ES2575589A1 - Sistema de ahorro de electricidad mediante múltiples bobinas de inducción con sistema de control de ajuste de tensión y programable - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema de ahorro de electricidad que comprende un dispositivo de ahorro de electricidad que incorpora múltiples bobinas de inducción, con sistema de control de ajuste de tensión y programable. El sistema está diseñado para reducir el consumo de energía eléctrica en instalaciones trifásicas, mejorar la calidad de la energía consumida mediante la reducción de armónicos, reducir la potencia reactiva y proveer a la instalación con un mayor equilibro entre las fases. El sistema está caracterizado por su autorregulación para conseguir una tensión y una corriente óptimas a la salida, de acuerdo a los parámetros deseados por el usuario, adaptándose a una tensión de entrada muy variable.

Description

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Sistema de ahorro de electricidad mediante multiples bobinas de induction con sistema de control de ajuste de tension y programable.

Objeto de la Invencion

La presente invencion se refiere a un sistema de ahorro de electricidad mediante multiples bobinas de induccion con sistema de control de ajuste de tension y programable, que aporta importantes novedades y ventajas con respecto a los sistemas equiparables existentes en el estado actual de la tecnica.

Mas concretamente la invencion se refiere a un sistema compuesto por un dispositivo trifasico de reduction del consumo de energfa electrica en el que intervienen multiples devanados en capas alternas, dispuestos concentricamente a diferentes alturas en los que es invertida la direction de cada devanado secuencialmente sobre un unico nucleo trifasico, incorporando el sistema un conjunto de control formado por un dispositivo de voltfmetro, unas serie de reles de estado solido programables mediante los que se conecta cada devanado dependiendo de la tension de entrada.

El campo de aplicacion de la invencion se encuadra en el sector tecnico electrico, de los transformadores y autotransformadores electricos y de la eficiencia energetica.

Antecedentes y Sumario de la Invencion

Los sistemas de transformadores actuales suelen tener un bobinado de entrada y un bobinado de salida mediante los que se realiza un aumento o una disminucion de tension dependiendo de la relation de transformation, segun se requiera. Los

autotransformadores poseen un unico devanado establecido en diferentes porciones en serie, con una o mas tomas intermedias en relacion con las porciones definidas, con los que se logra igualmente un aumento o una disminucion de la tension requeridos. Los equipos transformadores conectados en zigzag existentes en el estado de la tecnica suelen cruzar una fase con otra, sin embargo la antigua tecnologfa suele producir una cafda de tension del 4,5% en la salida a la carga, siendo sistemas estaticos, pasivos de trabajo lineal.

En instalaciones electricas de baja tension, es muy normal medir en ocasiones tensiones de entrada mas bajas de lo esperado, debido principalmente a la calidad del suministro electrico, al consumo mayor de corriente por parte de los usuarios a determinadas horas, o a otras razones. Por lo tanto, al poner un sistema de autotransformador en zigzag a la entrada, con una reduccion de la tension de al menos un 4%, la tension de salida que alimenta la carga resulta demasiado baja y es por esto que algunas cargas crfticas del consumidor de electricidad no funcionan correctamente en los momentos de menor tension.

Se conocen en el estado actual de la tecnica diversas realizaciones de sistemas destinados a regular y controlar las desviaciones de tension en instalaciones trifasicas. A tftulo de ejemplo ilustrativo se pueden mencionar, entre otros, los siguientes documentos:

El documento de Patente KR-2020060021627, referida a un Transformador del Tipo de Ahorro de Energfa (en ingles, "Power Saving Type Transformer''), consiste en un

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transformador con bobinas que se cruzan una vez en modo zigzag. Se trata de un sistema que es estatico y esta ideado para la reduction de las perdidas en vacfo principalmente.

El documento de Patente ES-2395064 T3, describe un "Dispositivo de Transformation para Regular Automaticamente la Tension de una Alimentation Trifasica". El dispositivo desarrolla un dispositivo que ajusta automaticamente la tension de suministro trifasico suministrada a un sitio de consumo de energfa, a un rango objetivo de tension inferior a su tension nominal y que alimenta equipos de carga, cuyo transformador trifasico esta conectado en estrella y con un conjunto de conmutadores que incluyen tiristores conectados en paralelo y en direcciones opuestas entre si. El dispositivo solo trabaja con la tension.

El documento de Patente Internacional num. WO2013089448 A1 describe un "Regulador Automatico de Voltaje" mediante el que se aumenta o reduce la tension y funciona con multiples contactos a la salida.

El documento de Patente KR-20090089235 (A) describe un Regulador Automatico de Tension (en su denomination inglesa, "Automatic Voltage Regulator''), destinado a controlar el nivel de tension de salida con la utilization de transformadores toroidales.

El dispositivo de la presente invention aporta mejoras sustanciales con respecto a los dispositivos de la tecnica actual y solventa eficazmente determinados inconvenientes asociados a tales dispositivos conocidos, para lo cual se ha previsto que mediante un conjunto de control incorporado en el sistema, cada devanado sea conectado automaticamente a efectos de regular la tension de salida a carga dependiendo de la tension de entrada y proporcionando asf a la instalacion una tension adecuada, al mismo tiempo incorporando cruces alternos de fases que ayudan a estabilizar la corriente, la tension y a mejorar la calidad de la electricidad, consiguiendo una reduccion de consumo energetico. Esta invencion, por tanto, es aplicable a todo tipo de instalaciones trifasicas de baja tension.

Asf, la presente invencion se refiere un dispositivo para la reduccion del consumo de energfa electrica en el que, en una forma de realization preferida, el dispositivo contiene un nucleo trifasico de ferrita o de acero electrico o acero al silicio caracterizado por comprender multiples devanados dispuestos concentricamente, en capas alternas y a diferentes alturas, que tienen multiples cruzamientos entre ellos sobre el nucleo trifasico e invirtiendo al menos dos veces la direction de cada devanado secuencialmente; el conjunto contiene al menos un voltfmetro que registra la tension de entrada al dispositivo, una fuente de alimentacion de AC220V / DC24V que proporciona alimentacion electrica a seis reles de estado solido que monitorizan la tension de entrada y que a la salida accionan el contacto correspondiente sin paso por cero. Previo a estos reles, se han incluido al menos seis fusibles que protegen el sistema contra un exceso de corriente causado por cortocircuitos, mientras que posterior a los reles el sistema incluye tres reles de estado solido diferentes que accionan el contacto con uno de los devanados 10, 11, 12, 13, 14 o 15, refiriendonos a la figura 1, dependiendo de la tension de entrada. Por otro lado, el dispositivo incluye al menos un bypass que puentea los devanados mencionados anulando su efecto en caso de que la tension de entrada sea inferior a la programada por el usuario. El dispositivo esta ideado para reducir el consumo de energfa electrica, mejorar la calidad de la energfa consumida mediante la reduccion de armonicos, reducir la potencia reactiva y proveer a la instalacion con un mayor equilibro

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entre las fases. Ademas el sistema es autorregulable para conseguir una tension y una corriente optimas a la salida, de acuerdo a los parametros deseados por el usuario, adaptandose a una tension de entrada muy variable.

Breve Descripcion de los Dibujos

Estas y otras caracterfsticas y ventajas de la invention se pondran mas claramente de manifiesto a partir de la descripcion detallada que sigue de un ejemplo de realization preferida de la misma, dado unicamente a tftulo ilustrativo y no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:

La Figura 1 es una representation del diagrama de conexiones del dispositivo incluido en el sistema de ahorro de electricidad de la presente invencion, y

La Figura 2 es un ejemplo de realizacion del sistema trifasico incluido en la Figura 1, en base a multiples devanados concentricos, en capas alternas y a diferentes alturas, con cruzamientos entre ellos y sobre un unico nucleo trifasico.

Descripcion Detallada de una Forma de Realizacion Preferida

Tal y como se ha mencionado las figuras ilustran un ejemplo de realizacion preferida del sistema de ahorro de energfa electrica propuesto por la invencion. Asf, atendiendo en primer lugar a la Figura 1 de los dibujos, se muestra un esquema de un dispositivo conforme al sistema preconizado, el cual contiene tres pletinas de conexion de entrada que recibiran la electricidad de la acometida trifasica VT. Sobre ellas, estan conectados al menos dos cables a dos fases que entran en un voltfmetro 1, en cuya salida del voltfmetro 1 hay tres reles 9.1, 9.2 y 9.3. La salida del rele 9.1 esta conectada a la entrada de tres reles de estado solido 3.1, 3.2 y 3.3, alimentados electricamente por medio de una fuente de alimentation 6 de 24V DC, a cuya salida hay tres fusibles 4.1, 4.2 y 4.3 con el amperaje correspondiente, y conectados a su salida a los bobinados exterior e intermedio 10, 11, 12 del dispositivo. La salida del rele 9.2 esta conectada a la entrada de tres reles de estado solido 7.1, 7.2 y 7.3, a cuya salida hay tres fusibles 8.1, 8.2 y 8.3 con el amperaje correspondiente, y conectados a su salida al bobinado intermedio 13, 14, 15 del dispositivo. La salida del rele 9.3 esta conectada a la entrada de un bypass 5 que puentea los bobinados exterior e intermedio y da paso al bobinado interior.

Haciendo ahora referencia a la Figura 2 de los dibujos, se muestra un diseno de un ejemplo de realizacion del sistema trifasico de reduction del consumo de energfa electrica propuesto por la presente invencion, que se caracteriza por comprender multiples devanados dispuestos concentricamente, en capas alternas y a diferentes alturas, que tienen multiples cruzamientos entre ellos sobre un unico nucleo trifasico. Este sistema trifasico de reduccion del consumo de energfa electrica esta incluido, como se comprendera, en la Figura 1.

El dispositivo contiene tres pletinas de conexion de entrada que recibiran la electricidad de la acometida trifasica VT segun se ha comentado anteriormente. Estas tres pletinas entran directamente en los bobinados primarios 16, 19, 22, 17, 20, 23, 18, 21, 24. El bobinado 16, con devanado simple y en la direction de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 28 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 28 esta conectado con el bobinado 34 con

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devanado simple y en la direction de las agujas del reloj. A su salida conecta a con "u" - 4%.

Del mismo modo, el bobinado intermedio 17 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 29 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 29 esta conectado con el bobinado 35 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con "u" - 2%.

Asimismo, el bobinado interior 18 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 30 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez este bobinado 30 esta conectado con el bobinado 36 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con "u" - 0%.

Por otro lado, el bobinado 19 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 31 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 31 esta conectado con el bobinado 37 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con "v'' - 4%.

Del mismo modo, el bobinado intermedio 20 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 32 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 32 esta conectado con el bobinado 37 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con ''v'' - 2%.

Asimismo, el bobinado interior 21 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 33 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 33 esta conectado con el bobinado 39 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con "v'' - 0%.

Por ultimo, el bobinado 22 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 25 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 25 esta conectado con el bobinado 40 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conectando con "w" - 4%.

Del mismo modo, el bobinado intermedio 23 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 26 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 26 esta conectado con el bobinado 41 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con ''w" - 2%.

Asimismo, el bobinado interior 24 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj, esta conectado con el bobinado 27 que es doble y esta devanado en el sentido contrario a las agujas del reloj. A su vez, este bobinado 27 esta conectado con el bobinado 42 con devanado simple y en la direccion de las agujas del reloj. Su salida conecta con "w" - 0%.

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De esta manera, las distintas salidas pueden ser seleccionadas mediante el dispositivo de control a efectos de regular la tension de salida proporcionada a carga en funcion de la tension de entrada.

En la figura 2 y en el modo de funcionamiento del aparato, debe entenderse que el dispositivo aquf descrito tiene tres TAP's que denominamos TAP 4%, TAP 2% y TAP 0% que producen una reduction de la tension en dichos porcentajes, la reduction de tension del4% que produce el dispositivo cuando se conecta el TAP 4% se consigue mediante la combination de los siguientes devanados en zig-zag R16, R17, R18, S28, S29, S30, R34, R35, R36 con salida a "u" - 4%, S19, S20, S21, T31, T32, T33, S37, S38, S39 con salida "v" - 4%, T22, T23, T24, R25, R26, R27, T40, T41, T42 con salida "w" - 4%.

Por otro la reduccion de tension del 2% que produce el dispositivo cuando se conecta el TAP 2% se consigue mediante la combinacion de los siguientes devanados en zig-zag R17, R18, S29, S30, R35, R36 con salida a "u" - 2%, S20, S21, T32, T33, S38, S39 con salida "v" - 2%, T23, T24, R26, R27, T41, T42 con salida ''w'' - 2%.

Por otro la reduccion de tension del 0% que produce el dispositivo cuando se conecta el TAP 0% se consigue por la action del bypass que puentea los bobinados externos y deja en funcionamiento el cruce de bobinados en zig-zag que combina los devanados R 18, S30, R36 con salida a "u" - 0%, S21, T33, S39 con salida "v" - 0%, T24, R27, T42 con salida "w" - 0%.

Como se observa en la figura 2, los bobinados en zig-zag de la presente invention conectan una fase con la contigua mediante el cruce de los devanados, es decir, la fase R se cruza con la S y vuelve a la R, la fase S se combina con la T y vuelve a la S y la fase T se combina con la R y vuelve a la T. Los devanados de la franja superior, R16, R17, R18, S19, S20, S21, T22, T23, T24 de las tres fases tienen una polaridad aditiva, al cruzarse con la fase contigua en la franja central R25, R26, R27, S28, S29, S30, T31, T32, T33 se invierte el sentido de su devanado y se duplica el numero de espiras teniendo una polaridad reductiva y por ultimo al volver nuevamente a la fase de origen, esta vez en la franja inferior, se invierte nuevamente el sentido del devanado teniendo una polaridad aditiva nuevamente y se devana con el mismo numero de espiras que en la franja superior teniendo los devanados R34, R35, R36, S37, S38, S39, T40, T41, T42.

Al calcular el flujo magnetico complejo de cada fase del sistema de cruce de bobinados en zig-zag de la presente invencion, la polaridad aditiva y reductiva se compensan teniendo una reduccion del flujo magnetico, consiguiendo compensar la inductancia y restaurando el desequilibrio en la corriente y la tension.

Por otro lado la relation entre la inductancia y la velocidad angular en un sistema de corriente alterna genera una reactancia inductiva, que al fluir la intensidad consigue generar perdidas de energfa reactiva, en otras palabras, al decrecer el flujo magnetico por la accion del cruce de bobinados en zig-zag de la presente invencion se reduce la inductancia y la reactancia favoreciendo la reduccion de la energfa reactiva.

No se considera necesario hacer mas extenso el contenido de la presente description para que un experto en la materia pueda comprender su alcance y las ventajas que de la misma se derivan.

No obstante lo anterior, debe entenderse que la invencion es susceptible de cambios y modificaciones comprendidas asimismo dentro de su ambito de protection, especialmente en lo que se refiere a tipos de componentes utilizados en la realization preferida de la invencion delimitada unicamente por el alcance de las reivindicaciones 5 anexas.

Claims (4)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un Sistema de ahorro de energfa electrica mediante multiples bobinas de induction con sistema de control de ajuste de tension y programable de acuerdo a un ejemplo de realization de la presente invention, que comprende:

   Un dispositivo trifasico autotransformador en el que intervienen multiples devanados conectados en zig-zag, caracterizado porque tales devanados (16, 17, 18; 19, 20, 21; 22, 23, 24; 25, 26, 27; 28, 29, 30; 31, 32, 33; 34, 35, 36; 37, 38, 39; 40, 41, 42) estan dispuestos concentricamente, con 2 cruzamientos con los devanados de las diferentes fases sobre un unico nucleo trifasico e invirtiendo al menos dos veces el sentido de cada devanado.

   Un voltfmetro (1) que registra la tension de entrada al dispositivo.

   Al menos seis fusibles (4.1, 4.2, 4.3; 8.1, 8.2, 8.3) que protegen el sistema contra un exceso de corriente causado por cortocircuito.

   Al menos seis reles de estado solido (3.1, 3.2, 3.3; 7.1, 7.2, 7.3) colocados a la entrada de los devanados.

   Al menos tres reles de estado solido (9.1, 9.2, 9.3) colocados a la salida del voltfmetro (1) donde el rele 9. 1 accionara los devanados que producen una cafda de tension del 4%, el rele 9.2 accionara los devanados que producen una cafda de tension del 2% y el rele 9.3 accionara la entrada del bypass (5) que puenteando los devanados no producira cafda de tension.

   Un bypass (5) que puentea los devanados y conecta con el devanado 0% en caso de que la tension de entrada sea inferior a la programada por el usuario.
2. 2. Un Sistema de ahorro de energfa electrica mediante multiples bobinas de induccion con sistema de control de ajuste de tension y programable de segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los seis reles de estado solido (3.1, 3.2, 3.3; 7.1, 7.2, 7.3) monitorizan la tension de entrada y a la salida accionan el contacto correspondiente sin paso por cero y estan alimentados por una fuente de alimentation de 24V (6).
3. 3. Un Sistema de ahorro de energfa electrica mediante multiples bobinas de induccion con sistema de control de ajuste de tension y programable segun la reivindicacion 1 en el que el rele 9.1 acciona el devanado correspondiente al TAP 4%, que el rele 9.2 acciona el devanado correspondiente al TAP 2% y que el rele 9.3 da paso al bypass (5) que conecta el TAP 0% y que el accionamiento de cada rele depende de la tension de entrada detectada por el voltfmetro (1).
4. 4. Un Sistema de ahorro de energfa electrica mediante multiples bobinas de induccion con sistema de control de ajuste de tension y programable segun la reivindicacion 1 a 3, caracterizado porque admite ser ajustado por el usuario, a efectos de seleccionar la tension a la que los reles de estado solido (3.1, 3.2, 3.3; 7.1, 7.2, 7.3) conectan cada bobinado.