ITMI941207A1 - Dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettroluminescenti - Google Patents

Dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettroluminescenti Download PDF

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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettroluminescenti.
Più in particolare la presente invenzione riguarda un dispositivo in grado di regolare la tensione elettrica di alimentazione di lampade elettroluminescenti allo scopo di ottenere riduzioni sostanziali nel consuma di energìa.
E' noto, infatti, che per un'apparecchiatura elettrica operante ad una tensione definita, l'eventuale riduzione di quest ‘ultima ha come immediata conseguenza anche una riduzione del consumo dì energia e, quindi, dei costi di esercizio. Tale opzione, teoricamente corretta, è rimasta però sempre impratìcata in quanta alle riduzioni di cui sopra sì associa anche un 'innaccetabile riduzione dell'efficienza della apparecchiatura. Ad esempio, nel caso delle lampade ad incandescenza una riduzione della tensione applicata al carica provoca contemporaneamente un abbassamento di luminosità che impedisce di attuare questa via al risparmio energetico.
Tuttavia, esìste un 'apparecchiatura elettrica in cui questo inconveniente non è cosi significativo. Nel caso di lampade elettroluminescenti , infatti, ed in particolare nel caso di lampade fluorescenti o al neon, lampade a vapori di sodio a bassa ed alta pressione ovvero lampade a vapori di mercurio, si è notato che a riduzioni anche sensìbili di tensione elettrica di alimentazione il flusso luminoso percepito dall'occhio umano rimane pressocché inalterata. Nella figura 6 si riportano, a titolo indicativo, le curve relative al flusso luminoso emesso da una lampada elettroluminescente (ALFA) e da una lampada ad incandescenza (BETA) in funzione della tensione applicata. Il diagramma rappresentata in figura 6 illustra solo qualitativamente l'andamento della luminescenza in funzione della tensione elettrica, essendo un'estrapolazione di più diagrammi riferiti a specifiche lampade.
Dall'analisi del diagramma si intuisce che, nel caso delle lampade luminescenti, si potrebbe ridurre il valore della tensione applicata Tino a valori leggermente superiori a quelli di innesco della scarica luminescente senza avere sensibili riduzioni di luminosità. Dato che la riduzione della tensione elettrica, dal valore di rete a quella di innesca della scarica è notevole, a volte anche dell'ordine del 40%, altrettanto notevole potrebbe essere la riduzione del consumo dì energìa elettrica e quindi del costo di tale consumo.
Alla luce di questa situazione, la possibilità di disporre di un dispositivo che, interposto tra rete e carico di lampade elett roluminescenti , fosse in grado di regolare automaticamente la tensione al carico per determinati periodi, ad esempio durante le ore notturne quando il modesto calo di luminosità può essere tollerata, per riportarla al valore di rete quando la luminosità deve essere massima, sarebbe molto auspicabile.
La Richiedente ha ora travato un dispositivo che permette di attuare la regolazione di cui sopra senza che si realizzi alcun genere di disturbo in radiofrequenza versò l’ambiente e/o di sfasamento verso la lìnea di alimentazione.
Costituisce, pertanto, oggetto della presente invenzione un dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettrolumìnescenti che comprende: a) un trasformatore ad unico avvolgimento provvisto di una sezione di ingresso col legata alla rete di alimentazione ed una sezione di uscita costituita da una pluralità di prese intermedie;
b) un circuita di potenza inserito tra le prese intermedie del trasformatore e le lampade elettro - luminescenti ; c) un circuita di controlla, alimentato direttamente dalla rete, che regola il circuito di potenza, detto circuito di controllo essendo costituito essenzialmente da:
i) un circuito dì misura connesso alla rete in ingressa al trasformatore;
ii ) un circuito di soglia collegato a valle di quello di misura ;
iii ) un circuito dì comando, collegato a valle di quella di soglia, che regola il circuito di potenza;
iv) opzionalmente un circuito di correzione connesso alla rete in ingresso alle lampade che fornisce un segnale dì correzione al circuito dì soglia.
Secondo la presente invenzione il trasformatore ad unico avvolgimento rappresenta l'argano di regolazione dell'alimentazione alle lampade in quanta, comandato dal circuito di potenza che provvede a commutare il carico (lampade) verso le prese intermedie, regola di fatto la tensione verso l'utenza (lampade). Inoltre, variando la propria spira di lavoro, mantiene inalterata la propria tensione d'uscita al variare della tensione dì alimentazione.
Qualsiasi mezzo in grado di operare la funzione del trasformatore sopra descritta può essere utilizzato nel dispositivo oggetto della presente invenzione, anche se preferito è un autotrasformatore costituito da un avvolgimento su nucleo. L'uscita dell'autotrasformatore comprende una pluralità dì prese intermedie, ognuna delle quali fornisce un valore di tensione decrescente. Numera di prese e valori di tensione intermedi dipendono dal tipo di lampade impiegate su cui si esegue la regolazione.
il circuito di potenza svolge la funzione di interfaccia tra gli organi di comando/controllo ed il carico commutando lo stesso sulle prese intermedie del l'autotrasformatore. Esso é costituita essenzialmente da una pluralità di teleruttori o relè elettromeccanici (in numero identico a quello delle prese intermedie dell ' autotrasformatore) che provvedono a commutare il carico verso il valore di tensione desiderato. In alternativa, il circuito di potenza può essere realizzato con l'impiego di relè statici a semiconduttori.
Il circuito di controlla è costituito essenzialmente da: - un circuito di misura;
- un circuito di soglia;
- un circuito di comando;
- opzionalmente, un circuito di correzione.
11 circuito di misura ha il compito di misurare, continuamente, il valore della tensione di rete e di fornire al circuito di soglia un valore di tensione da confrontare con quello impostata. Comprende un A.D.C. (Analogie to Digital Converter), realizzato con circuiti integrati e componenti discreti. Essendo connesso alla tensione di rete, fornisce in tempo reale il valore di detta tensione al circuito di soglia in formato digitale.
Il circuito di soglia confronta il valore di tensione fornito dal circuito di misura con quella impostato ed invia il segnale corretta al circuita di comando. E' costituito essenzialmente da un comparatore digitale.
Il circuito di comando elabora il segnale fornito dal circuito di soglia e invia al circuito di potenza il comando di diminuisci/aumenta per la variazione desiderata di tensione all'utenza. E' costituito essenzialmente da un contatore Avanti -Indietro -Il circuita di correzione ha la funzione di controllare le eventuali variazioni della tensione di alimentazione alle lampade in uscita dal dispositivo oggetto della presente invenzione. L’eventuale variazione di tensione, generalmente non voluta, provoca un segnale che viene utilizzato dal circuito di soglia come valore di correzione del valore di tensione impostato. Il circuita di correzione è costituito essenzialmente da un trasformatore, da un ponte di raddrizzamento a diodi con condensatore di filtro e da un circuito amplificatore a transistor con possibilità di regolazione.
Secondo una forma di realizzazione preferita del dispositiva oggetto della presente invenzióne i circuiti sopramenz ionati possono comprendere anche un circuito di bypass che permette, in caso di guasta a di manutenzione, la commutazione del carica direttamente sulla rete. Questo circuito è realizzato essenzialmente con un sezionatore manuale ovvero automatica pronto ad intervenire automaticamente in caso di guasto del dispositivo.
Il dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettroluminescenti, oggetto della presente invenzione, potrà essere meglio compreso facendo riferimento ai disegni delle figure allegate che ne rappresentano una forma d i realizzaz ione puramente esemplificativa e non limitativa, ed in cui:
la figura 1 illustra uno schema a blocchi integrale del dispositivo oggetto del trovato;
la figura 2 illustra lo schema elettrico dèi circuito di misura ;
la figura 3 illustra lo schema elettrico del circuito di soglia;
la figura 4 illustra lo schema elettrico dèi circuito di comando ;
- la figura 5 illustra lo schema elettrico dèi circuito di correzione; e
- la figura 6 rappresenta, come accenato precedentemente, i diagrammi qualitativi della luminosità dì un sistema illuminante a incandescenza e di un sistema a elèttroluminescenza in funzione della tensione applicata. Con riferimento alle figure, il dispositivo oggetto della presente invenzione comprende:
- l ' autotrasformatore (A), collegato alla réte (R), avente in uscita quattro prese intermedie (da A1 a A4) che, nel caso dell'esempio in esame, permettano di passare dalla tensione di rete (-220-230 volt) a valdri di tensione inferiori (-800 volt in A3-A4, -180 volt in Α2-A4, -160 volt in A1-A4);
il circuito di potenza (B) che, dietro opportuno comando del circuito di controllo, si inserisce tra una presa intermedia dell' autotrasformatore e il carico (H);
- il circuito di misura (C);
- il circuito di soglia (D);
- il circuito di comando (E).
Il dispositivo di questo esempio comprende anche un circuito di correzione (F), collegato ad una fotocellula (G) che, verificando la luminosità ambientale, agisce sul circuito di correzione in modo tale che detta luminosità ambientale rimanga costante al variare della luminosità naturale.
Infine il dispositivo comprende anche un by-pass (L) che disconnette il dispositivo oggetto del presente trovato in caso di guasto o di manutenzione.
Il circuito di misura (C), collegato alla rete (R), comprende in successione:
— un trasformatore (C1 );
- un ponte raddrizzatore a diodi (C2);
- un amplificatore operazionale (C3);
- un fotoaccopiatore integrato (C4); e
- un ADC (C5) a 12 bit di uscita.
Il circuito di soglia (D) è costituito essenzialmente dal comparatore di soglia (D1) che riceve i 12 segnali dall'ADC (C5) e i 12 segnali di impostazione (D2). Al comparatore (D1) può anche arrivare un segnale di correzione (F4) per correggere i segnali di impostazione (D2)-Il circuita di comando (E) comprende in successione: un amplificatore "inverting" (E1) che riceve dal comparatore di soglia il segnale (D3 ), "mantieni inalterata la tensione";
un circuita "END" (E2) che riceve i segnali (D4 ), "aumenta la tensione" avvero (D5), "diminuisci la tensione" ed il segnale negato (D3-negato) ;
tre circuiti “timer" (E3), di cui due (E3') verificano la presenza dei segnali (D4) e (D5) per più del tempo minimo impostato e uno (Ε3") inibisce il funzionamento del circuito di comando per il periodo di accensione delle lampade, ad esempio cinque minuti;
un contatore "Avanti-Indietro" decimale (E6 ) impostato per Essere limitato a cinque uscite;
un circuito generatore di impulsa (SCHMIT-TRIGGER) (E4) che converte il segnale continuo dei timer (E3') in segnale impulsivo di comanda al cantatore;
un circuita “OR" (E5) in uscita al timer (E3") che permette il "reset" del contatore anche dalla sua uscita numero "5";
un circuito di amplificatori "non-invert ing" (E7 ) aventi lo scopo di amplificare in corrente l'uscita del contatore (E6) ;
un circuito di pilotaggio (E8) del segnale (E9 ) al circuito di potenza, costituito da una serie (in numero pari alle prese sul l'autotrasformatore ) di elementi discreti (resistenza+trans istor+diodo di protezione).
Il circuito di correzione (F) comprende in successione: - un trasformatore (F1) collegato alla rete direttamente a monte del carico (H);
- un ponte di raddrizzamento a diodi con condensatore di filtro (F2) ;
- un circuito amplificatore a transistor con possibilità di regolazione (F3), costituito dalle resistenze (F3'), da un potenziometro di taratura (F3“) e da un transistor (F3'"), che emette il segnale (F4) per la correzione ai circuito di soglia.
Il funzionamento del dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettroluminescenti oggetto della presente invenzione risulta evidente in base a quanto esposto precedentemente e dai disegni dalle figure allegate.
Quando durante determinati periodi di tempo, ad esempio nelle ore notturne, è possibile diminuire l'intensità luminosa delle lampade senza che incorrano inconvenienti per gli utenti, ovvero a comando di una foto cellula che rileva il valore della luminosità ambientale e lo correla alla fascia oraria, automaticamente il dispositiva commuta il carico ad un valore di tensione preimpostato, normalmente inferiore del 30-40% a quello nominale e comunque sufficiente a garantire la luminosità desiderata per quella fascia oraria.
Una diminuzione della tensione di alimentazione del 30'/. corrisponde ad una diminuzione dei consumi del 30% e, se si tiene conto che il presente dispositiva patirebbe stare in funzione per un terzo della intera giornata, se ne deduce che nell'arco delle 24 ore il risparmio medio che ne deriva è di circa: il 20% del consumo globale di energia elettrica dell'intera giornata.
A titolo di esempio si consideri il parco lampade di un silos per parcheggio autoveicoli. Per un silos di dimensioni medie, 800/1000 veicoli, si può ipotizzare l'installazione di lampade per un totale di almeno 50 Kw di pptenza luminosa installata. In questo tipo di utilizzo le lampade sono accese per 24 ore al giorno che, in termini di consuma di energia elettrica, corrisponde a 1200 Kwh. Se ne deduce che limitando solo al 30% il calo di tensione applicato attraverso il presente dispositivo e per una durata di 16 ore al giorno, il risparmio di energia sarà di 240 Kwh.
Secondo una forma di realizzazione alternativa, il dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione dì lampade elettroluminescenti oggetto della presente invenzione può essere realizzato con l'impiego di un PLC (Programmable Logic Computer) e di un corr ispondente sof tware.
Costituisce, pertanto, ulteriore oggetto della presente invenzione un dispositivo per la regolazione della tensione elettrica dì alimentazione di lampade elettroluminescenti che comprende:
A) un trasformatore ad unico avvolgimento provvisto di una sezione di ingresso collegata alla rete di alimentazione ed una sezione di uscita costituita da una pluralità di prese intermedie;
B) un circuito di potenza inserito tra le prese intermedie del trasformatóre e le lampade elettroluminescenti;
C) un PLC avente una capacità compresa tra 10 e 1000 megabite, inserito tra la rete in ingressa al trasformatore, la rete in ingresso alle lampade ed il circuito di potenza, operante con il seguente programma:
Anche in questo caso, l’ulteriore dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettro luminescenti oggetto della presente invenzione può essere meglio compreso facendo riferimento al disegna della allegata figura 7 che ne illustra una forma di reali zzaz ìone esemplicativa e non limitativa.
Con riferimento al disegno di figura 7, il dispositivo del presente trovato comprende:
- il trasformatore ad unico avvolgimento (T) che, come nel dispositivo precedente costituito da un autotrasformatore collegato alia rete. Dispone in uscita di quattro prese intermedie (da T1 a T4) che, nel caso dell'esempio in esame, permettono di passare dalla tensione di rete (-220- 230 volt) a valori di tensione inferiori (~200 volt in T3-T4, ~180 volt in Τ2-Τ4, ~160 volt in T1-T4);
il circuito di potenza (K) che, dietro opportuno comando, si inserisce tra una presa intermedia dello autotrasformatore e il carico (H). E ' un circuito sostanzialmente identico a quello del dispositivo precedente ;
il PLC (J) che, attraverso il programma operativa, agisce sul circuito di potenza e seleziona la presa intermedia e quindi la tensione desiderata.
Anche se non illustrato in figura, l’ulteriore dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettro lumìnescenti oggetto della presente invenzione può comprendere anche un by-pass che permette, in caso di guasto o di manutenzione, la commutazione del carico direttamente sulla rete.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettro luminescent i che comprende : a) un trasformatore ad unico avvolgimento provvisto di una sezione dì ingresso collegata alla rete di alimentazione ed una sezione di uscita costituita da una pluralità di prese intermedie; b) un circuito di potenza inserito tra le prese intermedie del trasformatore e le lampade elettroluminescenti ; c) un circuito di controllo, alimentato direttamente dalia rete, che regola il circuito di potenza, detto circuito di controllo essendo costituito essenzialmente da: i) un circuita di misura connessa alla rete in ingresso al trasformatore; ii) un circuito di soglia collegato a valle di quello di misura; iii) un circuito di comando, collegato a valle di quella di soglia, che regala il circuito di potenza ; iv) opzionalmente un circuito di correzione connessa alla rete in ingresso alle lampade che fornisce un segnale di correzione al circuito di soglia.
  2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il trasformatore ad unico avvolgimento rappresenta l'organo di regolazione dell 'alimentazione alle lampade.
  3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui il trasformatore ad unico avvolgimento è un autotrasformatore costituito da un avvolgimento su nucleo .
  4. 4) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il circuito di potenza svolge la funzione dì interfaccia tra gli organi di comando /contro l lo ed il carico.
  5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito di potenza è costituito essenzialmente da una pluralità di teleruttori o relè elettromeccanici o da relè statici a semiconduttori. ù ) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui II circuito dì misura comprende un A.D.C. (Analogìe to Digital Converter). 7) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il circuito di soglia è costituito essenzialmente da un comparatore digitale. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il circuito di comando è costituito essenzialmente da un contatore Avanti-Indietro. 9) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il circuita di correzione è costituito essenzialmente da un trasformatore, da un ponte di raddrizzamento a diodi con condensatore di filtro e da un circuito amplificatore a transistor con possibilità di regolazione. 10) Dispositivo per la regolazione della tensione elettrica di alimentazione di lampade elettro luminescent i che comprende: A) un trasformatore ad unico avvolgimento provvisto di una sezione di ingresso collegata alla rete di alimentazione ed una sezione di uscita costituita da una pluralità di prese intermedie; B) un circuita di potenza inserita tra le prese intermedie del trasformatore e le lampade elettro luminescent i; C) un PLC avente una capacità compresa tra 10 e 1000 megabite, inserita tra la rete in ingresso al trasformatore, la rete in ingresso alle lampade ed il circuito di potenza, operante con il seguente programma :
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