ITBO20060103A1

ITBO20060103A1 - EQUIPMENT FOR CONTROLLED POWER OF LIGHTING SYSTEMS.

Info

Publication number: ITBO20060103A1
Authority: IT
Inventors: Luciano Ghergo
Original assignee: G I & E S P A
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-15
Also published as: EP1819206A2; EP1819206A3

Description

APPARECCHIATURA PER L’ALIMENTAZIONE CONTROLLATA DI IMPIANTI DI ILLUMINAZIONE EQUIPMENT FOR THE CONTROLLED POWER SUPPLY OF LIGHTING SYSTEMS

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico degli apparati preposti all'alimentazione controllata di impianti di illuminazione, in particolare costituiti da lampade del tipo a scarica di gas, secondo prefissati piani di risparmio energetico. Tale tipologia di illuminazione rappresenta, nel caso di vasti ambienti di lavoro (capannoni ed ampi spiazzi) ed ogni qual volta sia necessaria un’elevata potenza specifica per illuminare grandi superfici concentrando la potenza luminosa su pochi limitati centri, la categoria di sorgente luminosa più efficiente e diffusa per costi di esercizio contenuti, semplice principio di funzionamento, elevato grado di illuminamento e possibilità di conseguire lunghi periodi di accensione continua; per contro, tali sorgenti luminose a scarica di gas presentano limiti quali la pessima resa cromatica, un dispendio energetico rilevante e, di conseguenza, un elevato grado di inquinamento illuminotecnica deH’ambiente. The present invention is part of the technical sector of apparatuses for the controlled supply of lighting systems, in particular consisting of lamps of the gas discharge type, according to predetermined energy saving plans. This type of lighting represents, in the case of large work environments (warehouses and large open spaces) and whenever a high specific power is required to illuminate large surfaces by concentrating the light power on a few limited centers, the most efficient light source category. and widespread for low operating costs, simple operating principle, high degree of illumination and the possibility of achieving long periods of continuous ignition; on the other hand, these gas-discharge light sources have limits such as poor color rendering, a significant energy expenditure and, consequently, a high degree of lighting pollution of the environment.

Attualmente, questi inconvenienti sono stati superati da un'apparecchiatura, divulgata dalla medesima Richiedente nel brevetto numero 1.321.138, preposta alla riduzione dell'energia assorbita dalle armature di alimentazione di impianti di illuminazione. Tale soluzione tecnica comprende un autotrasformatore di tensione a più prese, funzionalmente interposto fra il gruppo di lampade e la linea destinata ad alimentarle, ed un sistema di controllo elettronico atto a pilotare l'autotrasformatore medesimo, consentendo un controllo discreto del valore di tensione applicata ai capi delle lampade. Il sistema di controllo viene programmato per fornire diversi livelli di tensione a seconda dell'ora e del giorno dell'anno, in modo da ottimizzare la quantità di luce emessa dalle lampade, evitando sprechi; esso può essere comandato a distanza per esempio attraverso l'uso di un modem GSM. Currently, these drawbacks have been overcome by an apparatus, disclosed by the same Applicant in the patent number 1.321.138, designed to reduce the energy absorbed by the power supply fixtures of lighting systems. This technical solution includes a voltage autotransformer with multiple sockets, functionally interposed between the group of lamps and the line intended to power them, and an electronic control system designed to drive the autotransformer itself, allowing a discrete control of the voltage value applied to the heads of the lamps. The control system is programmed to provide different voltage levels depending on the time and day of the year, in order to optimize the amount of light emitted by the lamps, avoiding waste; it can be remotely controlled for example through the use of a GSM modem.

Lo scopo principale della presente invenzione consiste nel proporre un'apparecchiatura per l'alimentazione controllata di impianti di illuminazione, in particolare costituiti da lampade a scarica di gas, che permetta di realizzare un efficiente piano di razionalizzazione energetica in ogni condizione di carico, garantendo i minimi standard richiesti dall’ambiente specifico e riducendo l'inquinamento luminoso. The main purpose of the present invention is to propose an apparatus for the controlled power supply of lighting systems, in particular consisting of gas discharge lamps, which allows to realize an efficient energy rationalization plan in every load condition, guaranteeing the minimum standards required by the specific environment and reducing light pollution.

Un ulteriore scopo della presente invenzione consiste nel proporre un’apparecchiatura in grado di variare in modo continuo la tensione di alimentazione applicata ai capi delle lampade negli impianti di illuminazione. A further object of the present invention is to propose an apparatus capable of continuously varying the power supply voltage applied to the heads of the lamps in lighting systems.

Un altro scopo dell’invenzione consiste nel proporre un’apparecchiatura di peso ed ingombro contenuto, che permetta altresì di telediagnosticare lo stato di funzionamento di ogni singola lampada, consentendone così la rapida localizzazione e sostituzione in caso di malfunzionamento. Another purpose of the invention is to propose a device of limited weight and dimensions, which also allows remote diagnosis of the operating status of each individual lamp, thus allowing its rapid location and replacement in the event of a malfunction.

S’intende perseguire i succitati scopi proponendo un’apparecchiatura affidabile in ogni condizione di funzionamento, di semplice concezione e costi contenuti rispetto alle finalità che si intendono perseguire. It is intended to pursue the aforementioned purposes by proposing reliable equipment in all operating conditions, of simple design and low cost compared to the purposes to be pursued.

I suddetti scopi sono ottenuti in accordo con il contenuto delle rivendicazioni. The above objects are achieved in accordance with the content of the claims.

Le caratteristiche dell'invenzione, non emergenti da quanto appena detto, saranno meglio evidenziate nel seguito, in accordo con quanto riportato nelle rivendicazioni e con l'ausilio delle allegate tavole di disegno, nelle quali: The characteristics of the invention, not emerging from what has just been said, will be better highlighted below, in accordance with what is reported in the claims and with the aid of the attached drawing tables, in which:

■ la figura 1 illustra mediante uno schema a blocchi funzionale l'apparato oggetto dell’invenzione, che resta individuato fra una sezione di ingresso A ed una di uscita B; ■ Figure 1 illustrates by means of a functional block diagram the apparatus object of the invention, which remains identified between an input section A and an output section B;

<■>le figure 2 e 3 riportano altrettanti circuiti elettrici schematici ed esemplificativi di un blocco generico mostrato in figura 1. Figures 2 and 3 show as many schematic and exemplary electrical circuits of a generic block shown in Figure 1.

Con riferimento alle allegate tavole di disegno, in particolare alla figura 1 , l'apparecchiatura in oggetto resta individuata fra relative sezioni di ingresso A e di uscita B, in corrispondenza delle quali è connessa rispettivamente ad una sorgente di tensione alternata VAc, previa interposizione di organi di protezione di tipo noto, e ad una pluralità di carichi elettrici L1, L2,.., Lj. Lnrappresentativi un impianto di illuminazione, per esempio costituiti da lampade del tipo a scarica di gas. With reference to the attached drawing tables, in particular to Figure 1, the apparatus in question remains identified between relative input A and output B sections, in correspondence with which it is connected respectively to an alternating voltage source VAc, after the interposition of protection members of a known type, and to a plurality of electrical loads L1, L2, .., Lj. Representatives of a lighting system, for example consisting of lamps of the gas discharge type.

L'apparecchiatura comprende, sostanzialmente: un dispositivo funzionalmente previsto in corrispondenza della relativa sezione di ingresso A, preposto alla conversione della tensione alternata VAc, ad esempio trifase e fornita dalla rete di alimentazione pubblica in bassa tensione (valore efficace della tensione concatenata pari a 380 Volt), in una tensione continua VDCdi dato valore resa disponibile ai propri morsetti di uscita; una pluralità di unità modulanti U1, U2. Uj. Unconnesse rispettivamente alla pluralità di lampade L2,.., Lj,..., Lned alimentate dalla tensione continua VDC, con ciascuna unità Ujcostituita da uno o più interruttori elettronici allo stato solido E1, E2. Ej, EJ<A>EJ, Ej<C>, Ej<D>,..., Enattivabili/disattivabili a consentire la circolazione di una relativa corrente elettrica ljattraverso la corrispondente lampada Ljdi pertinenza; una centralina preposta all’attivazione/disattivazione degli stessi interruttori elettronici allo stato solido E1, E2,..., Ej, Ej<A>, Ej, Ej<c>, Ej<D>. Enmediante rispettivi segnali di comando S1, S2,.., Sj, Sj<A>, Sj, Sj<C>, Sj<D>. Snin ragione di una prefissata tecnica di modulazione di tipo noto, ad esempio la modulazione basata sulla durata degli impulsi (PWM) o la modulazione basata sulla frequenza degli impulsi. The equipment substantially comprises: a device functionally provided in correspondence with the relative input section A, designed to convert the alternating voltage VAc, for example three-phase and supplied by the public power supply network in low voltage (rms value of the concatenated voltage equal to 380 Volt), in a direct voltage VDC of given value made available at its output terminals; a plurality of modulating units U1, U2. Uj. Unconnected respectively to the plurality of lamps L2, .., Lj, ..., Lned powered by the direct voltage VDC, with each unit Uj consisting of one or more solid state electronic switches E1, E2. Ej, EJ <A> EJ , Ej <C>, Ej <D>, ..., Can be deactivated / deactivated to allow the circulation of a relative electric current lj through the corresponding lamp Lj of pertinence; a control unit responsible for the activation / deactivation of the same solid-state electronic switches E1, E2, ..., Ej, Ej <A>, Ej , Ej <c>, Ej <D>. By means of respective command signals S1, S2, .., Sj, Sj <A>, Sj , Sj <C>, Sj <D>. By virtue of a predetermined modulation technique of a known type, for example modulation based on the duration of the pulses (PWM) or the modulation based on the frequency of the pulses.

In figura 2, in maniera schematica ed a scopo esemplificativo, è stata riportata una nota configurazione circuitale di una unità modulante generica Ujopportunamente connessa ad una relativa lampada Ljsecondo una configurazione a ponte, in caso di applicazione della tecnica di modulazione basata sulla durata degli impulsi (PWM): la tensione "raddrizzata” VDcad opera del dispositivo convertitore alimenta il ponte e la corrente ljapplicata alla lampada Ljpuò assumere un andamento sostanzialmente sinusoidale ad ampiezza variabile attivando e disattivando, per un determinato tempo all'interno di ogni periodo di ciclo elementare, la coppia di interruttori EJ<A>, EJper ottenere la semionda di corrente positiva e la coppia di interruttori Ej<C>, Ej<D>per ottenere quella negativa, come noto. In tale figura, per semplicità, non è stato rappresentato il relativo filtro di tipo passa-basso destinato ad attenuare le armoniche di corrente ljdi ordine superiore. In figure 2, schematically and by way of example, a known circuit configuration of a generic modulating unit suitably connected to a relative lamp Lj according to a bridge configuration has been reported, in case of application of the modulation technique based on the duration of the pulses ( PWM): the "rectified" voltage VDcad operated by the converter device supplies the bridge and the current applied to the lamp Lj can assume a substantially sinusoidal trend with variable amplitude by activating and deactivating, for a determined time within each elementary cycle period, the pair of switches EJ <A>, EJ to obtain the positive current half-wave and the pair of switches Ej <C>, Ej <D> to obtain the negative one, as known. In this figure, for simplicity, it is not the relative low-pass filter intended to attenuate the higher order current harmonics lj has been shown.

La soluzione appena descritta, pertanto, consente l'applicazione per esempio di una corrente sinusoidale ljad ogni lampada generica Lj, di ampiezza e frequenza variabile in modo continuo entro un ampio intervallo di valori. Inoltre, la possibilità di gestire in modo indipendente ciascuna lampada Lje l’inserimento funzionale nel circuito di dispositivi di misura delle grandezze elettriche, quali multimetri digitali (anch’essi non rappresentati per semplicità), ne consente l'ottenimento della massima efficienza e la possibilità di diagnosticarne un malfunzionamento prematuro: lampade anche dello stesso tipo, infatti, presentano caratteristiche elettriche distinte a causa della diversa età e grado di usura e ciò può essere rilevato analizzando la forma d’onda della corrente ljche vi circola a seguito dell'applicazione ai relativi capi di una prefissata forma d’onda in tensione Vj,l'analisi (per esempio compiuta in automatico da un software a ciò preposto) delle caratteristiche elettriche di ogni lampada fornisce quindi indicazioni sul suo stato di funzionamento e sul tipo di forma d'onda di corrente che è preferibile applicare per ottimizzarne il funzionamento. The solution just described, therefore, allows the application, for example, of a sinusoidal current lj to each generic lamp Lj, of continuously variable amplitude and frequency within a wide range of values. Furthermore, the possibility of independently managing each Lje lamp and the functional insertion in the circuit of devices for measuring electrical quantities, such as digital multimeters (also not represented for simplicity), allows to obtain maximum efficiency and the possibility to diagnose a premature malfunction: lamps even of the same type, in fact, have distinct electrical characteristics due to the different age and degree of wear and this can be detected by analyzing the waveform of the current that circulates there following the application to the relative heads of a predetermined voltage waveform Vj, the analysis (for example carried out automatically by a specific software) of the electrical characteristics of each lamp therefore provides indications on its operating status and on the type of waveform of current that it is preferable to apply to optimize its operation.

Considerazioni analoghe valgono per la configurazione circuitale riportata in figura 3, relativa ancora ad una lampada generica Lj: in questo caso l'attivazione e disattivazione dell'interruttore Ejper determinati intervalli di tempo all'interno di un periodo di ciclo elementare consente, come noto, di variare il valore medio della tensione Vjapplicata alla lampada Lj; anche in questo caso un filtro non indicato sarà previsto per smorzare tutte le componenti armoniche della corrente ljcircolante attraverso la lampada Lj. Similar considerations apply to the circuit configuration shown in Figure 3, again relating to a generic lamp Lj: in this case the activation and deactivation of the switch Ej for certain time intervals within an elementary cycle period allows, as is known, to vary the average value of the voltage Vj applied to the lamp Lj; also in this case a filter not indicated will be provided to dampen all the harmonic components of the current lj circulating through the lamp Lj.

Alla luce delle considerazioni suesposte emergono le grandi potenzialità e le vantaggiose caratteristiche tecnico-funzionali che rendono l'apparecchiatura in oggetto molto interessante sotto il profilo funzionale, economico ed ecologico. Con la presente invenzione si eliminano parti ingombranti e meccaniche soggette ad usura quali l'autotraformatore ed i teleruttori: l’apparecchiatura, infatti, è costituita di soli componenti allo stato solido, risultando pertanto molto più compatta, affidabile e di costi certamente inferiori. Ciascuna lampada Ljappartenente all'impianto di illuminazione può essere alimentata in maniera distinta, applicando forme d’onda di tensione Vjfinalizzate ad ottimizzarne l’efficienza luminosa; strumentazione elettronica di misura integrata nell'apparecchiatura, poi, è in grado di rilevare le caratteristiche elettriche delle lampade che ne permettono uno sfruttamento ottimale, consentendo altresì di riconoscerne un eventuale malfunzionamento o rottura (telediagnosi). Tale soluzione tecnica, inoltre, consente una variazione continua dell'ampiezza e della frequenza (nonché della forma d'onda più in generale) della tensione applicata ai capi di ogni lampada Ljgenerica. In the light of the above considerations, the great potential and the advantageous technical-functional characteristics emerge that make the equipment in question very interesting from a functional, economic and ecological point of view. With the present invention, cumbersome and mechanical parts subject to wear such as the autotransformer and contactors are eliminated: the equipment, in fact, consists only of solid state components, thus resulting much more compact, reliable and certainly lower costs. Each Lj lamp belonging to the lighting system can be powered separately, by applying voltage waveforms Vj finalized to optimize the luminous efficiency; electronic measuring instrumentation integrated in the equipment, then, is able to detect the electrical characteristics of the lamps that allow an optimal exploitation, also allowing to recognize any malfunction or breakage (remote diagnosis). This technical solution, moreover, allows a continuous variation of the amplitude and frequency (as well as of the wave form more generally) of the voltage applied across each generic lamp.

E' evidente, quindi, come la presente apparecchiatura renda possibile l'attuazione di un piano di razionalizzazione energetica che in sé porti implicazioni non solo di tipo economico, ma anche ecologico: infatti, è possibile ridurre in modo sensibile l'energia assorbita dalle lampade e l'inquinamento luminoso, realizzare un efficiente piano di risparmio energetico in ogni condizione di carico e garantire i minimi standard di illuminamento richiesti dall'ambiente specifico conseguendo il miglior rapporto risparmio energetico-flusso luminoso emesso. It is therefore evident how this equipment makes it possible to implement an energy rationalization plan which in itself has implications not only of an economic nature, but also ecological: in fact, it is possible to significantly reduce the energy absorbed by the lamps. and light pollution, create an efficient energy saving plan in all load conditions and guarantee the minimum lighting standards required by the specific environment, achieving the best energy saving-emitted luminous flux ratio.

Si intende che quanto sopra è stato descritto a titolo esemplificativo e non limitativo, per cui eventuali varianti di natura pratico-applicativa si intendono rientranti nell'ambito protettivo dell'invenzione come sopra descritto e nel seguito rivendicato. It is understood that what above has been described by way of non-limiting example, therefore any variants of a practical-applicative nature are understood to fall within the protective scope of the invention as described above and claimed hereinafter.

Claims

CLAIMS 1. Apparatus for the controlled power supply of lighting systems, with said apparatus energized by an alternating voltage source VA C with the consent of protection members and intended to power a plurality of electrical loads L1, L2, .., Lj,. .., Defining the aforementioned lighting systems, characterized in that it comprises: a device functionally provided in correspondence with the input section A of the aforementioned equipment, designed to convert the aforementioned alternating voltage VAc into a direct voltage VDC available at its output terminals; a plurality of modulating units U1, U2, ..., Uj. Un respectively connected to the aforementioned plurality of electrical loads L1, L2, .., Lj, ..., Lned powered by the aforementioned direct voltage VDC, each cited unit Uj being also constituted by at least one solid-state electronic switch Ej, Ej <A>, Ej , Ej <C>, Ej <D> can be activated / deactivated to allow the circulation of a relative electric current lj through the corresponding aforementioned load Lj; a control unit for activating / deactivating the aforementioned solid-state electronic switches E1, E2, ..., Ej, Ej <A>, Ej , Ej <C>, En by means of respective command signals S1, S2 ,. ., Sj, Sj <A>, Sj , Sj <C>, Sj <D>, ..., Snin due to a predetermined modulation technique.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the aforementioned control unit activates / deactivates the aforementioned solid-state electronic switches E1, E2, ..., Ej, Ej <A>, Ej , Ej <C>, Ej <D>. En, by means of said command signals S1, S2, .., Sj, Sj <A>, Sj , Sj <C>, Sj <D>. According to a modulation technique based on the pulse width ("PWM").

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the aforementioned control unit activates / deactivates the aforementioned solid-state electronic switches E1, E2, ..., Ej, Εj <A> Ej, Ej <C>, Ej <D> , .., En, by means of said command signals S1, S2, .., Sj, Sj <A> Sj , Sj <C>, Sj, ..., Sn according to a modulation technique based on the frequency of pulses.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that said control unit sends the aforementioned control signals S1, S2, .., Sj; Sj <A> S , Sj <c>, Sj <D>, Sna means of conveyed waves transmitted on the respective electric lines that feed the same loads L1, L2, .., Lj, ..., Ln.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the aforementioned conversion device and plurality of modulating units U1, U2, ..., Uj, ..., Un are constituted by solid state components.