ES2432290A1 - Dispositivo controlador del consumo de energia eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos - Google Patents

Abstract

El dispositivo controlador del consumo de energía eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos, se caracteriza porque constituye un módulo independiente interconectado entre el balasto electrónico y dicha lámpara y comprende un controlador, varios interruptores y un transformador o autotransformador regulable. La descripción de dichos componentes es la siguiente: a) Unidad de control, la cual es un micro controlador programable, configurado para la coordinación de los componentes siguientes: sensor de tensión, sensor de corriente, fuente de alimentación estabilizada e interface con periféricos. b) Varios interruptores que determinan la impedancia vista por el balasto electrónico según el borne seleccionado del transformador. c) Un transformador, o autotransformador con relación de transformación variable. d) Uno o más controles por cierre de contactos libres de tensión. e) Un selector del modo de funcionamiento del dispositivo, mediante control por cabecera, cierre de contactos o controlado por un bus de comunicaciones cableado o por control remoto. Se utiliza para controlar el flujo luminoso de una lámpara de descarga sin electrodos en una instalación de alumbrado público o privado y su consumo de energía eléctrica.

Description

DISPOSITIVO CONTROLADOR DEL CONSUMO DE ENERGíA ELÉCTRICA PARA LÁMPARAS DE DESCARGA SIN ELECTRODOS

OBJETO

Este invento tiene como objeto un dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lamparas de descarga sin electrodos equipadas con balasto electrónico, que a diferencia de los sistemas de cabecera de línea, forma parte del equipo que controla cada luminaria y se instala entre dicho balasto electrónico y la lámpara de descarga sin electrodos. Dispone de una serie de elementos de control y comunicaciones, y de un transformador o autotransformador que se conecta a la lámpara modificando la impedancia a diferentes niveles, lo que origina una variación de tensión de salida entre el balasto electrónico y dicha lámpara, y consecuentemente de la corriente que alimenta a las bobinas de la lámpara de descarga sin electrodos, causando a su vez la variación de su flujo luminoso y consumo energético.

La reducción del consumo de energía eléctrica en instalaciones de alumbrado público, se realiza con el objeto de optimizar su funcionamiento mediante la reducción del flujo luminoso en horas en que el tráfico rodado disminuye y, por lo tanto, resulta innecesario que dichas luminarias funcionen a plena potencia.

El sector industrial al que pertenece este invento, es el de material eléctrico I electrónico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Actualmente en la mayoría de las instalaciones de alumbrado público, la reducción del consumo de energía eléctrica se realiza de forma selectiva desconectando determinadas luminarias por ejemplo al tresbolillo, o bien,

desconectando selectivamente o totalmente la instalación de calles o zonas de escaso uso nocturno como plazas y jardines, etc. Para desconectar de forma selectiva determinadas luminarias de una instalación de alumbrado público, se requiere de una instalación relativamente

compleja con dobles o triples circuitos accionados por contactares, interruptor horario, interruptor crepuscular, etc. Otro tipo de control de alumbrado, consiste en la instalación en cabecera de sistemas que reducen la tensión de alimentación de las luminarias y consecuentemente del flujo luminoso. Las lámparas de descarga sin

10 electrodos con balasto electrónico no pueden ser reguladas con este sistema.

El control del consumo eléctrico y por tanto, del flujo luminoso de las lámparas de descarga sin electrodos, objeto de este invento, es individual, es decir instalado en cada luminaria, entre el balasto electrónico y la lámpara de

15 descarga sin electrodos, el cual está equipado con dispositivos de

comunicaciones que permiten el control centralizado de la instalación de

alumbrado público o privado, siendo compatible y controlado mediante los

sistemas anteriormente mencionados.

20 El principio de funcionamiento de las lámparas de descarga magnética sin

electrodos, fue descubierto por Tesla en el año 1890, y desarrolló una patente

sobre el tema, la cual le fue concedida en Estados Unidos con el número

454622.

25 Si bien los conocimientos de las lámparas de inducción sin electrodos y su funcionamiento, se habían desarrollado desde hacía más de cien años, no fueron introducidas comercialment49 hasta hace unas pocas décadas, hasta

que en el año 1994 la empresa General Electric presentó una lámpara sin electrodos, denominada GENURA, que disponía de un balasto integrado.

Dicha lámpara funcionaba a una frecuencia de 2,65 MHz. En el año 1996, la

empresa Osram comenzó a com€!rcializar una lámpara similar denominada

ENDURA, la cual funcionaba a 2(;0 kHz, es decir a una frecuencia mucho

menor, con la ventaja de una considerable disminución de interferencias en

las líneas eléctricas y de telecomunicaciones, siendo este tipo de lámparas de

descarga sin electrodos las que se utilizan generalmente en la actualidad.

Actualmente debido al desarrollo de los balastos electrónicos, el sector está

tomando un gran impulso, en particular el del alumbrado público y privado.

S

Los balastos electrónicos actuales funcionan en alta frecuen cia (alrededor de

250 kHz) y disponen de un circuito corrector de factor de potencia (PFC) que

disminuye la distorsión armónica total de la corriente (THD).

Los balastos electrónicos no regulables mantienen una potencia constante en

10

la lámpara de descarga sin electrodos, aun en el caso de que la tensión de la

línea varíe entre 85V y 265V. Si la corriente consumida por la lámpara de

descarga sin electrodos disminuye o aumenta respecto de unos niveles

comprendidos dentro del rango preestablecido por el fabricante del balasto

electrónico, éste la desconecta.

15

En resumen:

a) Tienen solo dos estados de funcionamiento, lámpara de descarga sin

electrodos encendida o lámpara de descarga sin electrodos apagada.

b) Mantiene la potencia constante en la lámpara de descarga sin electrodos

20

aunque varíe la tensión de la línea, incrementándose la corriente de entrada

del balasto electrónico.

c) Si la corriente de la lámpara de descarga sin electrodos es cero o

excesiva, el balasto electrónico se desconecta preventivamente.

d) Compensa cambios en la I<:impara de descarga sin electrodos fría ,

25

gastada, etc., dentro de unos márgenes.

DESCRIPCiÓN DEL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Los sistemas de

iluminación por inducción electromagnética Sin electrodos, constan

básicamente de dos componentes:

30

-Un balasto electrónico.

-Una lámpara de descarga sin electrodos, equipada con dos bobinas de

inducción con núcleo de ferrita .

El balasto electrónico, tiene una primera etapa de filtrado para reducir los armónicos de la fuente de ener!Jia (230VAC -50Hz). A continuación, la tensión alterna de entrada es rectificada para transformarla en tensión continua. Luego mediante un inversor, se transforma nuevamente. en tensión alterna con una frecuencia de al'rededor de 250 kHz. La salida de dicho inversor está conectada a una lámpara de descarga sin electrodos equipada con dos bobinas con núcleo de ferrita, conectadas en paralelo, cuya corriente genera un fuerte campo magnético oscilante. Dicho campo magnético, induce una corriente en el plasma del tubo de vidrio que constituye la lámpara de descarga sin electrodos, la cual es convertida en radiación ultravioleta, que al incidir sobre las paredes del tubo recubiertas de fósforo, se transforma en luz visible. El sistema puede ser considerado como una especie de transformador, donde el inductor es la bobina primaria mientras que los átomos de mercurio dentro del tubo forman una especie de espira de la bobina secundaria, por lo tanto la corriente eléctrica del primario genera un campo electromagnético que induce en el secundario una corriente eléctrica que excita a los átomos dl~ mercurio. Otra función del balasto electrónico, es la de generar un pico de tensión para producir el encendido de la lámpara de descarga sin electrodos.

Cronológicamente los sistemas de regulación de flujo luminoso estaban basados en el control de la tensión en cabecera de línea. Es decir, a mayor nivel de tensión mayor iluminación y mayor consumo eléctrico o viceversa, sin poder superar un máximo de tensión en la red eléctrica permitidos por normativa. Este sistema permitia regular lámparas de sodio, fluorescentes, incandescentes, etc. Para solucionar el problema de la variación de tensión de la red (típicamente entre 85V y 265V) se variaban los ciclos de trabajo, posteriormente se introdujeron los circuitos de control del factor de potencia -PFC-(el PFC es deseable ya que permiten mantener una tensión de salida constante independientemente de la variación de la tensión de entrada, además disminuye la distorsión armónica total en la corriente de línea, disminuye el nivel de potencia reactiva, permitiendo una mejora en la durabilidad de los equipos). Esto condujo a que los sistemas tradicionales de regulación de luminosidad mediante control de cabecera dejaran de funcionar

en las lámparas que utilizaban estos circuitos.

En la actualidad todos los sistemas de iluminación de lámparas de descarga

5 magnéticas sin electrodos utilizan balastos electrónicos con sistemas PFC incorporados, no permitiendo una. regulación de luz tradicional y existente

todavía en el mercado. El objeto de la invención permite utilizar estos

sistemas sin modificarlos, consiguiendo una regulación del consumo eléctrico y luminosidad de la lámpara de descarga sin electrodos.

Típicamente los balastos electróniGos controlan la tensión de entrada con un

sistema PFC y controlan la corriente en la carga , de este modo se mantiene constante el nivel de potencia sobre la lámpara de descarga sin electrodos y por tanto, el nivel de luminosidad, teniendo en cuenta que la impedancia de la

15 lámpara de descarga sin electrodos varía según varios parámetros de funcionamiento.

El dispositivo objeto de esta invención, se coloca entre el balasto electrónico y

la lámpara de descarga sin electrodos, permitiendo controlar la impedancia

20 percibida por el balasto electrónico desde la lámpara de descarga sin electrodos y al mismo tiempo su monitorización. Esto consiste en modificar la impedancia conectada al balasto electrónico (dispositivo controlador + la lámpara de descarga sin electrodos), sin modificar la frecuencia de funcionamiento del balasto electrónico. Al modificar la impedancia, se

25 consigue que los valores de tensión y corriente que llegan a la lámpara de

descarga sin electrodos puedan ser controlados desde el dispositivo

controlador de consumo de energía eléctrica.

Para permitir que los tradicionales sistemas por cabecera ya instalados sigan

30 funcionando, y además, controlando los equipos de descarga magnética sin electrodos, este invento se ha hecho compatible con dichos sistemas permitiendo monitorizar la tensión de la red eléctrica y modificar la regulación del conjunto balasto electrónico .. lámpara de descarga sin electrodos en función del control por cabecera.

ANTECEDENTES CONOCIDOS POR El INVENTOR: los antecedentes

conocidos por el inventor son los siguientes:

WO 2007/123387 A1 : Se trata de un método y de un aparato para controlar

la potencia y ahorrar energía en lamparas descarga de gas de alta intensidad (HID) mediante un circuito eléctrico que contiene un balasto electromagnético, al menos una impedancia variable, un dispositivo selector y un elemento inductivo variable. Este dispositivo funciona con un balasto electromagnético a baja frecuencia,

es decir 50 -60 Hz, y no es aplicable a lámparas de descarga sin electrodos.

PCT WO 2004/073360 A 1: Se trata de un dispositivo único, integrado en el

mismo generador de frecuencia, que distorsiona sustancialmente la forma de onda de salida, mediante micro cortes en su periodo. Produciendo en cada uno de ellos una respuesta del generador de frecuencia de recebado y precaldeo de la lámpara. Esto se produce debido que el generador de frecuencia detecta el apagado de la misma en cada uno de esos micro cortes, e intenta recebar la lámpara como si de un encendido normal se tratase, al inicio del nuevo periodo que se produce después de cada micro corte, esto lo realiza mediante picos de tensión cuyo valor es superior al de la tensión de trabajo de la lámpara en un modo de funcionamiento convencional. Por lo que la

lámpara no trabaja de forma ade!cuada y su vida útil puede ser reducida

considerablemente.

PCT WO 2003/032692 A2: El aparato incluye una unidad de control de regulación en respuesta a un parámetro de brillo para la lámpara que proporciona una señal PWM indicativa de la configuración del brillo. Un

oscilador está dispuesto para producir una tensión de lámpara en el primario con una primera frecuencia seleccionada en respuesta a un primer estado de

la señal PWM y una segunda unidad de tensión de la lámpara tiene una

segunda frecuencia seleccionada en respuesta a un segundo estado de la señal PWM. En consecuencia, la tl~nsión de accionamiento primero enciende la lámpara mediante la transferencia de la máxima potencia a la lámpara y la

tensión de accionamiento segunda, apaga la lámpara mediante la

transferencia de la potencia mínima.

PCT WO 2012/170137 A1 : Se trata de un balasto completo en diseño que

contiene un rectificador, un convertidor reductor y un controlador. El rectificador produce una tensión de ce con una magnitud sustancialmente constante. El convertidor reductor genera una salida de voltaje a la lámpara con tensión de ce basado en un ciclo de trabajo. La salida tiene una magnitud que varía basándose en el ciclo de trabajo para dar energía a la lámpara a un nivel de iluminación seleccionado. El controlador recibe una señal de entrada tenue que indic:a el nivel de iluminación seleccionado, y proporciona una senal de control apropiada para el convertidor reductor. La

señal de control correspondient,e indica un ciclo de trabajo particular correspondiente a la magnitud de la salida para producir el nivel de

iluminación seleccionado. En respuesta a la recepción de la señal de control, el convertidor ajusta el ciclo de :servicio en consecuencia, produciendo la señal de salida con la magnitud para energizar la lámpara en el nivel de iluminación seleccionado.

PCT WO 2004/4102300 A 1: Este invento consiste en un dispositivo ahorrador de energía que alimenta a lámparas de vapor de sodio de alta eficacia y un método que proporciona un ahorro adicional de energía eléctrica mediante la reducción temporal del flujo luminoso. El dispositivo comprende: a) Protección contra bajo voltaje de alimentación, regulador de dicho voltaje y protección contra ausencia o daño de la lámpara. b) Secuencia de encendido fiable de la lámpara. c) Rutina de modulación de frecuencia para la eliminación de resonancias acústicas. e) Secuencia de apagado automático ante daño en la fotocélula.

Patente española: NO solicitud 950¿~119: Se trata de un equipo de

regulación de tensión eléctrica de cabecera de línea, aplicado preferentemente a alumbrado público, consistente en dos transformadores, uno principal y otro conductor, qUH produce distintas tensiones secundarias,

inferiores a la tensión principal, lo que ocasiona un disminución de la tensión de alimentación a las luminarias y consecuentemente de su flujo luminoso.

Patente españota. N° solicitud 271739: Mejoras en instalaciones de control

para redes de alumbrado público. Esta patente trata sobre de uno de los primeros sistemas de control de alumbrado público que aparecieron hace muchos años, consistente en el encendido o apagado total de una instalación

o por calles, en función de una determinada hora o claridad, mediante la detección de dichos parámetros por relés horarios y crepusculares.

Patente española: N° solicitud 201000509: Sistema de regulación de flujo

luminoso de alto rendimiento para sistemas de alimentación de alumbrado dispuesto entre la red de alimentación y la red de utilización. Consta de diversos elementos electromagnéticos que reducen eficientemente el flujo luminoso de las lámparas, mediante la disminución de la tensión de alimentación de las mismas. El sistema se basa en la utilización de un transformador alimentado directamente de la red en su devanado primario, con el secundario en serie con el primario y la línea de alumbrado. Esta configuración proporciona dos niveles de tensión en la carga según la posición de contactares activados por medio de un sistema de control. Como opción puede añadirse en serie un sistema de estabilización basado en el mismo principio de funcionamiento que el regulador para compensar posibles fluctuaciones de la red de alimentación .

Patente española: NO solicitud 009800545: Sistema de regulación y

estabilización luminosa para alumbrado público que comprende: un actuador de entrada que conecta la toma de tensión de un autotransformador mas

próximo al valor de la tensión de red ; un actuador de salida que conecta la

toma de salida del autotransformador con la salida que suministra tensión al

alumbrado público, al valor de regulación que se desee; un autotransformador

que realiza todas las variaciones de tensión necesarias en el sistema; un

estabilizador de tensión que lee la tensión existente en la red eléctrica y en

función de esta tensión selecciona que toma de entrada de tensión del autotransformador debe conectarsle a través del actuador de entrada ; y un

regulador con el que se obtiene en cada momento los niveles de iluminación

deseados.

Sistema de regulación y estabilización luminosa para alumbrado público. La

presente invención se refiere a un sistema de regulación y estabilización de la tensión (el flujo luminoso en una lámpara es directamente proporcional a la

tensión que se le aplica). Para la regulación y estabilización de la tensión se

aplican los principios de transformadores de núcleo magnético tal como indica la fórmula:

Vp x Ns = Vs x Np

Vp: Tensión en el primario dt~1 transformador = Tensión de suministro. Np: N° de espiras del primario del transformador. Vs: Tensión en el secundario del transformador 01ariable)

Ns: N" de espiras del secundario del transfomnador (Variable) para lo que se dispone de un autotransfomnador pilotado por un sistema de control electrónico.

CONCLUSIONES SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA: No se conocen

dispositivos o medios que varíen el flujo luminoso de las lámparas de descarga y por lo tanto de su consumo energético, que no distorsionen la forma de onda de excitación de dicha lámpara , mantenga o aumente el factor

de potencia, admitan y puedan ser controlados por sistemas de reducción de

flujo en cabecera, punto a punto por cierre de contactos, comunicación serie mediante comandos AT y, a su vez, no produzca picos de reencendido constantes, armónicos, ruido en la lineas eléctricas, dentro de los niveles

tolerados por la nomnativa EMC, y pemnita la sobre excitación de la lámpara

de descarga electromagnética sin electrodos sin incrementarse la tensión en

la red eléctrica.

Hasta el momento, todos los modelos y prototipos existentes, se basan en

variar el voltaje de alimentación de las lámparas de descarga sin electrodos o la frecuencia, para vanar el consumo de energía eléctrica y consecuentemente de su flujo luminoso, todo esto modificando los componentes originales del balasto electrónico convencional. El modelo que

se expone a continuación, controla el consumo de energía eléctrica y consecuentemente del flujo luminoso de las lámparas de descarga sin electrodos, mediante su inserción de forma independiente entre el balasto electrónico y dicha la lámpara. El objeto del invento, hace cambiar la impedancia equivalente, y con ello, cambia el punto de trabajo de la lámpara de descarga sin electrodos. Pero, como no se modifica ni el balasto electrónico ni la lámpara de descarga sin electrodos, esto permite que el sistema funcione manteniendo la fnecuencia de trabajo constante.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Según la normativa vigente respecto a alumbrado público, todos aquellos sectores con una carga superior a 5kW, precisan de un sistema de reducción del nivel lumínico y consumo eléctrico, que pueda ser activado/comandado por diferentes medios, para así poder reducir dicho consumo eléctrico y niveles de luminosidad a partir de una hora

o condición programada.

Debido a las particularidades de funcionamiento de la lámpara de descarga sin electrodos por inducción electromagnética, es necesario que durante la fase de encendido o reencendido se aplique un pico de tensión elevado para el caldeo inicial de la misma. Las lámparas de descarga sin electrodos por inducción electromagnética presentan un problema a la hora de aplicar una reducción en su flujo lumínico y de potencia, cuando este efecto es conseguido utilizando el método que interrumpe mediante micro cortes la tensión de salida aportada por el balasto electrónico hacia la lámpara de descarga sin electrodos.

Mediante este procedimiento que interrumpe la forma de onda de excitación de la lámpara de descarga sin electrodos, el balasto electrónico produce picos de reencendido, al interpretar dichos micro cortes como el apagado circunstancial de la lámpara de forma repetitiva y constante durante todo el

tiempo en que está activo este procedimiento. Esto provoca un alto grado de

contaminación electromagnética, acortando la vida útil de la propia electrónica y la coexistente en la misma red.

SOLUCiÓN ADOPTADA: La solución del problema planteado es un

dispositivo controlador del consulTlo de energía eléctrica individual, es decir, para cada lámpara de descarga sin electrodos, el cual consiste en un módulo, que se interconecta entre un balasto electrónico y una lámpara de descarga sin electrodos. Este módulo comprende básicamente un controlador y un transformador o autotransformador con relación de transformación variable, que modifica la impedancia vista por el balasto electrónico y en consecuencia, dicho balasto origina una variación en la tensión de salida y

proporcionalmente de la intensidad del campo magnético de las bobinas de

inducción, lo que causa a su vez la variación del consumo de energía

eléctrica, y por tanto, del flujo luminoso de la lámpara de descarga sin electrodos. Como se observa en los esquemas de bloques (Figuras 4 y 5), en la etapa

previa al transformador, hay una serie de interruptores, cuya conexión y desconexión selectiva, permite variar escalonadamente el voltaje aplicado a la lámpara de descarga sin electrodos, lo que a su vez ocasiona una variación de su flujo luminoso y consumo energético. El resto del dispositivo está compuesto por una unidad de control, sensores de tensión y corriente, fuente de alimentación, interface con periféricos, control por cierre de contactos y selector de nivel de funcionamiento .

En función del borne de conexión seleccionado en el transformador o autotransformador, se produce un cambio de la impedancia equivalente de la

lámpara de descarga sin electrodos vista desde el balasto electrónico. Al

ocasionar un cambio en la impedancia equivalente, se produce un cambio en

el punto de trabajo.

En la Figura 6, se observa la variación de la impedancia de la lámpara de

descarga sin electrodos en función de la frecuencia para cuatro niveles de

potencia (en %). La línea de 100 % de potencia, corresponde al nivel de

funcionamiento normal del sistema, es decir, con los componentes originales

(lámpara de descarga sin electrodos + balasto electrónico) y el resto son las variaciones de potencia o niveles lumínicos (60%, 80%, 110%) como ejemplo.

Para cada una se observa la variación de la impedancia equivalente de la lámpara de descarga sin electrodos conjuntamente con la presente invención. Como se observa, para una frecuencia dada de trabajo se tiene una variación de la impedancia equivalente.

Con este dispositivo no se produce recebado constante, con excepción del

instante de cada cambio de nivel, pero luego el consumo eléctrico y el flujo

luminoso permanecen estables. De esta manera no se distorsiona la forma de onda primaria aportada por el balasto electrónico como tensión de excitación de la lámpara de descarga sin electrodos. Por lo tanto, no se produce el pico de tensión continuo de reencendido que termina deteriorando los componentes electrónicos, desventaja que se incluye en los prototipos de los sistemas descritos en las patentes mencionadas.

CARACTERlsTICAS TÉCNICAS:. El módulo controlador de consumo

eléctrico, está constituido por una serie de componentes principales y otros adicionales cuya descripción, configuración y características técnicas son las siguientes:

a) Un controlador, que comprende una unidad de control, el cual es un micro controlador programable, configurado para la coordinación de los componentes siguientes: sensor die tensión, sensor de corriente, fuente de alimentación estabilizada e interface con periféricos, que es un conector con el módulo de comunicaciones externas cableado o por control remoto.

b) Varios relés o interruptores electromecánicos o electrónicos, que determinan varias tensiones de salida del transformador que se corresponden con diferentes niveles de funcionamiento del dispositivo por ejemplo: 110%, 100%, 80%, 60% de la potencia nominal de la lámpara de descarga sin electrodos. Durante la operativa en alguno de los niveles de funcionamiento

del dispositivo, uno de los interruptores está cerrado mientras que los otros permanecen abiertos.

e) Un transformador con relación de transformación variable, con varios puntos de conexión. Como varianto se puede utilizar un autotransformador.

d) Dos conectores de entrada mediante contactos libres de tensión, pudiéndose añadir tantos como sea necesario para el control de varios niveles.

e) Un selector de nivel de-funcionamiento del dispositivo, desde el cuadro de control de la instalación de alumbrado, controlado por el bus de comunicaciones cableado o por control remoto.

Consideraciones relativas al conexionado de sus componentes: a) La linea de entrada fas,e, neutro y tierra que alimenta al balasto electrónico, está conectada también a la entrada del sensor de tensión. b) La salida de este sensor de tensión se conecta a través de un circuito acondicionador de señal a la unidad de control. c) los contactos libres de tensión del relé externo se conectan al conector de entrada. d) Este conector de entrada se conecta a través de un circuito acondicionador de señal a la unidad de control.

Consideraciones relativas a su funcionamiento: En cualquier nivel de funcionamiento determinado por alguno de los interruptores en posición cerrado, el factor de potencia se mantiene entre el valor original y 1.

Al elevar la tensión de alimentación de la lámpara de descarga sin electrodos, mediante el transformador o autotransformador, aumenta la corriente que circula por el balasto electrónico sin necesidad de elevar la tensión de la red, lo que ocasiona un funcionamiento de la lámpara de descarga sin electrodos por encima de su potencia nominal.

El dispositivo constituye un módulo totalmente independiente interconectado

entre el balasto electrónico y dieha lámpara, sin modificación alguna del sistema convencional. Como segunda realización el dispositivo se puede incorporar en un balasto electrónico convencional.

VENTAJAS:

El controlador de consumo de energía eléctrica, es capaz de variar de forma selectiva la relación de transformación del transformador o autotransformador Y consecuentemente de la impedancia entre la lámpara de descarga sin electrodos y el balasto electrónico que excita dicha lámpara. El dispositivo está fabricado como un módulo independiente y puede interactuar con un balasto electrónico y lámpara de descarga magnética sin electrodos convencional.

No distorsiona la forma de la onda de salida del balasto electrónico.

Al basarse en una variación de impedancias y no en una regulación de ciclo de trabajo mediante conmutación, no se producen picos de recebado

constantes en cada periodo de la señal que llega a la lámpara de descarga

sin electrodos. Únicamente se produce el pico de cebado inicial en cada

cambio de nivel, y luego la señal permanece estable.

Es compatible con sistemas de reducción de flujo en cabecera.

Se auto calibra según la tensión dE~ red máxima suministrada en sistemas de reducción de flujo en cabecera. Es compatible con sistemas de control punto a punto por cierre de contactos libres de tensión.

Permite la preselección de uno o l/arios niveles de flujo lumínico y consumo

eléctrico.

Es compatible con sistemas de control mediante un bus de comunicación

serie.

El balasto electrónico opera con sus niveles normales de funcionamiento ya que no se ven modificados respecto a su diseño y composición original.

Permite regulaciones del consumo eléctrico y de la luminosidad de la lámpara de descarga sin electrodos, tanto mayores a la original, como menores, sin modificar los niveles de tensión en la red eléctrica.

El dispositivo permite también hacer funcionar a la lámpara de descarga sin electrodos por encima de su valor nominal, sin variar la tensión de la red eléctrica, aumentando la corriente que circula por dicha lámpara y consecuentemente del flujo luminoso de la lámpara de descarga sin electrodos, variando la relación de transformación del transformador o autotransformador.

DESCRIPCiÓN DE DIBUJOS

Para complementar la descripción de este invento y con el objeto de facilitar la comprensión de sus características, se acompañan con carácter ilustrativo y no limitativo una serie de dibujos, cuyos componentes principales son los siguientes:

(1)

Controlador.

(2)

Unidad de control.

(3)

Sensor de tensión.

(4)

Sensor de corriente.

(5)

Fuente de alimentación estabilizada.

(6)

Interface con periféricos.

(7)

Relé.

(8)

Transformador.

(8.1) Terminales reductores.

(8.2) Terminal elevador.

(9)

Lámpara de descarga sin elElctrodos.

(9.1) Bobina de inducción.

(10)

Balasto electrónico.

(11)

Módulo externo de comunicaciones.

(12)

Linea de entrada al balasto.

(1 3)

Linea de salida del balasto.

(14)

Conector de entrada.

(15)

Selector de nivel de funcionamiento del dispositivo.

(16)

Línea de activación de externa.

(17)

Relé externo.

La Figura 1A, es una vista en planta de la lámpara de descarga sin electrodos

(9).

La Figura 1 B, es una vista en alzado de la lámpara de descarga sin

electrodos (9).

La Figura 2, es un esquema conocido de conexión / desconexión para control

de lámparas de descarga sin electrodos, con el típico balasto electrónico (10).

La Figura 3, es un esquema conocido de conexión I desconexión de lámparas de descarga sin electrodos, con el módulo controlador de energía eléctrica

incorporado, compuesto por el controlador (1), los relés (7) y el transfonmador (8).

La Figura 4, es un esquema de bloques, en el que se observan los componentes del controlador de consumo de energía eléctrica.

La Figura 5, es un esquema mixto en el que se observa al controlador (1) Y parcialmente desarrollados a los blDques (7) y (8).

La Figura 6, es un gráfico impedancia -frecuencia, en el que se observa que para cuatro diferentes impedancia,s (a la salida del balasto electrónico), la

frecuencia se mantiene constante.

DESCRIPCiÓN DE REFERENCIAS Y ACRélNIMOS UTILIZADOS

PWM =Pulse Wide Modulation (modulación de anchura de impulsos).

PFC: Power Factor Correction (Corrección del factor de potencia). THD: Total Harmonic Distortion (distorsión armónica total). ce: Corriente continúa.

V: Voltio Hz: Hercio kHz: Kilo Hercio

MHz: Mega Hereio

EMC: Electromagnetic compatibilitl' (compatibilidad electromagnética).

ZigBee: Es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión

digital de bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4 de WPAN.

WPAN: Wireless Personal Area Network (redes inalámbricas de área

personal). IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers (Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos).

REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN

Entre los diferentes modos ele realización de este invento, el preferente es el que se describe a continuación:

Este dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lámparas

de descarga sin electrodos, es un módulo independiente del conjunto original

balasto electrónico + lámpara dH descarga sin electrodos. Se compone

básicamente de un controlador (1') electrónico, un transformador (8), y de cuatro relés (7) que permiten conectar el balasto electrónico (10) con el primario del transformador (8).

Su configuración e interconexión se puede observar en los esquemas

de bloques de las Figuras 4 y 5.

El controlador (1) comprende los componentes siguientes:

-

, Bloque 2: Es la unidad ele control, la cual es un microcontrolador configurado para la coordinación de los bloques (3,4,5,6 y 7) con los cuales

está interconectado.

-

Bloque 3: Es un sensor de tensión que monitoriza la tensión de la red eléctrica en la entrada al balasto ellectrónico (10).

-

Bloque 4: Es un sensor de corriente que monitoriza la intensidad de corriente suministrada a la lámpara de descarga si electrodos.

-

Bloque 5: Es una fuente de alimentación del sistema de control (1). La característica principal de la fuente de alimentación estabilizada (5), consiste

en mantener una tensión constante a la salida para grandes variaciones de la

tensión de entrada, como ejemplo entre 85V y 240V.

-

Bloque 6: Es un conector para el bus de comunicaciones externas, pudiéndose conectar tanto un sistema cableado como un sistema inalámbrico, que permite el control y la monrtorización de todos los dispositivos. Está constituido por un módulo ZigBee.

-

Bloque 7: Es un conjunto de cuatro relés (7), que permiten modificar la impedancia vista por el balasto electrónico en función del terminal de conexión (8.1 , 8.2) del primario del transformador (8) conectado, de acuerdo al relé seleccionado para que se cierre mientras que los restantes permanecen abiertos. De esta forma la lámpara de descarga sin electrodos puede trabajar por ejemplo al 110%, 100%, 80%, 60% de su potencia nominal.

-

Bloque 14: Es un conectm de entrada, que permite el control del dispositivo controlador, por cierre die contactos libres de tensión. El transformador (8), es un trans,formador con relación de transformación Ifariable. El bobinado primario dispone de cinco bornes de conexión, uno fijo y cuatro seleccionables en función de la relación de transformación requerida.

Una vez descrita suficientemente la naturaleza de esta invención, así como una aplicación práctica de la misma, sólo queda por añadir que tanto sus materiales, componentes, dimensiones y disposición de los mismos, son

susceptibles de modificaciones, siempre que no afecten de forma sustancial a

S las características que se reivindican a continuación.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   5 10 1S

   1Dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos, que regula individualmente cada luminaria; instalado entre el balasto electrónico y dicha lámpara; equipado con dispositivos para el control cen'lralizado de la instalación de alumbrado, caracterizado porque, está constituido por una serie de componentes principales y otros adicionall~s cuya descripción, configuración y características técnicas son las si~,u¡entes: a) Un controlador (1), qU13 comprende una unidad de control (2), el cual es un micro controlador pro9ramable, configurado para la coordinación de los componentes siguientes: sensor de corriente (4), fuente de alimentación estabilizada (5) e interface con periféricos (6), que es un conector con el módulo de comunicaciones externas (11) cableado o por control remoto.

   20

   b) Cuatro relés (7), que determinan las tensiones de salida del transformador (8) que se corr13sponden con los diferentes niveles de funcionamiento del dispositivo por ejemplo: 110%, 100%, 80%, 60% de la potencia nominal de la lámpara de descarga sin electrodos.

   25

   c) Un transformador (8) con relación de transformación variable en el bobinado primario o secundario, con al menos cuatro bornes de conexión. Como variante se puede utilizar un autotransformador.

   d) Uno o varios conectores de entrada (14) mediante contactos libres de tensión.

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   e) Un selector de nivel de funcionamiento del dispositivo (15), desde el cuadro de control de la instalación de alumbrado, controlado por un bus de comunicaciones cableado o por control remoto.

   2-Dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos, según reivindicación primera, caracterizado porque, en cualq uier nivel de funcionamiento determinado por

   alguno de los relés (7) en posición cerrado, el factor de potencia del conjunto (balasto electrónico, dispositivo controlador, lámpara de descarga sin electrodos) se mantiene entre el valor original y 1.

   3-Dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos, según reivindicación primera, caracterizado porque, al elevar la impedancia vista por el balasto electrónico mediante el terminal elevador (8.2) del transformador (8), aumenta la corriente que circula por el balasto electrónico sin necesidad de elevar la tensión de la red , lo que ocasiona un funcionamiento de la lámpara por encima de su potencia nominal.

   4-Dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos, según reivindicación primera, caracterizado porque, en sistemas de control de control de cabecera con

   autocalibración: a) La linea de entrada (1:2) que alimenta al balasto electrónico (10), está conectada también a la entrada del sensor de tensión (3). b) La salida de este sensor de tensión (3) se conecta a través de un circuito acondicionador de señal a la unidad de control (2).

   5-Dispositivo controlador de consumo de energia eléctríca para lámparas de descarga sin electrodos, según reivindicación primera, caracterizado porque, en sistemas de control punto a punto por cierre de

   contactos:

   a) Los contactos libres de tensión del relé externo (17) se conectan al conector de entrada (14). b) Este conector de entrada (14) se conecta a través de un circuito acondicionador de señal a la unid;3d de control (2).

   6-Dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para

   lámparas de descarga sin electrodos, según reivindicación primera,

   caracterizado porque, según la realización preferente, constituye un módulo

   totalmente independiente interconectado entre el balasto electrónico y dicha

   lámpara, sin modificación alguna del sistema convencional.

   5 7-Dispositivo controlador de consumo de energía eléctrica para lámparas de descarga sin electrodos, según reivindicación primera, caracterizado porque, como segunda realización se pueden incorporar el

   transformador (8), los relés (7) y el sensor de corriente (4) en un balasto

   electrónico convencional.