DE69817977T2

DE69817977T2 - Zentralisierte leistungsreduktionsvorrichtung, insbesondere für beleuchtungsanlagen

Info

Publication number: DE69817977T2
Application number: DE69817977T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Reverberi
Original assignee: Elettronica Reverberi Srl
Current assignee: REVERBERI ENETEC S.R.I., CASTELNOVO NE'MONTI, IT
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: EP0919112B1; DE69817977D1; ITMI971185A1; WO1998053648A1; US6078146A; BR9804924A; ES2206942T3; ITMI971185A0; AU7914798A; EP0919112A1; IT1296774B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zentralen Leistungsreduktion, insbesondere für Beleuchtungsinstallationen.
Straßenbeleuchtungsinstallationen, oder solche welche für große industrielle Bereiche und Sportbereiche gedacht sind, beinhalten die Notwendigkeit, in der Lage zu sein, die Lichtintensität als eine Funktion der realen Nutzungserfordernisse zu ändern, um fähig zu sein, eine merkliche Einsparung von elektrischer Energie und Verlängerung der Lebensdauer der Lampen zu bewirken.
Tatsächlich ist erkannt worden, dass in öffentlichen Beleuchtungsinstallationen die benötigte und absolut erforderliche Lichtintensität während der ersten Nachtstunden nach einer gewissen Zeit überschüssig ist, und wenn sie nicht reduziert wird, eine unnötige Verschwendung von Energie wird. Des weiteren neigen, während der gleichen Nachtstunden, aufgrund des Stillstands in Produktionsaktivitäten, die Hauptspannungen dazu, über die Spannungsrate zu steigen, folglich die Lebensdauer der Lampen reduzierend.
Die bekannten Systeme zum Reduzieren der Lichtintensität von öffentlichen Beleuchtungsinstallationen bauen grundsätzlich auf der Verwendung eines Spartransformators zum Ändern der Spannung an der Last (den Lampen) auf. In der ersten bekannten Lösung umfasst die Primärwicklung des Spartransformators einige parallele Nebenanschlüsse, mittels derer, durch geeignet verbundene Schalter, die der Last zugeführte Leistung diskret geändert wird, mit groben Änderungswerten. Der Nachteil dieser Lösung ist daher, dass die Lampen einer Serie von Belastungen ausgesetzt sind, was der Lebensdauer derselben abträglich ist. Die zweite bekannte Lösung stellt eine kontinuierliche Änderung der den Lampen zugeführten Leistung bereit, verwendet dabei jedoch Vorrichtungen mit beweglichen Schleifkontaktanordnungen (z. B., ein VARIAC). Folglich sind sie Verschleiß, Blockierung und anderen typischen Nachteilen von bewegten Teilen ausgesetzt, und beinhalten die Notwendigkeit von regelmäßigen Kontrollen, um den Verschleiß der Gleitstücke zu prüfen, welche Verschleiß ausgesetzt sind, und die richtige Ausrichtung der bewegten Teile.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungsreduktionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Vorteile von beiden aufgeführten Anordnungen zu vereinen, nämlich angepasst zu sein, um in einer diskreten Weise zu arbeiten, aber noch in der Lage zu sein, mittels einer präzisen Kalibrierung der Zwischenschritte die zu den Lampen einer Beleuchtungsinstallation versorgte Leistung ohne abrupte Spannungsänderungen progressiv zu reduzieren oder zu erhöhen, beides bei der initialen Anschaltzeit und der finalen Abschaltzeit, wobei eine einfache und verlässliche Struktur erhalten bleibt und daher eine ökonomische Konstruktion und Wartung vorliegt.
Diese Vorrichtung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur zentralen Leistungsreduktion, insbesondere für Beleuchtungsinstallationen, nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Charakteristika der Vorrichtungen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
Die Charakteristika, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer werden aus der folgenden Beschreibung und den anhängenden Zeichnungen, betreffend ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel. Es ist ersichtlich, dass gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren zu gleichen oder äquivalenten Teilen Bezug nehmen.
Die Figuren zeigen:
1 eine Diagrammdarstellung eines Beleuchtungssystems, bei dem eine Vorrichtung zur zentralen Leistungsreduktion nach der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 eine Diagrammdarstellung der in 1 gezeigten Relaisplatte; und
3 eine Diagrammdarstellung des Steuerungsschaltkreises der Vorrichtung in 1.
Bezug nehmend zu 1 ist ein Beleuchtungssystem gezeigt, modelliert als eine Lampenlast 10, welche durch einen Monophasen-Wechselstrom versorgt wird, der zwischen einer Phase 12 eines Dreiphasenstromkreislaufs und der neutralen Phase 14 desselben abgegriffen wird.
In Reihe mit der Last 10 ist eine Wicklung 16 vorhanden, deren Impedanz die zu der Last versorgte Spannung beeinflusst. Die Wicklung 16 ist auf einen Magnetkern 18 gewickelt, eine zweite Wicklung oder Antriebswicklung 20 ist auch darauf gewickelt.
Die Einstellung der zur Last 10 bereitgestellten Leistung baut auf einer Einstellung der Impedanz der Wicklung 16 auf, dem folgend einer Funktion des Stroms, der durch die Antriebswicklung 20 fließt. Tatsächlich wird die Impedanz der Wicklung 16 Null sein, wenn der Kern 18 eine magnetische Sättigung mittels der Antriebswicklung 20 erreicht hat, eine Situation, die auftritt, wenn ein bestimmter Antriebs- oder Steuerungsstrom durch die Antriebswicklung 20 geschickt wird, gerade entsprechend zur Kernsättigung. In dieser Situation wird die über die Wicklung 16 abfallende Spannung 16 Null sein. Für geringere Werte des Antriebs- oder Steuerungsstroms, herunter zu Null, verringert sich die Sättigung des Kerns 18 entsprechend, und entsprechend steigt die Impedanz der Wicklung 16 an, bis zu einem Maximumwert, zu dem die maximal abfallende Spannung, welche die Last speist, korrespondiert.
Gemäß der Erfindung wird der Antriebs- oder Steuerungsstrom zur Wicklung 20 mittels eines Spartransformators 22 übertragen, welcher mehrfache Regulierungsanschlüsse aufweist, die zu einer Relaissteuerungsplatte 24 führen. Durch geeignetes Kombinieren der Öffnungs- und Schließpositionen der individuellen Relais auf der Platte 24 ist es möglich, die Änderung des Magnetisierungsstroms, der durch die Wicklung 20 fließt, zu erreichen und daher eine Spannungsversorgung an der Last 10 zu erzielen, die geringer oder höher ist als der Wert der Hauptversorgung. Es ist auch ein Nebenschaltkreis bereitgestellt, so dass im Falle einer Fehlfunktion der Schaltrelais oder einem Vorfall eines inneren Schutzes, das System automatisch zur Nebendurchgangsposition gesetzt wird, ohne äußere Schaltelemente zu benötigen.
In Anwendungen einer Multiphasenanordnung, welche hier nicht im Detail beschrieben wird, da sie im wesentlichen aus der Anwendung einer identischen Vorrichtung zwischen jeder Phase und neutral besteht, kann die Nebenschlussposition durch nur eine Phase erreicht werden, während die anderen regulär dementsprechend arbeiten, was programmiert worden ist auf eine Weise, welche im folgenden beschrieben wird. Die nebengeschlossene Phase behält in jedem Fall einen fixierten Reduktionsschritt von 25 Volt, um zu vermeiden, dass, sogar in den ungünstigsten Situationen, die Spannung die Nennwerte der Lampen überschreitet. Daher arbeitet das System in einer Fehlersicherheitslogik („fail safe").
Ein weiterer besonderer Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Möglichkeit, mittels der Anschlüsse des Spartransformators 22 in Versorgungsanordnungen eingesetzt zu werden, welche verschiedene Spannungswerte aufweisen, z. B. von 277–220–208–120 V, und Frequenzen von 50/60 Hz, indem einfach eine innere Verbindung geändert wird.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vielfältig:

– digitale Kommutation
– reduzierte Verlustleistung
– geringe Wartung
– sehr schnelle Antwortzeiten
– Toleranzen der Ausgangsspannungen definierbar als eine Funktion der Anzahl der Kodierungsschaltelemente
– keine harmonische Verzerrung.

Die funktionale Steuerung der Schaltrelais der Platte 24 wird durch eine Mikroprozessoreinheit 26 ausgeführt, welche auf die externen Situationen reagiert, die durch einen geeigneten Signalübermittler empfangen werden, wie einen Helligkeitssensor 52 (siehe 3), eine photoelektrische Zelle, einen Nebel- oder Verkehrssensor, etc.
2 zeigt in einem Diagramm eine bevorzugte Ausführungsform der Platte 24, welche es ermöglicht, dass die Anzahl der Anschlüsse des Spartransformators 22, die zum Abdecken des Nutzbereichs erforderlich sind, reduziert wird. Zu diesem Zweck umfasst die Platte 24 einen Schaltabschnitt 242, der vorzugsweise ohne die Erzeugung von jeglichem elektrischen Bogen arbeitet, und einen Abschnitt 244, der ausgebildet ist, um die Spannung auf der Wicklung 20 zu invertieren. Folglich kann die fixierte 25 V Spannungsreduktion, die auch für die zuvor erwähnte Nebenschlussfunktion verwendet wird, zur Änderung addiert werden bzw. von dieser subtrahiert werden, welche mittels der Anschlüsse des Spartransformators 22 erzielt werden kann, z. B. 45 V als ein Maximum. Folglich erstreckt sich der Betriebsspannungsausgang des Reglers von +20 V bis –70 V in Bezug zur Eingangsspannung.
Die Mikroprozessoreinheit 26 umfasst auch Mittel, welche ausgebildet sind, um den Betrieb des Spartransformators 22 abzustufen, um solcherart geeignete Anstiegs- und Abfallrampen der Spannung zu bestimmen, welche der Last 10 zugeführt wird, damit die letztere vor zu abrupten Spannungsänderungen und -spitzen bewahrt wird. Die gleichen Mittel werden verwendet, um die Ausgangsspannung bei variabler Eingangsspannung stabil zu halten.
Des weiteren können Mittel zum Zurücksetzen des Betriebsprogramms des Systems vorteilhaft bereitgestellt werden, so dass es, im Fall eines Stromfehlers, ausgehend von der Situation bezüglich der ersten Anschaltung der Lampen, wieder starten kann, arbeitend mit der gebotenen Abstufung, wie immer die Sende-Empfängerposition sein mag.
Das Blockdiagramm des Steuerungsteils der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als Diagramm in 3 dargestellt, wo verschiedene Module gezeigt sind: Mikrosteuerung 26, ein Hauptspeicher 28, ein Nur-Lesespeicher 30, und ein löschbarer, programmierbarer Speicher 32, ein Uhr-Kalender 34, ein Verbindungsanschluss 36 und ein Modem 38, ein zweiter Verbindungsanschluss 40, insbesondere für die Verbindung zu Ergänzungsmodulen für den Multipha senbetrieb, eine Wiedergabeeinheit 42 und eine Dateneingangseinheit 44, eine analoge Übermittlungseinheit 52, wie ein Helligkeits-, Nebel-, oder Verkehrssensor und ähnliches, ein analoger Ausgang 54, ein oder mehrere busverbundene Relaisplatten 24, und Eingänge 46, 48 und 50 für die Oberspannung, Unterspannung und den entsprechenden Leitungsstrom.
Mittels der Dateneingangseinheit 44 kann ein Computer, der mit dem Verbindungsanschluss 36 oder über das Modem 38 angeschlossen ist, einen Speicher 28 programmieren für benutzerindividuelle Betriebszyklen in Bezug zu Standardbetriebszyklen, basierend auf der Uhr/dem Kalender 34, der wiederum durch die Mikrosteuerung 26 betrieben wird.
Es ist offensichtlich, dass viele Änderungen, Adaptionen, Integrationen, Variationen und Ersetzungen bei dem Ausführungsbeispiel gemacht werden können, welches hierin zuvor in einer illustrativen und nicht beschränkenden Weise beschrieben wurde, ohne dabei von dem Umfang der Erfindung wie in den folgend anhängenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zur zentralen Leistungsreduktion zum Steuern einer Wechselspannung, welche an Beleuchtungsinstallationen angelegt ist, umfassend, auf jeder Phase der Installationsleistungsquelle (12, 114), welche die Wechselspannung bereitstellt: eine Wicklung (16), in Reihe mit den Beleuchtungsinstallationen(10), gewickelt auf einen Magnetkern (18), wobei der zu den Beleuchtungsinstallationen versorgte Strom durch die Wicklung fließt, eine zweite Wicklung (20), gewickelt auf den Magnetkern (18), durch welche ein Speise- oder Steuerungsstrom fließt, Mittel (22, 24) zum Ändern des Speise- oder Steuerungsstromes, worin die Mittel (22, 24) zum Ausbilden der Höhe des Speise- oder Steuerungsstromes in der zweiten Wicklung (20) einen Mehrfachanschluss-Spartransformator (22) umfassen, dessen Verbindung mittels Relais (24) erfolgt, die durch eine Logikeinheit (26) gesteuert werden, und worin die zweite Wicklung (20) mit der Wechselspannung versorgt wird, welche aus der Leistungsquelle (12, 114) entnommen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit (26) die Relais (24) solcher Art steuert, dass ein Umschalten der Mehrfachanschlüsse des Spartransformators (22) in einer abgestuften Operation der Relais erfolgt, wodurch kein elektrischer Bogen erzeugt wird und die Lebensdauer der Kontakte über die Jahre geschützt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit (26), abhängig von dem Wert der an die Installationsleistungsquelle angelegten Wechselspannung, interne Mittel der Logikeinheit steuert, um die Operation des Schaltens der Relais (24) abzustufen, um die weichen Anstiegs- oder Abstiegsrampen der zur Last (10) versorgten Spannung zu erhalten und diese innerhalb der gesetzten Werte stabil zu halten, sogar bei variabler Eingangsspannung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit (26) programmierbar ist entsprechend den maximal zu erwartenden Variationen der Wechselspannung, welche durch die Installationsleistungsquelle bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit (26) Signale von externen Messwandlern empfängt, wie z. B. einem Helligkeitssensor, einem Nebelsensor, einem Verkehrssensor, und als Ergebnis die Relais (24) steuert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Unterschaltkreis mit Nebenkreis-Transformator (22), der ausgebildet ist, um durch die Logikeinheit (26) eingesetzt zu werden als Ergebnis von Systemunregelmäßigkeiten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanschlüsse des Spartransformators (22) schaltend sind, wodurch die Vorrichtung mit elektrischen Versorgungsanordnungen verbindbar ist, die verschiedene Spannungsraten aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relais (24) einen Abschnitt (244) umfassen, welcher ausgebildet ist, um die Ausgangsspannung des Spartransformators (22) zu invertieren, bevor sie zu einer festen Reduktion der Eingangsspannung addiert wird, wodurch sich die Spannung über der Wicklung (20) in Bezug auf die Vorrichtungseingangsspannung in einem Bereich ändert, der von einer Reduktion entsprechend der Summe der festen Reduktion und der maximalen, negativ genommenen Ausgangsspannung des Spartransformators (22) bis zu einem Anstieg entsprechend der Differenz zwischen der maximalen, positiv genommenen Ausgangsspannung des Spartransformators (22) und der festen Reduktion reicht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wenn abhängig von Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Spannungsreduktion durch den Nebenkreis-Unterschaltkreis erzeugt wird.