor máximo Imax determinado por un ajuste apropiado de la
tensión de referencia aplicada a la entrada negativa del
amplificador de error 85. Para asegurar que la corriente media
absorbida no cae por debajo de un valor mínimo, es suficiente para
proporcionar una correcta especificación del inversor y
especialmente del condensador 41. Este último se especifica de
manera que la corriente absorbida por el inversor con la carga
mínima (la lámpara de menor potencia de las que se utilizan) sea
igual o ligeramente mayor que el valor Imax.
Manteniendo la corriente de descarga, en otras
palabras: la corriente suministrada por la batería en condiciones de
funcionamiento de emergencia, constantemente igual al valor máximo
compatible con el tiempo de reserva requerido en el dispositivo de
emergencia, se obtienen considerables aumentos porcentuales en el
BLF respecto a dispositivos similares disponibles actualmente en el
mercado.
En la tabla siguiente, la columna 1 indica el
tipo de lámpara utilizada, la columna 2 indica los valores de BLF
obtenibles con un dispositivo según la invención, y la columna 3
indica los correspondientes valores del BLF obtenidos con un
dispositivo del tipo XW.3NC producido por Existalite® (Reino
Unido). Ambos dispositivos son alimentados por baterías de 14,4
V.
\newpage
| 1 | 2 | 3 |
| tipo de lámpara | BLF del dispositivo según | BLF del XW.3NC |
| la invención | ||
| 14 W T5 | 24,9% | 19% |
| 21 W T5 | 19,3% | 17% |
| 28 W T5 | 14,7% | 11% |
| 35 W T5 | 12,1% | 7% |
El circuito descrito permite también la
adaptación a diferentes condiciones de funcionamiento; por ejemplo,
puede permitir una modificación del tiempo de reserva garantizado de
la unidad de emergencia. Mediante un ajuste apropiado, es posible
fijar una corriente de descarga correspondiente a la corriente
máxima admisible para diferentes duraciones de la vida de la
batería en condiciones de emergencia. Una primera posibilidad de
adaptación del circuito se indica en la figura 3A, donde una
segunda resistencia 81' está montada en paralelo con la a 81 y se
indica con líneas de trazos para significar que esta disposición
puede ser opcional. La resistencia 81' puede montarse en paralelo
con la resistencia 81 o bien aislarse por un contacto adecuado,
indicado esquemáticamente por 80. Un cambio en la configuración de
la resistencia (81, o 81 en paralelo con 81') modifica el valor de
la señal proporcional a la corriente de descarga que se envía al
circuito de control de la corriente 11.
La figura 3C muestra un detalle del circuito de
control 11, a saber el amplificador 83 y la correspondiente red. In
esta realización modificada se pueden conectar una o dos
resistencias 84, 84' puestas a tierra, a la entrada de inversión del
amplificador 83. La resistencia 84' puede aislarse accionando un
puente de conexión o interruptor 86. Así puede modificarse la
ganancia del amplificador y por consiguiente el valor de la señal
de salida. La configuración de la figura 3D tiene una disposición de
dos diodos Zener 88, 88' y un puente de conexión o interruptor 90.
El valor de la tensión de referencia en la entrada de inversión del
comparador 85 puede modificarse cerrando o abriendo el
interruptor
90.
90.
Cualquiera de los antedichas configuraciones, o
combinaciones de las mismas puede emplearse como medio para
modificar el valor en que el circuito de control 11 de la corriente
mantiene la corriente de descarga durante en funcionamiento de
emergencia, de acuerdo con el mínimo tiempo de reserva que la
unidad tiene que proporcionar.
Como se ha mencionado más arriba, la energía
suministrada por la batería de emergencia 5 depende de la corriente
y de la tensión. Por lo tanto, además del control de la corriente
que asegura la alimentación de la corriente máxima compatible con el
tiempo de reserva requerido por la batería, también es posible
aumentar el flujo luminoso y por consiguiente el BLF, elevando la
tensión de la batería.
Los dispositivos de emergencia convencionales no
son capaces de utilizar baterías cuyas tensiones difieran de
aquellas para las cuales se diseñaron los dispositivos, debido a dos
factores.
En primer lugar, un aumento de la tensión de la
batería produce un aumento del tiempo de recarga de la batería, con
el resultado de que un dispositivo que tiene un cargar de la
batería diseñado para proporcionar un determinado tiempo de recarga
de las baterías de 12 v, por ejemplo, no es capaz de cargar una
batería de tensión superior, por ejemplo, de 14,4 V, en el mismo
tiempo.
En segundo lugar, la tensión de la batería
disminuye durante la descarga y el funcionamiento de emergencia del
dispositivo tiene que interrumpirse cuando la tensión entre los
terminales de cada célula formante de la batería alcanza la tensión
mínima de 0,8 V. Esta tensión mínima corresponde a una tensión
entre los terminales de la batería que depende del número de
células que forman la batería. En los dispositivos de alumbrado de
emergencia de tipo convencional, que emplean, por ejemplo, baterías
de 12 V constituidas por diez células (1,2 V por célula), la
alimentación de corriente en condiciones de emergencia se hace que
cese cuando la tensión entre los terminales de la batería alcanza el
valor de 8 V (llamado la "subtensión") que corresponde a una
tensión de 0,8 V por célula.
Si en un dispositivo de este tipo se emplea una
batería con un mayor número de células, ésta continuará
suministrando corriente aun cuando la tensión de la célula
individual caiga por debajo de 0,8 V. Cuando se emplea una batería
de doce células (14,4 V), por ejemplo, la subtensión de 8 V es
equivalente a una tensión de 0,67 V entre los terminales de cada
célula individual. Esto no es aceptable, dado que produce un daño
irreversible a la batería.
En una realización perfeccionada de la invención,
por lo tanto, se hace uso de un cargador de batería que, por una
parte, permite que la batería se recargue en condiciones óptimas,
con independencia de la batería utilizada, y por otra parte hace
posible usar baterías de diferentes tensiones) por ejemplo, de 12 y
14,4 V) sin el riesgo de daño a la batería debido a su
funcionamiento por debajo de la tensión mínima admisible para cada
célula individual.
Con estas disposiciones es posible utilizar el
mismo dispositivo con diferentes baterías, mientras que en el
momento presente es necesario diseñar un dispositivo diferente de
alumbrado de emergencia para cada tipo de batería.
\newpage
La figura 9 muestra un circuito para un cargador
de batería capaz de suministrar una corriente de recarga constante
a la batería 5 independientemente de la tensión de la batería, en
otras palabras: del número de células que forman la batería. El
cargador de batería comprende una conexión 101 a la red de
alimentación, una fuente de alimentación conmutada 103, una
conexión 105A, 105B a la batería 5, y una resistencia 107 conectada
entre los terminales de un amplificador operacional 109. La salida
del amplificador 109, en la que existe una señal proporcional a la
corriente Icarga que la fuente de alimentación 103 suministra a la
batería 5 durante La recarga, se compara, mediante un comparador
111, con una señal de referencia Iref.
La señal de error generada por el comparador 111
se emplea como una señal de retroalimentación para controlar la
fuente de alimentación conmutada 103. El control es tal que la
corriente Icargs se mantiene a un valor constante en el curso del
tiempo.
Para las baterías de NiCd, ese valor es
normalmente de 200 mA para las baterías con una capacidad de 4Ah, y
100 mA para las baterías con una capacidad de 2 Ah.
El circuito de la figura 9 puede mejorarse para
hacer posible usar baterías de otro tipo, por ejemplo: baterías de
yoduro metálico níquel. Esas baterías requieren una corriente de
carga que no es constante en el tiempo, sino que varía como enseña
la figura 10, en otras palabras, siendo igual a un valor I1 para un
primer periodo de carga, normalmente de 16 horas, y después igual a
un valor inferior I2. Para obtener esa variación de la corriente de
carga simplemente en preciso modificar, por medio de un temporizador
adecuado, el valor de la señal de referencia Iref en la entrada del
comparador 111.
Para adaptar el dispositivo al empleo de baterías
de diferentes tensiones, se puede disponer la regulación manual de
la subtensdión, por medio de saltos de conexión, interruptores u
otros dispositivos. En una realización alternativa especialmente
ventajosa puede disponerse un circuito para el reconocimiento
automático de la tensión de la batería conectada al cargador, a fin
de permitir el ajuste automático de la subtensión. En la figura 11
se presenta un ejemplo de realización de ese circuito. Comprende un
interruptor retardador 121 que está cerrado después de un periodo de
tiempo predeterminado, del orden de 30 a 60 s tras el inicio de la
descarga de la batería, en otras palabras: tras el comienzo del
funcionamiento del dispositivo en las condiciones de alumbrado de
emergencia.
Ese intervalo de tiempo es necesario porque la
tensión de la batería puede leerse sólo durante la descarga de la
batería, y en esta fase es también suficientemente independiente de
la temperatura. En particular, para baterías Ni-Cd
los fabricantes dicen que hay una tensión de 1,3 a 1,35 V por célula
después de un tiempo de descarga de 30 a
60 s.
60 s.
El interruptor 121 conecta un terminal 123, a la
tensión de batería Vbat, a las entradas no inversión de un juego de
comparadores K 125.1 a 125 K, donde
K =
Nmax-Nmin
donde
Nmin = número mínimo de células que forman la
batería,
Nmax = número máximo de células que forman la
batería.
Se aplica una tensión de referencia
VR1-VRK, donde
Vr1 > VR2
> ... >
VRK
a la entrada negativa de cada
comparador 125.1-125.K. Se aplica la tensión de
salida V1-VK de cada comparador individual a la
salida no inversora de un correspondiente amplificador
127.1-127.K, cuyo terminal inversor se une a tierra.
Las salidas de los amplificadores 127.1-127.K se
unen a las correspondientes resistencias
R1-RK,
donde
donde
R1 < R2 <
... <
RK
que, a su vez, se conectan a un
nodo 129. Este se une mediante una resistencia Rc a la tensión Vbat
y a través de una resistencia RN a
tierra.
En el circuito de la figura 11, cuando se cierra
el interruptor 121 la salida genérica Vi del comparador genérico
125.1 pasa al valor alto y la correspondiente resistencia R1 se
conecta en paralelo con la resistencia Rc. Un aumento del valor de
la tensión de la batería (en otras palabras; un aumento del número
de células que forman la batería) va acompañado de un aumento en el
número de salidas V1 ... VK, que pasan al valor alto, y en
consecuencia un aumento del número de resistencias R1 ... RK
montadas en paralelo con la resistencia Rc.
La tensión en el nodo 129 es la subtensión
(Vsubtensión) que será igual a
Vsubtensión =
\frac{RN}{RN + Req}
Vcc
donde Vcc es una tensión de
referencia,
y
Req =
\frac{1}{(1/R1)+(1/R2)...+(1/Ri)+(1/Rc)}
donde i es el número de salidas
V1-VK llevadas al valor alto, que depende de la
tensión de la
batería.
Por ejemplo, si
VR1 =
Nmax*V_{cel}-\varepsilon
VRK =
Nmin*V_{cel}-\varepsilon
donde
V_{cel} es la tensión entre los terminales de
la célula individual (normalmente 1.2-1.3 V),
\varepsilon es la tolerancia en la tensión de
la batería:
\bullet si la batería consta de Nmin células,
sólo la salida VK estará al valor alto y las restantes salidas
estarán al valor bajo,
\bullet si la batería consta de Nmin+1 células,
las salidas VK VK-1 están en el valor alto,
mientras que las restantes salidas se hallan en el valor bajo y la
resistencia Rc se conectará en paralelo con dos resistencias R1,
R2.
La tensión final en el nodo 129 dependerá por lo
tanto del número de células que formen la batería, y se aceptará
como la tensión mínima (subtensión) a la cual la unidad de
emergencia interrumpirá la corriente de descarga. Este valor se
almacena por medio de los amplificadores
127.1-127.K, que forman correspondientes circuitos
de cerrojo o almacenamiento, de modo que el valor de la subtensión
no se modifica durante el funcionamiento en condiciones de
emergencia, a pesar de la caída de tensión entre los terminales de
la batería como resultado del gradual deterioro de la batería.
Son posibles otras configuraciones para el
circuito de reconocimiento de la tensión de la batería. En general,
este circuito efectuará una operación de lectura de la tensión de la
batería consistente en las siguientes fases:
\bullet puesta en marcha de la unidad de
emergencia;
\bullet lectura de la tensión de la batería,
tras un tiempo de espera (aproximadamente de 30 a 60 s);
\bullet fijación de la subtensión;
\bullet almacenamiento de la subtensión.
Debe comprenderse que los dibujos muestran sólo
una posible realización de la invención, que puede variar en sus
formas y disposiciones sin apartarse del alcance según se define
por las reivindicaciones adjuntas. La presencia de los números de
referencia en las adjuntas reivindicaciones no limita el alcance de
la protección de las reivindicaciones, y tiene sólo la finalidad de
facilitar la lectura de las mismas con referencia a la precedente
descripción y a los dibujos adjuntos.
Claims (26)
1. Una unidad de alumbrado de emergencia, que
comprende
- -
- una conexión para una batería (5),
- -
- un inversor (9) para alimentar de dicha batería (5), en condiciones de emergencia, una lámpara (L) conectable a dicha unidad,
- -
- un circuito de control para controlar la corriente suministrada por la batería al inversor (9),
caracterizada porque el
circuito de control comprende un equipo de medida (81, 83)
destinado a medir la corriente suministrada por la batería al
inversor (9); medios de comparación (85, 87, 89) que comparan el
valor medido por el equipo de medida con un valor que puede
escogerse, a fin de generar una señal de control (C8); un
dispositivo (47) para regular la corriente suministrada por la
batería al inversor según sea la señal de control, de manera que
dicha corriente se mantiene a un valor predeterminado (I_{max})
independientemente de las características de la lámpara (L)
conectada al
inversor.
2. La unidad según la reivindicación 1,
caracterizada porque el dispositivo regulador (47) comprende
un interruptor controlada, y porque la señal de control (C8)
controla el interruptor controlado, haciendo que éste se abra y se
cierre.
3. La unidad según la reivindicación 2,
caracterizada porque el interruptor controlado (47) está
asociado a medios (45, 49) que mantienen una alimentación de
corriente al inversor durante los intervalos en que el interruptor
controlado (47) está abierto.
4. La unidad según la reivindicación 3,
caracterizada porque los medios que mantienen la
alimentación del inversor durante los intervalos de apertura del
interruptor controlado (47) comprenden una inductancia (45) y un
diodo (49) conectado en paralelo con la batería (5).
5. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
inversor (9) es un inversor en contrafase.
6. La unidad según la reivindicación 5,
caracterizada porque el inversor es un inversor de
resonancia paralelo de fuente de corriente en contrafase.
7. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el equipo
de medida comprende una resistencia (81) a través de la cual se
recupera la alimentación al inversor (9), y un amplificador
(83).
8. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los
medios de comparación comprenden un integrador (87) que compara la
señal procedente del equipo de medida con una señal de referencia,
generando así una señal de diferencia, e integra esa señal de
referencia para obtener una señal de error.
9. La unidad según la reivindicación 8,
caracterizada porque los medios de comparación comprenden un
comparador (89) que compara la señal de error con una señal
periódica cuya frecuencia es igual a la frecuencia de la señal de
control del inversor (9).
10. La unidad según la reivindicación 9,
caracterizada porque la señal periódica es una señal de onda
triangular producida por la integración de la señal de control del
inversor (9).
11. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
inversor (9) se diseña para extraer la máxima corriente (I_{max})
de la batería cuando se conecta a la lámpara (L) de la menor
potencia utilizable con la unidad.
12. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
inversor comprende un circuito sincronizador (9A) para generar una
señal de control del inversor a una frecuencia igual a la
frecuencia resonante del inversor, independientemente de la lámpara
alimentada por el inversor.
13. La unidad según la reivindicación 12,
caracterizada porque el circuito sincronizador (9A)
comprende un interruptor electrónico (51) cuya conmutación se
controla de acuerdo con la tensión en un punto del inversor.
14. La unidad según las reivindicaciones 12 ó 13,
caracterizada porque el circuito sincronizador comprende un
biestable (59).
15. La unidad según las reivindicaciones 13 ó 14,
caracterizada porque el citado punto es el centro del
devanado primario de un transformador con una toma central.
16. La unidad según las reivindicaciones 13, 14 ó
15, caracterizada porque el interruptor electrónico es un
transistor (51) cuya tensión de colector se utiliza para generar una
señal de reloj destinada a sincronizar la señal de control del
inversor con la frecuencia de resonancia del inversor.
17. La unidad según la reivindicación 16,
caracterizada porque la señal de reloj controla el biestable
(59).
18. La unidad según las reivindicaciones 14 ó 15,
caracterizada porque el circuito sincronizador (9A)
comprende una disposición de puertas lógicas (53, 55, 71) en cascada
para generar una señal de reloj a fin de sincronizar la señal de
control del inversor con la frecuencia de resonancia del
inversor.
19. La unidad según las reivindicaciones 16 ó 17,
caracterizada porque el circuito sincronizador comprende una
disposición de puertas lógicas (53, 55, 71) en cascada, de las
cuales la primera puerta lógica (53) recibe en su entrada una señal
proporcional a la tensión en el colector del transistor (51).
20. La unidad según las reivindicaciones 18 ó 19,
caracterizada porque el circuito sincronizador comprende dos
osciladores (63, 66) con frecuencias de oscilación
correspondientes, respectivamente, al valor máximo permisible y al
valor mínimo permisible de la frecuencia de resonancia para el
inversor, y porque los osciladores están acoplados a las puertas
lógicas de manera que la señal de reloj se desprecia si su
frecuencia es mayor que el valor máximo permisible de la frecuencia
de resonancia o menor que el valor mínimo permisible de la
frecuencia de resonancia.
21. La unidad según la reivindicación 20,
caracterizada porque los osciladores (63, 66) comprenden
correspondientes redes RC, cada una de las cuales comprende un
correspondiente condensador (65, 68).
22. La unidad según la reivindicación 21,
caracterizada porque el circuito sincronizador comprende una
puerta inversora (57) que recibe la señal de reloj en su entrada y
cuya salida se conecta a través de un elemento disipador (77) y
correspondientes diodos (73, 75) a las redes RC para hacer que los
condensadores recuperen su estado en cada impulso de la señal de
reloj.
23. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende
un cargador de baterías.
24. La unidad según una o más de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque posee
medios para modificar el valor (I_{max}) en el cual el circuito
de control de la corriente mantiene la corriente media suministrada
por la batería.
25. Un dispositivo de alumbrado de emergencia,
que comprende, en combinación, una conexión a una línea de
alimentación, un reactor para alimentar por lo menos una lámpara de
descarga con la tensión suministrada por la línea de alimentación,
y una unidad de emergencia según una o más de las reivindicaciones
precedentes.
26. Un procedimiento para alimentar una lámpara
de descarga en condiciones de emergencia por medio de una batería
(5) de emergencia, en que la lámpara (L) es alimentada por la
batería a través de un inversor (9), caracterizado porque se
mide el valor de la corriente suministrada por la batería (5) y las
condiciones de alimentación del inversor se controlan manteniendo
la corriente suministrada a un valor medio que es esencialmente
igual a un valor máximo (I_{max}) determinado por la capacidad de
la batería y al cual la batería proporciona un tiempo garantizado
de funcionamiento de emergencia predeterminado, independientemente
de las características de la lámpara alimentada por el
inversor.
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