Brevetto per Invenzione Industriale dal titolo “DISPOSITIVO INTEGRATO A DOPPIO INVERTITORE”. Patent for Industrial Invention entitled "INTEGRATED DOUBLE INVERTER DEVICE".
DESCRIZIONE DESCRIPTION
L’invenzione concerne un dispositivo in grado di sopperire alla mancanza di tensione di rete od all’insufficienza di potenza di rete per alimentare in corrente alternata i carichi ad esso collegati ed è in grado di intervenire in caso di guasto e/o interruzioni dell’ invertitore di rete del gruppo di continuità. Nel campo dell’ elettrotecnica sono noti apparati, denominati gruppi di continuità, in grado di alimentare carichi elettrici in corrente alternata in caso di interruzione di alimentazione dalla rete. Detti gruppi di continuità provvedono all’alimentazione dei carichi elettrici tramite batterie ed opportuni dispositivi che convertono la corrente continua, resa disponibile dagli accumulatori, in corrente alternata. I gruppi di continuità noti e le privative industriali riguardanti i gruppi di continuità, tra cui la domanda di Brevetto di Invenzione Italiana B02009A000684, descrivono soluzioni tecniche che però consentono unicamente di alimentare i carichi elettrici collegati ricorrendo a batterie ricaricate in vario modo, ma non consentono, in caso di guasto od interruzione di linea od all’ invertitore di rete del gruppo di continuità, di fornire energia elettrica in tempo nullo o brevissimo (pochi millisecondi) per alimentare i carichi elettrici collegati od almeno i carichi privilegiati, intendendo per carichi privilegiali quei carichi collegati ai dispositivi in cui è più importante avere disponibilità di corrente elettrica alternata. Scopo del risultamento è quindi avere un dispositivo che nel contempo è in grado di alimentare carichi con grande spunto, fornire maggior garanzia di alimentazione di quella ottenibile usando un gruppo di continuità collegato a rete elettrica e con maggior disponibilità di potenza di quella disponibile dalla rete stessa. Ulteriore scopo del risultamento è immettere in rete od in accumulo alle batterie energia elettrica prodotta da varie forme di energia rinnovabile e non rinnovabile, come ad esempio i sistemi microcogenerativi CHP (Combined Heat and Power), per avere maggior disponibilità di corrente elettrica per alimentare almeno i carichi privilegiati. Il trovato consente, inoltre, di recuperare il calore dovuto al riscaldamento dei dispositivi utilizzati, per essere riutilizzato come fonte per riscaldamento di acque impiegabili ad uso civile nelle abitazioni o nel piccolo terziario. Il dispositivo integrato a doppio invertitore prevede l’utilizzo di un invertitore di rete collegato all’uscita in corrente continua di un raddrizzatore / caricabatterie e di un invertitore isolato (idoneo per lavorare solo ed esclusivamente “in isola”, ovvero senza andare in parallelo con la rete) dove, nel caso di tensione di rete, l’alimentazione viene garantita dal circuito del gruppo di continuità, con l’invertitore di rete in funzione mentre l’invertitore isolato rimane in posizione di attesa. Quando invece non c’è tensione di rete, l’invertitore di rete si stacca automaticamente dalla rete per mezzo del dispositivo di protezione di interfaccia di cui è dotato ed i carichi privilegiati vengono connessi all’ invertitore isolato che per sua costituzione non si può connettere alla rete. In tal modo è garantita la fornitura di energia elettrica alternata almeno ai candii privilegiati collegati. Inoltre, il dispositivo oggetto del risultamento è in grado di alimentare i carichi collegati sia dalla rete elettrica che dalla stessa rete elettrica addizionata dall’ energia elettrica fornita dalle batterie e trasformata in corrente alternata dall’ invertitore di rete del gruppo di continuità nel caso in cui la potenza assorbita dall’alimentazione dei carichi elettrici ecceda quella messa a disposizione dal contratto di fornitura. Il trovato è illustrato in via puramente indicativa ed in quanto tale non limitativa alla figura 1 del foglio 1 allegato che è vista in schema dei componenti elettrici utilizzati e dei loro collegamenti. In una forma di applicazione preferita ma non esclusiva il dispositivo integrato a doppio invertitore comprende un gruppo di continuità 56 connesso ad un invertitore isolato 20 collegato dalla porta di uscita della corrente continua al gruppo di continuità 56 tramite conduttore 19, come ad esempio cavo elettrico, alla connessione stabile 18. Detta connessione 18 è effettuata sul conduttore 14, ovvero il cavo elettrico di collegamento tra Γ invertitore di rete 26 ed il circuito raddrizzatore / caricabatterie 13, con funzione di invertitore di carica degli accumulatori 15, collegati da conduttore 17 al conduttore 14 per mezzo di connessione stabile 16. L’invertitore isolato 20 è collegato all’uscita della corrente alternata con conduttore 21 ad un commutatore elettromeccanico o statico con comando a distanza 22. Questo commutatore collega il conduttore 21 con il conduttore 30 o con il conduttore 52, in base alla posizione stabilita dall’unità di controllo 40, collegata al commutatore con comando a distanza 22 da conduttore 55. All’unità di controllo 40 sono collegati, tramite conduttori 50 e 54, sensori di corrente 51 e 53 per controllare il passaggio di corrente ai conduttori 52 e 4 in prossimità delle uscite del gruppo di continuità 56. L'unità di controllo 40 è collegata tramite un conduttore 41 ad un sensore di corrente 42 e tramite un conduttore 43, per mezzo di un contatto stabile 44, ad un misuratore di tensione 45, per valutare la presenza o meno di tensione, e le sue caratteristiche, all’ ingresso del gruppo di continuità 56. L’unità di controllo 40 prevede, inoltre, tramite conduttori 46, 47 e 48 collegamenti rispettivamente al circuito raddrizzatore / caricabatterìa 13, all’invertitore isolato 20 ed all’invertitore di rete 26. Tramite conduttore 49 l’unità di controllo 40 è collegata ad interruttore 28 normalmente chiuso e dotato di dispositivo di protezione d’interfaccia e di generatore. L’invertitore di rete 26 è collegato all’entrata della corrente continua a conduttori 32 e 39. Detti conduttori sono connessi a contatori 33 e 38, collegati a connessioni amovibili 34 e 37 di allacciamento rispettivamente al campo fotovoltaico 35, al generatore eolico 36 e/o ad altra sorgente di energia elettrica. Il gruppo di continuità 56 è collegato in entrata all’allacciamento di rete con connessione amovibile 3, all’ interruttore magnetotermico 2 ed al contatore 1 di rete elettrica. All’uscita del gruppo di continuità 56 sono previste connessioni amovibili 9 e 24 per l’allacciamento rispettivamente a carichi normali 10 ed a carichi privilegiati 25. Il gruppo di continuità 56 è dotato, inoltre, di interruttori magnetotermici di protezione da sovraccarichi, ed eventualmente differenziali per la protezione dai contatti indiretti. Sono presenti, infatti, un interruttore magnetotermico 5, posto tra la connessione amovibile 3 e la connessione stabile 6, ed un interruttore magnetotermico 8, sempre sul conduttore 4, posta tra la connessione stabile 7 e la connessione amovibile 9. La connessione stabile 6 collega il conduttore 4 con il conduttore 11 su cui è presente un ulteriore interruttore magnetotermico 12. Il conduttore 11 è connesso con l’entrata della corrente alternata del circuito raddrizzatore / caricabatterie 13. Il conduttore 4 tramite connessione stabile 7 è collegato al conduttore 30 dotato di interruttore magnetotermico 31. Il conduttore 30 è in collegamento, tramite il contatto stabile 29, con il conduttore 27 a cui è connesso Γ interruttore 28 con dispositivo di protezione e di interruzione. Il conduttore 30 è collegato, inoltre, oltre che alla connessione stabile 29, al commutatore elettromeccanico o statico con comando a distanza 22. Detto commutatore 22 pone in connessione, a seconda del comando ricevuto dall’unità di controllo 40, il conduttore 21 connesso a sua volta con l’invertitore isolato 20 oppure il conduttore 52 dotato di interruttore magnetotermico 23. Il conduttore 52 è quindi collegato a connessione amovibile 24 a cui sono collegati i carichi privilegiati 25. In fase di funzionamento il trovato, con il gruppo di continuità 56 allacciato alla rete, prevede due modalità di funzionamento. In presenza di tensione di rete il gruppo di continuità 56, con gli interruttori magnetotermici normalmente chiusi ed il commutatore con comando a distanza 22 disposto in modo da non connettere l’invertitore isolato 20, alimenta i carichi normali 10 ed i carichi privilegiati 25. L’alimentazione dei carichi elettrici avviene dalla rete elettrica se la potenza assorbita dai carichi è inferiore a quella che la rete elettrica mette a disposizione, mentre se i carichi elettrici necessitano di ulteriore potenza, l’alimentazione è fornita dalla rete elettrica e dagli accumulatori 15, con conversione della corrente continua in corrente alternata attuata dall’invertitore di rete 26. Ovviamente nel caso di alimentazione eccedente l’alimentazione fornita dalla rete il circuito raddrizzatore / caricabatterie 13 non potrà caricare gli accumulatori 15 come invece avviene normalmente. L’energia elettrica fornica dagli accumulatori 15 viene quindi a colmare la necessità di alimentazione dei picchi di richiesta di energia elettrica assorbita dai carichi. In mancanza di tensione di rete o per malfunzionamento del gruppo di continuità 56, rinvertitore di rete 26 si stacca dal collegamento all’uscita per mezzo dell’interruttore 28 dotato di dispositivo di protezione di interfaccia e di generatore. La mancanza di tensione di rete è verificata anche dal misuratore di tensione 45, deli sensori di corrente 42, 51 e 53. L’unità di controllo 40, attivata dagli impulsi provenienti dal misuratore di tensione 45 e dai sensori 42, 51 e 53, fornisce impulso elettrico al commutatore con comando a distanza 22 che comanda Γ interruttore in posizione tale da connettere al gruppo di continuità l’invertitore isolato 20, garantendo così almeno l’alimentazione dei carichi privilegiati 25. Gli accumulatori 15 vengono ricaricati, oltre che dalla rete elettrica tramite il circuito raddrizzatore / caricabatterie 13, dal campo fotovoltaico 35 e/o dal generatore eolico 36 e/o altra sorgente di energia elettrica, garantendo continuità di alimentazione anche in caso di assenza di tensione per periodi lunghi. I contatori 33 e 38 permettono, inoltre, di contabilizzare l’energia elettrica prodotta da questi dispositivi ed immessa in rete; tali dispositivi sono necessari solo nel caso che l’energia immessa nel sistema goda di incentivi pubblici. L’energia elettrica eccedente quella consumata dall’utilizzatore viene immessa in rete attraverso l’invertitore di rete, con la tecnologia consolidata che oggi viene impiegata normalmente per i sistemi fotovoltaici grid-connected. L’energia termica prodotta dal trovato viene quindi usata da un convenzionale circuito idraulico di suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo e tutti i dettagli sono sostituibili da altri tecnicamente equivalenti. The invention relates to a device capable of compensating for the lack of mains voltage or insufficiency of mains power to supply the loads connected to it with alternating current and is able to intervene in the event of a fault and / or interruption of the UPS mains inverter. In the field of electrical engineering there are known devices, called uninterruptible power supplies, capable of powering electrical loads in alternating current in the event of a power failure from the network. These uninterruptible power supplies power the electrical loads through batteries and appropriate devices that convert the direct current, made available by the accumulators, into alternating current. The known uninterruptible power supplies and the industrial property rights relating to uninterruptible power supplies, including the Italian Invention Patent application B02009A000684, describe technical solutions which, however, only allow to power the connected electrical loads using batteries recharged in various ways, but do not allow , in the event of a fault or interruption in the line or in the network inverter of the UPS, to supply electricity in no or very short time (a few milliseconds) to power the connected electrical loads or at least the privileged loads, meaning by privileged loads those loads connected to devices where it is most important to have alternating current availability. The aim of the result is therefore to have a device that at the same time is able to power loads with great starting point, provide greater guarantee of power supply than that obtainable using an uninterruptible power supply connected to the electrical network and with greater availability of power than that available from the network itself. . A further purpose of the result is to feed into the grid or to accumulate electricity produced by various forms of renewable and non-renewable energy, such as CHP (Combined Heat and Power) micro-cogeneration systems, to have greater availability of electricity to power at least privileged loads. The invention also allows to recover the heat due to the heating of the devices used, to be reused as a source for heating water that can be used for civil use in homes or in the small tertiary sector. The integrated double inverter device requires the use of a mains inverter connected to the direct current output of a rectifier / battery charger and an isolated inverter (suitable for working only and exclusively "in isolation", ie without going in parallel with the mains) where, in the case of mains voltage, the power supply is guaranteed by the UPS circuit, with the mains inverter in operation while the isolated inverter remains in the waiting position. On the other hand, when there is no mains voltage, the mains inverter automatically disconnects from the mains by means of the interface protection device it is equipped with and the privileged loads are connected to the isolated inverter which by its constitution cannot be connected. to the network. In this way, the supply of alternating electricity at least to the connected privileged candidates is guaranteed. Furthermore, the device object of the result is able to power the connected loads both from the electricity network and from the same electricity network added by the electricity supplied by the batteries and transformed into alternating current by the network inverter of the UPS in the event that the power absorbed by the power supply of the electrical loads exceeds that made available by the supply contract. The invention is illustrated purely by way of indication and as such is not limiting to figure 1 of the attached sheet 1 which is shown in the diagram of the electrical components used and their connections. In a preferred but not exclusive form of application, the integrated double inverter device comprises an uninterruptible power supply 56 connected to an isolated inverter 20 connected from the direct current output port to the uninterruptible power supply 56 by conductor 19, such as for example electric cable, to stable connection 18. Said connection 18 is made on conductor 14, that is the electrical connection cable between Γ mains inverter 26 and rectifier / charger circuit 13, with the function of charging inverter of accumulators 15, connected by conductor 17 to conductor 14 by means of stable connection 16. The insulated inverter 20 is connected at the output of the alternating current with conductor 21 to an electromechanical or static switch with remote control 22. This switch connects the conductor 21 with the conductor 30 or with the conductor 52, based on the position established by the control unit 40, connected to the switch with remote control 22 from conductor 55. Current sensors 51 and 53 are connected to the control unit 40 by means of conductors 50 and 54 to control the passage of current to conductors 52 and 4 near the outputs of the UPS 56. The control unit 40 is connected via a conductor 41 to a current sensor 42 and via a conductor 43, by means of a stable contact 44, to a voltage meter 45, to evaluate the presence or absence of voltage, and the its characteristics, at the input of the UPS 56. The control unit 40 also provides, through conductors 46, 47 and 48, respectively, connections to the rectifier / battery charger circuit 13, to the isolated inverter 20 and to the mains inverter 26 By means of conductor 49 the control unit 40 is connected to a normally closed switch 28 and equipped with an interface protection device and a generator. The grid inverter 26 is connected to the direct current input to conductors 32 and 39. Said conductors are connected to meters 33 and 38, connected to removable connections 34 and 37 for connection respectively to the photovoltaic field 35, to the wind generator 36 and / or to another source of electrical energy. The UPS 56 is connected in input to the mains connection with removable connection 3, to the magnetothermic switch 2 and to the electricity mains meter 1. Removable connections 9 and 24 are provided at the output of the UPS 56 for connection respectively to normal loads 10 and to privileged loads 25. The UPS 56 is also equipped with magnetothermic switches for overload protection, and possibly differential for protection against indirect contacts. There are, in fact, a magnetothermic switch 5, placed between the removable connection 3 and the stable connection 6, and a magnetothermic switch 8, again on the conductor 4, placed between the stable connection 7 and the removable connection 9. The stable connection 6 connects the conductor 4 with the conductor 11 on which there is a further magnetothermic switch 12. The conductor 11 is connected to the AC input of the rectifier / charger circuit 13. The conductor 4 through stable connection 7 is connected to the conductor 30 equipped with magnetothermic switch 31. The conductor 30 is connected, by means of the stable contact 29, with the conductor 27 to which the switch 28 with protection and interruption device is connected. The conductor 30 is also connected, in addition to the stable connection 29, to the electromechanical or static switch with remote control 22. Said switch 22 connects, depending on the command received from the control unit 40, the conductor 21 connected to in turn with the insulated inverter 20 or the conductor 52 equipped with a magnetothermic switch 23. The conductor 52 is therefore connected to a removable connection 24 to which the privileged loads 25 are connected. During operation, the invention, with the UPS 56 connected to the mains, it has two operating modes. In the presence of mains voltage, the UPS 56, with the magnetothermic switches normally closed and the remote control switch 22 arranged so as not to connect the isolated inverter 20, supplies the normal loads 10 and the privileged loads 25. L '' power supply of electrical loads takes place from the electrical network if the power absorbed by the loads is lower than that which the electrical network makes available, while if the electrical loads require additional power, the power supply is supplied by the electrical network and the accumulators 15, with conversion of the direct current into alternating current carried out by the network inverter 26. Obviously in the case of a power supply exceeding the power supplied by the network, the rectifier / charger circuit 13 will not be able to charge the accumulators 15 as it normally happens. The electricity supplies from the accumulators 15 therefore fill the need for powering the peaks of demand for electricity absorbed by the loads. In the absence of mains voltage or due to a malfunction of the UPS 56, the mains converter 26 disconnects from the connection at the output by means of the switch 28 equipped with an interface protection device and generator. The lack of mains voltage is also verified by the voltage meter 45, of the current sensors 42, 51 and 53. The control unit 40, activated by the impulses coming from the voltage meter 45 and from the sensors 42, 51 and 53, supplies electrical impulse to the remote-controlled changeover switch 22 which controls the switch in such a position as to connect the isolated inverter 20 to the UPS, thus ensuring at least the power supply of the privileged loads 25. The accumulators 15 are recharged, as well as from the mains through the rectifier / charger circuit 13, from the photovoltaic field 35 and / or from the wind generator 36 and / or other source of electrical energy, ensuring continuity of power supply even in the event of a power failure for long periods. The meters 33 and 38 also allow you to count the electricity produced by these devices and fed into the network; these devices are only necessary if the energy fed into the system benefits from public incentives. The electricity in excess of that consumed by the user is fed into the network through the network inverter, with the consolidated technology that is now normally used for grid-connected photovoltaic systems. The thermal energy produced by the invention is then used by a conventional hydraulic circuit which is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept and all the details can be replaced by other technically equivalent ones.