ES2589062B1 - Sistema con detección de tensión en la entrada, con regulación de tensión de salida y programable - Google Patents

Sistema con detección de tensión en la entrada, con regulación de tensión de salida y programable Download PDF

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ES2589062B1 ES201500318A ES201500318A ES2589062B1 ES 2589062 B1 ES2589062 B1 ES 2589062B1 ES 201500318 A ES201500318 A ES 201500318A ES 201500318 A ES201500318 A ES 201500318A ES 2589062 B1 ES2589062 B1 ES 2589062B1
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Abstract

Sistema con detección de tensión en la entrada, con regulación de tensión de salida y programable.#La invención se refiere a un sistema de regulación de tensión eléctrica para instalaciones monofásicas o bifásicas con detección de tensión en CA a la entrada. Que comprende dos bobinados primarios (W1, W4) estando el inductor (W4) devanado en sentido opuesto al inductor (W1) y dispuestos entre la entrada de red y la salida a carga, y además comprende un bobinado de excitación compuesto por dos inductores (W2, W3) conectados a la salida de los bobinados primarios. Que recibe de la red comercial un suministro monofásico en CA, con una tensión dentro de un rango predeterminado, y que entrega a la salida una tensión en CA reducida respecto de la tensión de entrada, con la ayuda de un sistema compuesto por detector de tensión de entrada, un microcontrolador y un conmutador de salida.

Description

SISTEMA CON DETECCIÓN DE TENSIÓN EN LA ENTRADA, CON
REGULACIÓN DE TENSIÓN DE SALIDA Y PROGRAMABLE
s
Objeto de la Invención
La presente invención se refiere a un sistema de
regulación de tensión eléctrica para instalaciones
monofásicas y bifásicas mediante un núcleo Toroidal devanado
10
con múltiples inductores, con un sistema de control de
regulación de la tensión que incluye una placa de circuito
impreso con microcontrolador programable , que aporta
importantes novedades y ventajas con respecto a los sistemas
equiparables existentes en el estado actual de la técnica .
lS
Más concretamente la invención se refiere a un sistema
con detección de tensión en la entrada , compuesto por un
autotransformador toroidal destinado a instalaciones
monofásicas F-N o bifásicas F-F con múltiples devanados
20
dispuestos concéntricamente en capas alternas y a diferentes
alturas , en el que los devanados de inducción primarios
invierten su sentido de devanado y que están bobinados sobre
un único núcleo toroidal, compuesto por una lámina de acero
al silicio arrollada de forma helicoidal y aislada de los
2S
devanados , que también puede incluir al menos dos devanados
de excitación . El sistema incorpora, así mismo un conjunto
compuesto, al menos , por una unidad con sensor de tensión en
CA (Corriente Alterna) que detectará la tensión suministrada
por la red a la entrada del transformador , un transformador
30
de bobinados independientes de 220V en el primario y 12V en
el secundario, un circuito rectificador, un microcontrolador
y un sistema de conmutación, conjunto mediante el que se
conecta selectivamente cada devanado de excitación
dependiendo de la tensión de entrada .
3S
El campo de aplicació~ de la invención se encuadra en el
sector técnico eléctrico de los controladores de variables
eléctricas controlando un dispositivo interno, que utilizan un transfOL-rnador o inductancia como r;-eguldci6n final .
5 Antecedentes y Sumario de la Invención
La reducción de nuestro consumo de energía eléctrica es cada día más importante y no solo por los costes, sino por el impacto medioambiental que ello supone . El alto consumo
10 global de energía causa una gran parte de la emisión de GEl a la atmósfera. La electricidad está presente en todos los ámbitos de la sociedad actual y es necesario emplearla de manera racional .
15 En general, la energía eléctrica comercializada con tensión a 220V se suministra a las instalaciones residenciales y come rciales en el intervalo aproximado de 210-230V. Sin embargo , los aparatos eléctricos y electrodomésticos están diseñados para su uso normal a un nivel de tensión de
20 aproximadamente 2l0V . Por lo tanto, si un electrodoméstico utiliza la energía eléctrica recibida de la red en el rango de 210-230V, es posible reducir el excedente de energía y conseguir un nivel óptimo de funcionamiento sin problemas , consiguiendo que el electrodoméstico funcione más
25 eficientemente y reducir su consumo de energía eléctrica .
Unas de las formas desarrolladas para reducir el consumo energético es controlando las variables eléctricas como la tensión y la corriente . Existen en el mercado dif erentes 30 sistemas de control de la tensión con soluciones muy dispares utilizando diferentes tipos de transformadores y sistemas de control manuales o electrónicos. Los sistemas de t ransformadores actuales suelen tener un bobinado de entrada y un bobinado de salida mediante los que se realizan un 35 aumento o una disminución de la tensión dependiendo de l a relación de transformación, según se requiera . Los
autotransformadores poseen un único devanado establecido en diferentes particiones en serie, con una o más tomas intermedias en relación con las particiones definidas, con los que se logra igualmente un aumento o una disminución de 5 la tensión requeridos. Existen, asimismo equipos autotransformadores conectados en zigzag e n el est ado de la técnica, que suelen cruzar una fase con otra, sin embargo esta tecnología suele producir una caída media de t ensión del 4, 5% en la salida a la carga, siendo sistemas estáticos,
10 pasivos de trabajo lineal teniendo algunas limitaciones.
En instalaciones eléctricas de baja tensión, es muy normal medir en ocasiones tensi ones de entrada más bajas de 15 lo esperado, debido principalmente a la calidad del suministro eléctrico, la mayor demanda de energía eléctri ca por parte de los usuarios a determinadas horas , o a otras razones. Por l o tanto, al poner un sistema de autotransformador a la entrada, con una reducción lineal de
20 la tensión de al menos un 4% -5%, la tensión de salida que aliment a la carga r e sulta demasiado baja y es por esto que algunas cargas críticas del consumidor de energía eléctrica no funcionan correctamente en los momentos de menor tensión .
25 Se conocen en e l estado actual de la técnica diversas realizaciones de sist emas des t inados a regul ar y controlar las desviaci ones de tensión en inst alaciones trifásicas y monofásicas . A título de ejemplo ilustrativo se pueden mencionar, entre otros, los siguientes documentos:
El documento de Modelo de utilidad KR-20-0429523-0000,
referida a un Transformador del Tipo de Ahorro de Energía (en inglés, " Power Saving Type Transforrner") I consiste en un 35 transformador con devanados primarios que se conectan en una de sus part i ciones int ermedias a la salida a carga y al mismo tiempo en una segunda partición sus devanados se cruzan una
vez en modo zigzag con devanados secundarios que de las fases
contiguas conectando su salida al neutro de la instalación .
El sistema invierte una vez con el fin de minimizar las
pérdidas en vacío y mitigar armónicos . Aunque este sistema
5
utiliza bobinados como medio para regular la tensión, tanto
el principio como su funcionamiento son diferentes a l os que
mostraremos en el desarrollo y explicación de la presente
invención .
10
El documento de Patente ES-2395064 T3, describe un
"Dispositivo de Transformación para Regular Automáticamente
la Tensión de una Alimentación Trifásica". La invención
desarrolla un dispositivo que ajusta automáticamente la
lS
tensión de suministro trifásico suministrada a un sitio de
consumo de energía , a un rango objetivo de tensión inferior a
su tensión nominal y que alimenta a la carga. Utiliza un
transformador trifásico conectado en estrella que incorpora
diferentes devanados por cada fase con un conjunto de
20
conmutadores que incluyen tiristores conectados en paralelo y
en direcciones opuestas entre sí, detecta la tensión a la
salida y da orden mediante su microordenador de poner o
quitar cada devanado en virtud de la comparación del patrón
preprogramado, para lo que los tiristores conectarán o
25
desconectarán cada devanado produciendo caídas de tensión
desde el 0% a l 6% . El dispositivo sólo trabaja con la
tensión . Este dispositivo y su configuración difieren mucho
de la presente invención, en primer lugar la disposición de
los devanados es diferente, ya que los mismos están
30
dispuestos en serie sin inversión del sentido del mismo, en
segundo lugar el dispositivo utiliza tiristores colocados en
sentido contrario . Por otro lado el sistema de control que
realizan se basa en un sistema de bucle cerrado de control
con realimentación en el que la medición se realiza a la
35
salida del transformador .
La solicitud Internacional núm. W02013/089448 Al
describe un " Regulador Automático de Voltaje" incorpora un sistema de transformación para regular la tensión de entrada y que incluye una pluralidad de lengüetas a la salida que permiten la salida de diferentes tensiones de acuerdo a l número de espiras seleccionadas por las lengüetas y una
unidad
de conmutación con diferentes conectores que conectan
el
número de lengüetas en función a la tensión
preseleccionada por
el usuario .
El modelo de utilidad No . KR-2020020018363 control automático de potencia para instalaciones monofásicas. La técnica utilizada se basa en la acción de inducción mutua mediante la conexión cruzada de los devanados del autotransformador toroidal , en el que se invierte el sentido de cada devanado produciendo compensación entre ellos por inducción mutua . El sistema reduce la tensión en la entrada y a la salida hacia la carga . La tecnología únicamente reduce la tensión de forma lineal , adolece de cualquier ajuste de la tensión de salida en respuesta a la tensión de entrada o de cualquier otro parámetro, por lo tanto no es aplicable en todas l as situaciones .
Por otro lado forma también parte del estado de la técnica la patente española ES 2 268 952 Al "Regulador de tensión monofásico para corriente alterna perfeccionado". La invención se refiere a un regulador de tensión monofásico para corriente alterna del tipo de los llamados
transformadores
variables o autotransformadores r para el que
su
inventor eligió una regulación chopper para regular la
tensión
de salida, compuesta por varios IGBT (transistor
bipolar de puerta aislada) conectados en paralelo, cuya función es trocear la señal alterna de entrada al nivel de tensión necesaria para después ser filtrada con la ayuda de un filtro montado en serie y alimentar a la carga. Este regulador alcanza hasta una potencia límite de salida de
ES 2 589 062 Al
regulador de unos 5kw tensión de referencia externa.
aproximadamente. En esta se fija previamente en invención la una entrada
5
La Patente ameri cana US 8,436,602 B2 es un circuito
compensador de tensión que está ideado para elevar la salida
de voltaje AC en respuesta a una fuente de tensión en AC más
baja. El sistema se compone de un autotransformador que
incorpora tres devanados en serie con diferentes taps de
10
salida . El conjunto contiene a su vez un sistema de control
que contiene un generador de tensión de referencia y un
detector de tensión real , mediante un comparador de la
diferencia de la tensión activará un solenoide que accionará
un conmutador que en caso de tensión muy baja conectará los
15
devanados para elevar la tensión a la tensión de referencia .
Esta invención tiene aplicaciones para diferentes tensiones y
su funcionalidad es para elevar la tensión de salida cuando
la entrada es muy baja o bien dejarla en la misma magnitud si
la tensión es la deseada . Su aplicación según el documento de
20
patente mencionado es para la al imentación a vehículos
recreacionales del tipo de las auto-caravanas. El sistema de
transformación es con devanados en serie sobre una de las
fases.
25
La patente ES2 926 582 T3 Presenta un regulador de
tensión que utiliza varios transformadores en serie que deben
ser cíclicamente excitados o desexcitados respectivamente por
medio del cortocircuito o alimentación a su bobinado primario
con conmutadores estáticos controlados electrónicamente por
30
triacs. Incluye un transformador en serie, cuyo bobinado
secundario está conectado en serie con la fase de la línea
que necesita ser regulada, está provisto de dos bobinados
primarios y controlados para su apertura y cierre por medio
de triacs que forman conjuntamente un medio de conmutación
3S
estática . Conti ene también una unidad de procesamiento
electrónico que detecta si la tensión de salida es mayor o
menor que un valor nominal prefijado, en tal caso dismi nuye o
aumenta la tensión de salida respectivamente. La construcción ideal de dicho transformador es posicionando el bobinado secundario entre los dos bobinados primarios .
5 La patente número JPH03290718 A 199911220 Power Saving Circuit fer Single-Turo transformer, que se pOdría traducir como ahorro de energía mediante transformador de bobinado simple . Consiste en un sencillo circuito compuesto por un transformador de único bobinado conectado en serie con un
10 circuito de conmutación formado por dos tiristores dispuestos en direcciones opuestas y un circuito de control . Este sistema está ideado para eliminar pérdidas en vacío cuando el bobinado está desenergizado .
15 Patente JP-2004-377290 ilustra un dispositivo de control de tensión que se compone de dos transformadores , uno de ellos con un único bobinado conectado en paralelo entre los dos hilos de entrada de red monofásica y el segundo transformador de bobinado doble en el que sus devanados se
20 encuentran acoplados magnéticamente . En el segundo transformador el devanado primario está conectado en serie entre la entrada de red y la salida a la carga . Asimismo un extremo del devanado secundario del segundo transformador está conectado a la salida del devanado único del primer
25 transformador y el otro extremo del devanado secundario del segundo trans formador está conectado a un conmutador incluido en una unidad de control que incluye un circuito de supervisión de la tensión y el conmutador propiamente dicho, en este conmutador tiene tres posibles conexiones.
30 El pr imer transformador t iene tres salidas que corresponden a los dos hilos de entrada más un tercer hilo que se obtiene del tap central del devanado estas tres salidas están conectadas a las tres conexiones posibles del
35 conmutador, éste conmutará a una u otra posición según lo r:equer-ido. El bobinado primario del segundo transformador inducirá positivamente o negat ivamente al segundo bobinado
dependiendo de la dirección de la tensión en cada momento .
Solicitud internacional WO 2013;000034 Al sistema y método para reducir el consumo de energía en un circuito de 5 alimentación, que consiste en un regulador de tensión que contiene dos bobinas devanadas sobre dos núcleos diferentes de hierro que pueden ser lineales o toroidales . Ambos bobinados tiene dos salidas, la segunda salida del primer bobinado está conectada a la primera salidas del segundo 10 bobinado. El transformador incluye un variac para controlar la tensión de salida. La pri mera salida del variac está conectada al neutro de la instalación y la segunda salida del variac está conectada a la salida del transformador, la segunda salida del segundo bobinado está conectada a la línea 15 de suministro . Opcionalmente los bobinados pueden compartir el mismo núcleo , el sistema incluye un controlador que, a su vez incluye un sensor de tensión a la salida del transformador y varios comparadores para comparar la tensión a l a salida del transformador con el límite máximo y minimo
20 de tensión deseada .
El sistema incluye un brazo móvil controlado por un motor que está conectado entre el segundo transformador y la salida, donde el brazo móvil se mueve entre la tensión máxima
25 y mínima para controlar que la tensión de salida se sitúe dentro de los límites establecidos por el usuario.
Todos los bobinados están, según las explicaciones y planos, en paralelo con los terminales de entrada y de 30 salida .
La So1icitud ~nternacional WO 2007/031038 A2 Es un regulador de tensión que contiene dos transformadores di ferentes y sobre núcleos toroidales cada uno de ellos . El
35 primer transformador está constituido como un autotransformador con un devanado H de potencia y un segundo devanado de regulación con múltiples sal idas y e l segundo transformador es un transformador tradicional compuesto por devanados independientes y dos salidas intermedias . La entrada del devanado primario del autotransformador H está conectado al terminal de entrada de red y su salida está conectada a la entrada del devanado primario del segundo transformador . La salida del devanado primario del segundo transformador está conectada al terminal de salida del regulador de tensión hacia la carga . La salida del segundo devanado de regulación del primer autotransformador está conectada al segundo TAP del segundo devanado del segundo transformador, a su vez la entrada del segundo devanado del segundo transformador está conectada a un relé de retroalimentación, que alternativamente conecta a la entrada de la fuente de regulación de tensión, compuesta por un autotransformador con múltiples salidas que son seleccionadas por un brazo móvil que es accionado por un motor conectado a la unidad de control . La salida del segundo devanado del segundo transformador está conectada al borne de neutro y la salida del autotransformador de la fuente de regulación de tensión está asimismo conectada al borne de neutro .
La solicitud internacional W00133309 (Al) muestra un regulador de tensión compuesto por un transformador elevador booster y un segundo transformador regulador con multitud de taps , un sistema de conmutación y un sistema de control . El devanado secundario del primer transformador booster está conectado en serie entre la entrada de la red y la salida a la carga . Un extremo del devanado primario del t ransformador booster está conectado a los taps de salida del segundo transformador regulador, la otra salida del devanado primario del transformador booster está conectada a un sistema de conmutación compuesto por una plural idad de conmutadores electrónicos de taps tipo SeR o triacs , cada conmutador está conectado entre la salida del secundario del booster y el correspondiente tap del devanado secundario del transformador regulador , con el fin de proveer una entr'e la pluralidad de tensiones al devanado primario del booster. Por tanto el
booster aumentará o reducirá la tensión de salida a la carga.
El transformador booster incluye un filtro notch en serie con
el fin de reducir los efectos del régimen transitorio en los
puntos muertos del proceso de conmutación . Para su
s
funcionamiento el sistema incluye un sistema de control que
se compone de un sensor de tensión a la entrada del
transformador booster que está conectado a un convertidor de
señal analógica en señal digital, conectado al sistema de
conmutación de taps y dos sensores de cruce por cero de la
10
onda de tensión y de la onda de corriente respectivamente que
están conectados al sistema de conmutación antes referido¡ el
sistema compara la tensión de entrada con la tensión nominal
esperada de tal manera que el sistema de conmutación
conectará el tap requerido en el momento del cruce por cero
15
para que la salida de tensión a la carga sea la deseada .
La patente US 2012/00200279 Al Sistema y método de
restauración dinámica de voltaje . El sistema incluye un
sistema de detección de fallo de tensión . El sistema de
20
detección de fallo de tensión está configurado para adquirir
una señal de tensión de referencia mediante una lógica de
toma de datos de la línea de alimentación para determinar si
hay una caída de t ensión en l a línea de alimentación,
determinar un voltaje de corrección mediante una lógica de
25
control para corregir la situación, usar el voltaje de
referencia para producir la tensión de corrección y aplicar
la tensión corregida a la línea eléctrica . Concretamente el
sistema incluye un transformador trifásico en paralelo con un
cambiador de tomas en carga (OLTCI con tres devanados
30
primarios independientes y conectados a la tensión de
suministro de la subestación eléctrica y tres devanados
secundarios igualmente independientes , uno de los terminales
de cada devanado secundario está derivado a tierra, además
los devanados secundarios incluyen múltiples taps. El sistema
35
incluye una lógica de control que implementa un algoritmo que
determinará la señal que controla el intercambiador de tomas
en car ga, la tensión de salida va directamente a un reactor
en serie que está configurado para corregir el ángulo de fase
de la t ensión derivada . La tensión corLegida es recibida por
un segundo transformador en serie con ratio de transformación
1: 1, por tanto la tensión corregida será recibida por su
5
devanado secundario y será inducida directamente a l devanado
primario que aplicará en la red de tal manera que el tendido
eléctrico recibirá la corrección de la caída de tensión y la
subestación regional y la carga recibirán la tensión ya
corregida . La lógica de control incluye un circuito de
10
retroalimentación mediante el que la tensión de corrección es
i nformada a la lógica de toma de datos , de tal modo que ésta
evite la inyección de tensión de corrección a la red en caso
de que la caída de tensión sea por un periodo inferior a
medio ciclo, es decir 0, 02 segundos apr oximadamente .
15
Patente us 6087818 muestra una invención de un elevador
de voltaje enchufable desti nado a auto caravanas a 120V con
una elevación de un 12% mayor o de un 6% mayor . El circuito
eléctrico está formado por un sistema de control que
20
identifica la tensión a la entrada y da orden a un relé
(OPOT) doble polo y doble vía que está conectado al sistema
de transformación con devanados de elevación en serie del 12%
y del 6% respectivamente, el relé seleccionará el paso por
transformador o bien el baipás de éste . Por otro lado
2S
incorpora una palanca manual con la que el usuario podrá
conmutar a una elevación del 12% ü del 6% de la tensión .
Patente US-5808454 Estabilizador de tensión en corriente
alterna. Contiene un transformador con un solo devanado con
30
diferentes taps y aparte tiene un reactor de inducción mutua
dispuesto en paralelo al anterior . La entrada del devanado
primario del reactor de inducción mutua está conectada a la
salida del transformador de devanado único y su salida
conectada a tierra. La entrada al devanado secundario del
3S
reactor de inducción mutua está conectada a la línea de
suministro y su salida está conectada a la carga . El devanado
secundari o está diseñado para sumi nistrar una corriente
adecuada a la carga y una tensión inferior o igual a la tensión de suministro . Una matriz de interruptores se conecta selectivamente al tap requerido . La matriz de i nterruptores incluye un baipás que tiene un terminal fijo conectado al 5 terminal de salida del transformador de devanado único y el otro extremo conectado a la salida común de los interruptores. Los interruptores están provistos de relés o triaes indistintamente. Un controlador de comparación de tensión está conectado a la entrada de tal modo que tiene un 10 extremo conectado a la línea de suministro y el otro conectado a una fuente de tensión de referencia que consiste en un resistor . Una lógica de control OR está conectada por uno de sus terminales entre la salida del controlador de comparación de tensión y por otro terminal a la salida del 15 comparador de corriente instalado en la salida a carga. Una salida común de la lógica de control est á conectada a la entrada al baipás y a una entrada específica de control de la matriz de interruptores que controla la apertura de todos los interruptores . El conjunto incluye un comparador de tensión 20 de salida a carga que está conectado en paralelo con el reactor de inducción mutua de tal manera que su entrada está conectada a la salida del devanado secundario del reactor y su salida se conecta a la entrada de la matriz de interruptores . En su funcionamiento , el sistema subirá o 25 bajará la tensión de salida a en respuesta una tensión de referencia más baja o más alta detectada pOI' el comparador de tensión, para ello la lógica de control activará el bypass y se conectará el devanado primariO del reactor con el tap inferior del transformador de devanado único, lo que tendrá 30 un circuito cerrado que neutralizará el flujo magnético en el reactor convirtiendo este en un conductor y por tanto la tensión de entrada será suministrada directamente a la tensión de salida . En el caso contrario, que la tensión de entrada sea mayor que la de referencia el sistema operará en 35 sentido opuesto, abriendo el bypass, cerrando el interruptor correspondiente y dando una tensión determinada que excitará el flujo magnético del reactor proveyendo a la salida con una
tensión menor .
Sin duda alguna las anteriores invenciones han contribuido a enriquecer e l estado de la técnica , sin embargo el objeto de la presente invención es mostrar un sistema de ahorro de energía eléctrica mediante el control de variables eléctricas fundamentales , con un avance significativo en una nueva dirección, que mejorará el estado actual de la técnica . Del mismo modo el objeto de la presente invención es proveer al estado de la técnica de un sistema sencillo, de menores dimensiones , con gran efectividad, aplicable a gran cantidad de instalaciones, con un reducido número de componentes, un tamaño realmente manejable, con menor coste de producción y por tanto muy rentable tanto para el fabricante como para el usuario .
El dispositivo de la presente invención aporta mejoras sustanciales con respecto a los dispositivos de la técnica 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 automáticamente a efectos de regular la tensión de salida a la carga , dependiendo de la tensión de entrada y proporcionando así a la instalación una tensión adecuada en tiempo real . Mediante el uso de un núcleo toroidal , formado por una lámina de acero al silicio arrollada de forma helicoidal, se reduce el componente armónico de la fuente de suministro debido al componente reactivo del transformador y también reduce las pérdidas de energía causadas por la distorsión de la fuente de suministro. Incorpora además diversos bobinados arrollados
en
dirección opuesta, que por el efecto de inducción de
flujos
magnéticos , ayudan a estabilizar la corriente en la
salida
proporcionando una mayor estabilidad, reduce la
tensión
por l a incorporación y efecto de los devanados de
excitación y mejora la calidad de la onda por la reducción del ruido . El conjunto completo, como un disposi tivo
compacto,
consigue una reducción de consumo energético y es
aplicable
a todo tipo de instalaciones monofásicas y
bifásicas
tanto residenciales como comerciales en baja
tensión .
Un dispositivo de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada de acuerdo con la presente invención, que es de reducido peso y tamaño, de tal manera que es posible instalarlo en los domicilios y pequeños comercios por un técnico y sin utilizar medios auxiliares . Del mismo modo el dispositivo según la presente invención es susceptible de ser fabricado con medios productivos actuales y ut ilizando componentes comerciales. Por tanto es posible una producción seriada racionalmente económica y de grandes cantidades .
Así , la presente invención se refiere a un disposit ivo para la reducción del consumo de energía eléctrica con detección de tensión de entrada en el que , en una forma de realización preferida el dispositivo contiene un núcleo toroidal formado por una lámina de acero al silicio arrollada de forma helicoidal , alternativamente puede ser de acero eléctrico, o compacto de ferrita , caracterizado por comprender múltiples devanados rodeando el núcleo, en varias capas alternas y cubriendo diferentes áreas del toroide y cruzándose mÚltiples veces entre ellos sobre el núcleo toroidal.
Además el sistema de ahorro de energia eléctrica con detección de tensión de entrada de acuerdo con la presente invención incluye un devanado primario conectado a los t erminales de entrada y salida. El conjunto contiene, a su vez , un dispositivo de detección de tensión a la entrada en
35 CA , y un completo sistema de control y conmutación configurado para produciL' una reducción de la tensión de salida asociada a la tensión aplicada en CA a la entrada del
transformador .
El sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión en CA de entrada, de acuerdo con la presente
5 invención está configurado para reducir en tiempo real la tensión en CA entregada la carga en un ratio predeterminado en respuesta a la tensión detectada en l a entrada.
En términos generales la presente invención muestra un 10 aparato de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión a la entrada de energía en CA, el aparato puede comprender : Un transformador (10) bobinado con un devanado primario y un devanado de excitación, que recibe el suministro de la fuente de energía eléctrica en CA en un 15 terminal de entrada (70) en un rango de tensión predeterminado, y que entrega al terminal de salida (80) una tensión reducida respecto de la tensión en CA a la entrada ; una unidad de detección de tensión de entrada en CA (20) , configurada para generar una señal eléctrica proporcional a 20 la tensión detectada en CA del suministro aplicado al terminal de entrada (70) del transfor mador (10) , con el fin de detectar la tensión recibida en el terminal de entrada (70); un convertidor de señal (30) , configurado para convertir la señal de tensión en CA , generada por l a unidad
25 de detección de tensión en CA (20) , en una señal de detección de tensión en ce tras recibir la señal eléctrica generada por la unidad de detección de tensión en CA (20) ; un microcontrolador (40) , programado para generar una señal de reducción de tensión , que provoca la reducción de la tensión
30 de salida del transformador (10) en proporción a la medida de la señal de tensión en ce mediante la recepción de la señal de tensión en ce convertida por el convertidor de señal (30) ; y un conmutador de salida (50) formado por un relé , configurado para cambiar la relación de transformación de los
35 bobinados de excitación al recibir la señal de control de reducción de la tensión geneL"ada por el micL'ocontrolador
(40) .
Preferiblemente, pero no necesariamente, la unidad de
detección de tensión en CA (20) puede ser un transformador
independiente , teniendo un devanado primario conectado al
terminal de entrada (70) del transformador (10).
5
Preferiblemente, pero no necesariamente , el conmutador
de salida (50) puede ser un relé .
Preferiblemente, pero no necesariamente, el
10
transformador (10) puede estar compuesto por un transformador
devanado con un devanado primar io y un devanado de excitación
sobre un núcleo de forma t oroidal .
Preferiblemente , pero no necesariamente, el
15
t ransformador (lO) puede incluir un primer inductor (Wl )
formado por un devanado primario situado entre el terminal de
entrada (PI) y el terminal de salida (Sl) y un cuarto
inductor (W4) situado entre el terminal de entrada (P2) y el
terminal de salida (52) devanado en dirección opuesta al
20
primer inductor (NI) , además un devanado de excitación
formado por un segundo inductor (W2) un tercer inductor (W3) ,
donde el transformador (10) está conect ado a un conmutador de
salida (50) que cambia la relación de transformación de los
bobinados de e xcitación, donde el primer terminal (L1) del
25
conmutador de salida (50) está conectado al segundo extremo
del tercer inductor (N3) y el segundo terminal (L2) está
conectado al segundo extremo del segundo inductor (N2) y al
primer extremo de l tercer inductor (N3) , y donde el
transformador (lO) incluye un terminal de conmutación (L3)
30
conectado con cualquiera de los dos terminales (Ll , L2) del
conmutador de sali da (50) , que cambia la relación de
transformación.
3S
Preferiblemente, per o no necesariamente, la señal de
reducción de t ensión generada por el microcontrolador (40)
puede ser una señal programada para cambiar l a relación de
transformación del transformador (10) , mediante la excitación
del relé del conmutador de salida (50) en respuesta a un
40
valor de la señal de tensión en ee mayor o menor
respectivamente que un valor de tensión de referencia (REF)
programada en el microcontrolador (40) .
Efectos ventajosos
El sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada para suministro en CA, de acuerdo con la presente invención tiene un efecto ventajoso por el que el exceso de energía eléctrica puede ser ahorrado, porque el suministro en CA en tensiones 210V-230V es reducido y suministrado a la carga, que consiste en los aparatos eléctricos y electrodomésticos.
Otra ventaja es que un suministro en CA a las cargas puede ser estabilizado, cuando la tensión en CA de entrada es elevada, la tensión es reducida en proporción a ésta y entregada a la carga y cuando la tensión en CA de entrada es menor, la tensión es reducida en proporción a ésta, en menor medida , por lo cual es posible conseguir un efecto de consumo efectivo de energía y mayor eficiencia de los aparatos eléctricos y electrodomésticos mediante esta nueva invención.
Breve Descr~pc~ón de los D~bujos
FIG . 1 Es un diagrama de bloques ilustrando un sistema de ahorro de energía eléctrica con det ección de tensión de entrada para suministro en CA de acuerdo a la presente invención .
FIG . 2 Es un diagrama del transformador del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada para suministro en CA de acuerdo con la presente invención .
FI G. 3 Es un diagrama de procesos del sistema de control de bucle abierto del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada para suministro en CA , de acuerdo a un ejemplo de realización de la presente invención .
FIG. 4 Es un diagrama de los dos inductores primarios Wl y W4 del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada para suministro en CA , de acuerdo a un ejemplo de realización de la presente invención.
,.
S
FIG. 5 Es un diagrama de la sección del transformador toroidal que representa el devanado de excitación formado por los inductores W2 y W3 del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada para suministro en CA de, acuerdo a un ejemplo de realización de la presente invención .
Ejemplo de realización preferida de la presente invención .
10
En lo sucesivo , operación del sistema haciendo referencia continuación. se describirá una configuración y una preconizado en la presente invención a los dibujos que la ilustran a
15
Sin embargo, los dibujos descritos se proporcionan como un ejemplo para poner la invención de manera suficiente en manos de los expertos en la técnica. Por consiguiente, la presente invención puede realizarse con diferentes configuraciones y potencias , no se limita a las cifras presentadas a continuación .
20 25 30
A partir de aquí será descrito detalladamente un ejemplo de realización de la presente invención, sus características y ventajas se pondrán más claramente de manifiesto haciendo referencia a los dibujos que se acompañan . En la descripción de la presente invención, ciertas capas , tamaños, formas, componentes o características pueden ser exageradas para mayor claridad y conveniencia. En consecuencia , el significado de los términos o palabras usadas en la memoria descriptiva y reivindicaciones específicas no debe limitarse al sentido liter al o comúnmente empleados , sino que debe ser interpretado o puede ser diferente de acuerdo con la intención de un usuario o un operador y los lISOS habituales. Por lo tanto , la definición de los términos o palabras específicas debe basarse en el contenido a través de la especificación .
35
FIG . 1 Es un diagrama de bloques ilustrando el sistema
de
ahorr o de energí a eléctrica con detección de tensión
de
entrada
para suministro en CA, de acuerdo a la presente
invención .
Con referencia a la FIG. 1 , el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la present e invención puede incluir un transformador, conf igurado para recibir suminist ro de energí a eléctrica en el terminal de entrada (70) dentro de un determinado rango de tensión en CA y suministrar a la carga una t ensi ón reducida a través del terminal de salida (80) . Además, con el fin de detectar la tensión en CA aplicada al terminal de entrada (70) el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada , de acuerdo con la presente invención, puede incluir además una unidad de detección de tensión en CA (20) , que detecta la tensión aplicada al terminal de entrada (70) y generar una señal eléctrica proporcional a la tensión detectada en CA aplicada al terminal de entrada (70) del transformador (10) ; Un convertidor de señal (3D) , configurado par a convertir la señal e l éctrica de la tensión detectada en CA recibida de la unidad de detección de tensión en CA (20) en una señal de detección de tensión en CC .
La unidad de detección de tensión en CA (20) puede utilizar cualquiera de las unidades de detección de tensión conocidas y puede emplear un transformador independiente teniendo un devanado primario conectado al terminal de entrada (70) del transformador (10) , de acuerdo con la realización ejemplar de la presente invención.
Además , el convertidor de señal (30) puede emplear un circuito r ectificador de puente convencional usando cuatro diodos rectificador es y un filtro de condensador para suavizar el efecto de rizado .
Adicionalmente, el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la presente invención puede incluir un microcontrolador (40) , programado para generar una señal de reducción de tensión que
reduce
la tensión de salida del transformador (10) en
proporción
a la medida de la señal de tensión en ce en
respuesta
a la recepción de la señal de tensión en ce
detectada ,
convertida por el convertidor de señal (30) .
El microcontrolador {40l preferiblemente puede incluir una CPU (Unidad Central de Proceso) ejecutable mediante la instalación con un programa de control, programado para generar una señal de control de reducción de tensión en respuesta a la señal de tensión ce recibida del convertidor de señal (30). El sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada , de acuerdo con la presente invención, puede incluir un conmutador de salida (50), formado por un rel é NA-NC convencional que cambia la relación de transformación al recibir la señal de control de reducción de la tensión generada por el microcontrolador (40) .
El sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada , de acuerdo con la presente invención, puede incluir una unidad de display (60) , que muestra el estado de operación del conmutador de salida (50) en respuesta a una orden del microcontrolador (40) . El sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de
entrada,
de acuerdo con la presente invención, puede también
incluir
una unidad de alimentación (90) que suministra
tensión
al microcon trola dor (40) y al conmutador de salida
(50) .
Además, aunque no está reflejado en los dibujos, el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la presente invención puede incluir preferiblemente un circuito de detección de fase , que detecta la fase de la fuente de corriente alterna, y que realiza con mayor precisión la detección de la tensión en CA aplicada al terminal de entrada (70) , que es una tensión en el rango 210-230V.
FIG . 2 Es un diagrama del transformador del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada del suministro en CA de acuerdo con la presente
invención .
El transformador (lO) es un transformador convencional con un devanado primario y un devanado de excitación, que S pueden estar arrollados sobre un núcleo de láminas de ferrita de forma cuadrada o un núcleo de forma toroidal de sección rectangular , cuadrada o circular . Preferiblemente, el transformador (10) utiliza un núcleo toroidal de sección
rectangular , formado por una lámina de acero al silicio
10 arrollada de forma helicoidal , que no solo reduce el componente armónico de la fuente de suministro debido al componente reactivo del transformador (10) , sino que también reduce las pérdidas de energía causadas por la distorsión de la fuente de suministro .
Con referencia al plano, el transformador (10) de acuerdo con la presente invención puede incluir un devanado primario, formado por un primer inductor (WI) y un cuarto
20 i nductor (W4) , devanado éste en dirección opuesta a (Wl) , teniendo dos termina les de entrada (PI , P2) Y dos terminales de salida (S1 , S2) y un devanado de excitación formado por un segundo inductor (W2) y un tercer inductor (W3), donde el primer extremo del inductor (WI) está conectado al terminal
25 de entrada (P1) Y el primer extremo del cuarto inductor (W4) está conectado al segundo t erminal de entrada (P2) .
Además , el segundo extremo del primer inductor (Wl ) puede estar conect ado con el primer terminal de salida (51) y 30 el segundo extremo del cuarto inductor (W4) puede estar conectado con el segundo terminal de salida (52) . El segundo extremo del primer inductor (WI) puede estar conectado en serie con el primer terminal de salida (SI) y simultáneamente conectado a un punto (Ql) donde se conecta el primer extremo 35 del segundo inductor (W2) , que es uno de los devanados de excitación . El segundo extremo del segundo inductor (W2) puede estar conectado en un punto (Q2) con el primer extremo
del tercer inductor (W3) .
El transformador (10) puede estar conectado a un conmutador de salida (50) , que conmuta la relación de 5 transformación del bobinado de excitación . El conmutador de salida (50) puede incluir al menos tres terminales , donde el primer terminal (L1) del conmutador de salida (50) está conectado al segundo extremo del tercer inductor (W3) I el segundo terminal (L2) está conectado a segundo extremo del
10 segundo inductor (W2) y al primer extremo del tercer inductor (W3) en un punto (Q2) .
Además I el transformador (10) puede incluir un terminal de conmutación (L3) que conecta al primer terminal (Ll) o al 15 segundo terminal (L2) del conmutador de salida (50) , que conmuta la relación de transformación del bobinado de excitación . Donde el terminal de conmutación (L3) puede estar conectado a un punto (Q3) situado entre el terminal de salida
(82) y el segundo extremo del cuarto inductor (W4) . 20
El transformador (10) de acuerdo a la presente invención así configurada , puede detectar l a tensión en CA aplicada a los termina l es de entrada (PI, P2) , Y puede reducir la tensión a un valor predeterminado, en respuesta a una medida
25 de tensión detectada , y entregar una tensión reducida a la carga mediante los terminales de salida (SI , 82). En este momento el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la presente invención, puede fijar un valor mayor de reducción de la
30 tensión, cuando la medida de la tensión detectada en los terminales de entrada en CA (PI , P2) es mayor que el valor de la tensión de referencia (REF) programada en el microcontrolador (40). Del mismo modo puede fijar un valor menor de reducción de la tensión cuando la medida de la
35 tensión detectada en los terminales de entrada en CA (PI, P2) es menor que el valor de dicha tensión de referencia (REF) .
Para ser más concretos , cuando el valor de la tensión en CA suministrada a los terminales de entrada (PI, P2) es mayor que el valor de la tensión de referencia (REF) I el terminal de conmutación (L3) I del conmutador de salida (50) está conectado con el segundo terminal (L2) y permite seleccionar, úni camente , el segundo inductor (W2) en los dos devanados de excitación. Como resultado, el suministro en CA aplicado a los terminales (PI , P2) del transformador (lO) experimenta una reducción de tensión en CA teniendo una tensión en proporción a la relación entre espiras, o relación de transformación, p. ej . N2j(Nl +N4 ) entre el devanado primario, donde Nl es el número de espiras del primer inductor (Wl ) y N4 es el número de espiras del cuarto inductor (W4) , y el devanado de excitación, donde N2 es el número de espiras del segundo inductor (W2 ) y que es suministrada a la carga a t r avés de los terminales de salida
(Sl, S2) .
Por el contrario, cuando el valor de la tensión en CA suministrada a los terminales de entrada en CA (PI, P2) es menor que el valor de la tensión de referencia (REF) , el terminal de conmutación (L3) del conmutador de salida (50) está conectado con el primer terminal (Ll) I para permitir seleccionar dos devanados de excitación, que son, el segundo inductor (W2) y el tercer inductor (W3) en respuesta a una orden del microcontrolador (40) . Como resultado , el suministro en CA aplicado a los terminales (PI , P2) del transformador (10) experimenta una reducción de tensión en CA teniendo una tensión en proporción a la relación de transformación, p . ej . (N2 +N3)j(Nl +N4) , entre los devanados primarios, donde Ni es el número de espiras del primer inductor (Wl) y N4 es el número de espiras del cuarto inductor (W4) y los devanados de excitación, donde N2 es el número de espiras del segundo inductor (W2) y N3 es el
3S número de espiras del tercer inductor (W3) y que es suministrada a la carga a través de los terminales de salida (Sl, S2) .
Así pues , según hemos expuesto más arriba, la tensión de
salida del transformador (10) t i ene una tensión proporcional
5
a N2j(Nl +N4) que es l a relación de transformación entre l os
devanados primarios y los devanados de excitación, cuando el
valor de la tensión en CA suministrada a los t erminales de
entrada (PI , P2) es mayor que el valor de la tensión de
referencia (REF) . Y la tensión de salida del transformador
10
(l O) tiene una t ensión proporcional a (N2+N3)/(Nl+N4), que
es la rel aci ón de t r ansformación entre los devanados
primarios y los devanados de excitación, cuando el valor de
la tensi ón en CA suministrada a los terminales de entrada
(Pl , P2) es menor qu e el valor de la tensión de referencia
1S
(REF) , de tal modo que una menor reducción de tensión es
conseguida cuando el valor de la tensión del suministro e n CA
es menor que el valor de la tensión de referencia (REF) I
porque la tensión de salida del transformador (10) es
proporcional a la relación de transformación entre los
20
devanados primarios y los devanados de exci tación, que es
(N2 +N3)/(Nl + N4).
En el sistema de ahorro de energía eléctrica con
dete cción de t ensión de entrada, de acuerdo con la
25
real ización ejemplar de la presente invención, el número de
devanados entre el bobinado primario y el bobinado secundario
del transformador (10) está f ijado de tal modo que el valor
de la tensión de referencia (REF) del suministro en CA puede
estar fijado, p . ej . en 2l 5V , y se genera una reducción de
30
6V , en este ejemplo, cuando la tensión del suministro en CA
excede de 21SV, por el contrario se genera una reducción de
4V , en este ejemplo, cuando la tensión del suministro en CA
es igualo inferior a 215V .
35
En el transfor mador (10) I de acuer do a la configuración
de la presente invenci ón , no se genera un fenómeno de
cort ocircuito en e l terminal de salida, sin importar lo que
seleccione el terminal (L3) del conmutador de salida (50),
porque el terminal (L3) del conmutador de salida (50) está
conectado tanto al terminal de entrada (P2) como al terminal
de salida (S2). Por tanto no se produce el fenómeno de
S
cortocircui to, incluso si se cierra el circuito con cualquier
lado, tanto con el terminal (Ll) como con el t erminal (L2) I
en el momento de la operación de conmutación del terminal
(L3) a cualquiera de ellos .
10
Además t cuando se generan sobretensiones continuamente,
o cuando las operaciones de conmutación son frecuentes debido
a cambios severos en la tensión, para evitar fallos en el
equipo es preferible proporcionar un tiempo de retardo entre
1~10 segundos en el momento de las conmutaciones.
15
El funcionamiento del sistema de ahorro de energía
eléctrica con detección de tensión de entrada de acuerdo con
la realización ejemplar de la presente invención aquí
descrita se explica a continuación:
20
En primer lugar , el transformador (10) , de acuerdo a la
configuración de la presente invención puede recibir
suministro de energía comercial en CA en una tensión entre
2l0-230V en el terminal de entrada (70) . Entonces , la unidad
25
de detección de tensión en CA (20) puede detectar la tensión
en CA aplicada al terminal de entrada (70) , Y generar una
señal eléctrica proporcional a la tensión detectada en CA
aplicada al terminal de entrada (70) del transformador (10) y
transmitirla a l convertidor de señal (30) . El convertidor de
30
señal (30) puede recibir la señal eléctrica generada por la
unidad de detección de tensión en CA (20) Y convertirla en
una señal de detección de tensión en CC empleando un circuito
rectificador de puente convencional , usando cuatro diodos
rectificadores y un filtro de condensador para suavizar el
35
efecto de rizado.
Además! la señal de detección de tensión en ce,
convertida por el convertidor de señal (30) I puede ser transmitida al microcontrolador (40) , donde el microcontrolador (40) puede generar una señal de reducción de tensión, ordenando la reducción de la tensión en CA a la salida del transformador (10) proporcional a la medida de la señal en ce recibida .
Según las explicaciones a través de la Fig . 2, el microcontrolador (40) I de acuerdo a l a configuración de la presente invención, puede generar una señal de control de reducción de la tensión , que provoca el cambio del estado de conexión del terminal de selección (L3) del conmutador de salida (50) I conectado a los devanados de excitación del transformador (10) f en respuesta a un valor de la señal de detección de tensión en ce mayor que la tensión de referencia
(REF) y en respuesta a un valor de la señal de detección de tensión en CC menor que la tensión de referencia (REF) , mediante la programación del valor de la tensión de referencia (REF) en el microcontrolador (40) .
Seguidamente, el conmutador de salida (5 O) está configurado de tal manera que el estado de conexión del terminal de selección (L3) del conmutador de salida ( 5 O) cambia en respuesta a la señal de reducción de tensión generada por el microcontrolador (40) , y por tanto conmuta l a relación de transformación de l os devanados de excitación del transformador (10) , llevando a cabo la reducción de tensión en CA aplicada a los terminales de entrada (70) y que es entregada a la carga a través de los terminales de salida
(8 O) .
De este modo , el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la realización ejemplar de la presente invención, puede ahorrar
3S energía eléctrica excedente suministrada en un rango aproximado entre 210~230V y suministrar una energía con tensión reducida y más estable a los aparatos eléctricos y
electrodomésticos mejorando su eficiencia, por tanto la tensión es reducida y suministrada a la carga a un n i vel proporcional, donde el suministro de energía en CA es menor y el suministro a la carga puede ser más estable y como consecuencia la energía puede ser usada más e ficientemente .
Con referencia a la FrG. 3 , el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada , de acuerdo con la realización ejemplar de la presente invención, puede contener un terminal de entrada (70) , donde recibe la tensión en CA aplicada desde la red eléctrica comercial , esta última no mostrada en el gráfico . Además puede contener un transformador (10) incluyendo un devanado primario formado por un primer inductor (W1) y un cuarto inductor (W4) , y un devanado de excitación formado por un segundo inductor (W2) y un tercer inductor (W3) y una unidad de detección de tensión en CA (20) que es un transformador independiente que tiene un devanado primario conectado al terminal de entrada (70) del transformador (10) , que incluye una unidad de alimentación
(90) que suministra alimentación a un microcontrolador (40) donde la salida del transformador (lO) está realizada por un conector de salida (80) .
Cuando la señal eléctrica proporcional a la tensión en CA detectada en el terminal (70) del transformador (10) es transmitida por la unidad de detección de tensión en CA (20) a un terminal de entrada del convertidor de señal (30) , la señal de tensión detectada en CA es convertida en una señal de detección de tensión en ce mediante un puerto rectificador y un circuito de condensador del convertidor de señal (30), y es aplicada a un puerto de entrada de la Unidad Central de Proceso (U3) del microcontrolador (40), en el que se ha programado previamente una tensión de referencia (REF) , para la comparación con el valor de la señal de detección de tensión en CC recibida del convertidor de señal (30) .
El microcontrolador (40) puede generar una señal de
2.
control de reducción de tensión, configurada para excitar un relé (RY) del conmutador de salida (50), conectado a los devanados de excitación del transformador (10) , en respuesta a un valor de la señal de detección de tensión en ce mayor
5 que la tensión de referencia (REF) , o en respuesta a un valor de la señal de detección de tensión en ce menor que la tensión de referencia (REF) .
Entonces la señal de control de reducción de la tensión
10 aplicada a la salida del conmutador de salida (50) puede ser aplicada a los terminales de entrada del relé (RY) mediante un transistor de conmutación, para excitar dicho relé, que está conectado con cualquiera de los puntos de contacto de salida del relé (Ll , L2) f en respuesta a la señal de control
15 de reducción de tensión en tiempo real , como se explica en la FIG 2 , donde La conexión está realizada de tal manera que selecciona solo el segundo inductor (W2) , conectado al conector de salida del transformador (lO) , o selecciona el segundo inductor (W2) y el ter cer inductor (W3) , conectados
20 igualmente al conector de salida del transformador (101 . Por tanto, cuando la medida de la tensión en CA apli cada a los terminales de entrada (PI , P2) es mayor que el valor de la tensión de referencia (REFl el relé (RY) del conmutador de salida (50) , en respuesta a la señal de control de reducción
25 de tensión generada por el microcontrolador (40), seleccionará la relación de transformación N2j(Nl +N4), que es la relación de transformación entre el devanado primario y el devanado de excitación, en la que NI es el número de espiras del primer inductor (Wl) , N4 es el número de espiras
30 del cuarto inductor (W4) y N2 es el número de espiras del segundo inductor (W2) y, por tanto, una mayor reducción de tensión es ejecutada cuando el valor de la t ensión de suministro en CA es mayor que la tensión de referencia (REF) programada en el microcontrolador (40) según la presente
35 invención. Por el contrario, cuando la medida de la tensión en CA aplicada a los terminales de entrada (PI , P2) es menor que el va l or de la t ensión de referencia (REF) , el relé (RY)
del conmutador de salida (50) , en respuesta a la señal de control de reducción de tensión generada por el microcontrolador (40) , seleccionará la relación de transformación (N2 + N3) /(N l +N4) , que es la relación de transformación entre el devanado primario y el devanado de excitación, en la que NI es el número de espiras del primer inductor (Wl) , N4 es el número de espiras del cuarto inductor (W4) , N2 es el número de espiras del segundo inductor (W2) y N3 es el número de espiras del tercer inductor (W3) , y por tanto una menor reducción de tensión es ejecutada cuando el valor de la tensión de suministro en CA es menor que la tensión de referencia (REF) programada en el microcontrolador (40) según la presente invención .
Por tanto, tal como se ha examinado anteriormente , una relación de transformación entre los devanados primarios y los devanados de excitación de acuerdo con el sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la realización ejemplar de la presente invención, está configurado de tal modo que el valor de tensión de entrada en CA de referencia puede estar programada (p . ej.) a 215V y se genera una reducción de tensión, en este caso, de 6V cuando la tensión de suministro en CA excede de 215V y se genera una reducción de 4V, en este caso, cuando la tensión de suministro en CA es menor o igual a 215V.
Un diodo emisor de luz (07) , conectado a un terminal de salida de la unidad central de proceso (U3) del microcontrolador (40) , es empleado como unidad de display
(60), donde el LEO (07) de l a unidad de display (60) es operado para emitir luz cuando el relé (RY) del conmutador de salida (Sal está operativo y la unidad de alimentación (90) puede suministrar una tensión al controlador (40) y usar
35 tensiones (5V y l2V) para cada componente, usando semiconductores de suministro convencional y un circuito de distribución de tensión que emplea resistores de distribución
de tensión .
El sistema de control de bucle abierto del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección de tensión de entrada, de acuerdo con la realización ejemplar de la presente invención, es un sistema de control más sencillo que los sistemas de control de bucle cerrado, presenta menos errores, menos fallos y una mayor durabilidad .
La FIG . 4 Es un diagrama de los dos devanados primarios Wl y W4 del transformador (10) del sistema de ahorr o de energía eléctri ca con detección de tensión de entrada para suministro en CA, de acuerdo a un ejemplo de realización de la presente invención . El transformador (10) , de acuerdo con
la
presente invención , puede incluir un devanado primario,
formado
por un pri mer inductor (NI) y un cuarto inductor
(W4) ,
devanado en dirección opuesta respecto del devanado
primario
(Nl) . El primer inductor (NI) está devanado
externamente
sobre el núcleo toroidal del transformador (10)
Y conectado entre el terminal de entrada (PI ) y e l terminal de salida (SI) y el cuarto inductor (W4) está devanado externamente sobre el núcleo toroidal del t ransformador (10) Y conectado entre el terminal de entrada (P2) y el terminal de salida (52) .
El segundo extremo del primer inductor (WI) puede contener un punto de conexión (Q1) , situado entre el terminal de entrada (PI) y el terminal de salida (SI) y a la salida del primer inductor (NI), donde se conectará el primer extremo del segundo inductor (W2) , no representado en este gráfico, que es uno de l os devanados de excitación. El segundo extremo del cuarto inductor (W4) puede contener un punto de conexión (Q3) situado entre el terminal de entrada (P2) y el terminal de salida (S2) y a la salida del inductor (W4) , donde puede estar conectado el terminal de conmutación (L3) , no representado en este gráflco .
Ambos inductores (Wl) y (W4) están devanados
externamente sobre el segundo inductor (W2l y el tercer
inductor (W3), no representados en este gráfico, que a su vez
pueden estar devanados sobre un núcleo de láminas de ferrita
5
de forma cuadrada o un núcleo de forma toroidal de sección
cuadrada, rectangular o circular. Preferiblemente, el
transformador (10) utiliza un núcleo toroidal de sección
rectangular formado por una lámina de acero al silicio
arrollada sobre sí misma de forma helicoidal , que no solo
10
reduce el componente armónico de la fuente de suministro
debido al componente reactivo del transformador (10) , sino
que también reduce las pérdidas de energía causadas por la
distorsión de la fuente de suministro. El sistema de ahorro
de energía eléctrica con detección de tensión de entrada para
lS
suministro en CA , de acuerdo a un ejemplo de realización de
la presente invención, puede contener una unidad de detecc ión
de tensión en CA (20) que genera una señal eléctrica
propor c i onal a la tensión en CA detectada en el terminal de
entrada (70) del transformador (10) .
20
La FIG . 5 Es un diagrama de la sección del transformador
toroidal que representa el devanado de excitación formado por
los inductores W2 y W3 en el que se muestra el núcleo
toroidal de forma circular formado por una lámina de acero al
2S
silicio arrollada de forma helicoidal en el transformador
(lOl del sistema de ahorro de energía eléctrica con detección
de tensión de entrada para suministro en CA, de acuerdo a un
ejemplo de realización de la presente invención . Este tipo de
núcleo no solo reduce el componente armónico de la fuente de
30
suministro debido al componente reactivo del transformador
(10) , sino que también reduce las pérdidas de energía
causadas por la distorsión de la fuente de suministro. Los
devanados (W2) y (W3) pueden estar dispuestos en capas
alternas sobre e l núcleo toroidal .
35
El primer extremo del segundo inductor (W2) , que es uno
de los devanados de excitación, puede estar conectado a un
punto (Ql) que se encuentra a la salida del primer inductor
(Wl) , no representado en este gráfico . El segundo extremo del
segundo inductor (W2) puede estar conectado en serie en un
punto (Q2l con el primer extremo del tercer inductor (W3) .
5
El transformador (101 puede estar conectado a un
conmutador de salida (50) con el fin de conmutar la relación
de transformación de los bobinados de excitación . El
conmutador de salida (SOl puede incluir al menos t res
10
terminales , donde el primer terminal (Ll) del conmutador de
sali da (50) está conectado al segundo extremo del tercer
inductor (W3) I el segundo terminal (L2) está conectado a
segundo extremo del segundo inductor (W2) y al primer extremo
del tercer i nductor (W3) en un punto (Q2).
15
El terminal de conmutación (L3) del conmutador de salida
(50) puede estar conectado al punto de conexión (Q3) que se
encuentra a la salida del cuarto inductor (W4) , que se
encuentra conectado entre el terminal de ent rada (Pl ) y el
20
terminal de salida (S2) , no representados en este gráfico .
No se considera necesario hacer más extenso el contenido
de la presente descripción para que un experto en la materia
pueda comprender su alcance y las ventajas que de la misma se
2S
derivan .
No obstante lo anterior, debe entenderse que la
invención es susceptible de cambios y modificaciones
comprendidas asimismo dentro de su ámbito de protección,
30
especialmente en lo que se refiere a tipos de componentes
utilizados en la realización preferida de la invención
delimitada únicamente por el alcance de las reivindicaciones
anexas.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
  2. 1 . Un sistema con detección de tensión de entrada del suministro de energia eléctrica en CA, de acuerdo a un ejemplo de realización de la presente invención, que comprende:
    Un transformador (10) devanado con un bobinado primario y un bobinado de excitación, que recibe un suministro de energía eléctrica en CA en un punto de conexión (PI, P2) , monofásico F-N o bifásico F-F de entrada de la red con una tensión determinada y que entrega a un terminal de salida a la carga (SI , S2) un suministro en CA con la tensión reducida respecto de la de entrada .
    Una
    unidad de detección de tensión en CA (20 ) ,
    configurada
    para generar una señal eléc trica
    proporcional
    a la tensión en CA detectada en los
    terminales de entrada (PI , P2) del transformador (10) .
    Un convertidor de señal (30) configurado para convertir la señal eléctrica de la tensión en CA detectada por la unidad de detección de tensión (20) , en una señal de tensión en CC cuyo voltaje es proporcional al valor pico de la tensión en CA .
    Un microcontrolador (40) que tiene programada una tensión de referencia (REF) y que genera una señal de control que ordena la reducción de l a tensión de salida del transformador (10) , de acuerdo a la comparación de la tensión de referencia (REF) con la señal de tensión en CC recibida del convertidor de señal (3D) .
    Un conmutador de salida (50) configurado para cambiar la relación de transformación del transformador (10) , de acuerdo con la señal de control de reducción de tensión generada por el microcontrolador (40) .
    s
    2S
    3S
  3. 2 . Un dispositivo con detección de tensión de entrada del suministro en CA según la reivindicación 1, caracterizado por contener una unidad de detección de tensión en CA (20) que es un transformador independiente que tiene su devanado primario conectado al terminal de entrada del transformador (10) y su devanado secundario conectado con el circuito posterior .
  4. 3 . Un dispositivo con detección de tensión de entrada del suministro en CA según la reivindicación 2, caracterizado porque el conmutador de salida (50) es un conjunto de relé (RY).
  5. 4 . Un dispositivo con detección de tensión de entrada del suministro en CA según la reivindicación 3, caracterizado porque el transformador (10) tiene un bobinado primario y un bobinado de excitación devanados sobre un núcleo toroidal de sección rectangular obtenido por arrollamiento de una lámina de acero al silicio en forma de espiral sobre s i misma.
  6. 5 . Un dispositivo con detección de tensión de entrada del suministro en CA, según la reivindicación 4, caracterizado porque el transformador (la) incluye un segundo inductor (W2) y un tercer inductor (W3) que
    forman
    un bobinado de excitación y que están devanados
    en
    el mismo sentido sobre el núcleo toroidal del
    transformador
    (10) , y porque incluye un bobinado
    primario,
    devanado externamente en el transformador
    sobre los inductores (W2 y W3) , que está formado por un primer inductor (Wl) y un cuarto inductor (W4) devanado en sentido opuesto respecto del inductor (Wl) , y porque ambos inductores (Wl) y (W4) están aislados entre si, y porque el primer inductor (Wl) está conectado entre el terminal de entrada (Pl) y el terminal de salida (S1) y el cuarto inductor (W4) está conectado entre el terminal de entrada (P2) y el terminal de salida (S2) .
  7. 6. Un dispositi vo con detección de tensión de entrada del suministro en CA según la reivindicación 5, caracterizado porque el transformador (10) está conectado a un conmutador de salida (50) , que cambia su relación de transformación, donde el primer terminal del conmutador de salida (Ll) está conectado al segundo extremo del terCer inductor (W3) y el segundo terminal del conmutador de salida (L2) está conectado al segundo extr emo del segundo inductor (W2) y al primer extremo del tercer inductor (W3) y donde el conmutador de sali da
    (50) incluye un tercer terminal , de conmutación, (L3) , conectado con el correspondi ente terminal (Ll, L2) del conmutador de salida (50) que cambia la relación de transformación .
  8. 7. Un dispositivo con detección de tensión de entrada del suministro en CA según la rei vindi caci ón 6, caracterizado porque la señal de reducción de tensión generada por el microcon trolador (4 O) provoca el cambio de la r elación de transformación al excitar el relé del conmutador de sali da (50) , cuando la medida de la señal
    de
    tensión en CC es mayor, o menor o igual que la
    tensión
    de referencia (REF) programada en el
    mi crocontrolador
    (40).
  9. 8 . Un dispositivo con detección de tensi ón de entrada del suministro en CA según la reivindicaci ón 7, caracterizado porque la relación entre el número de espiras del devanado primario y el número de espir as del devanado de exci tación se selecci ona de modo que genera una reducción mayor de la tensión en CA de sali da a la carga, en respuesta a una tensión en CA de entrada mayor que la tensión de referencia (REF) , o una r educción menor de la tensión en CA de salida a la carga en respuesta a una tensión en CA de entrada menor o igual que la tensión de referencia (REF)
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