ITMI971185A1

ITMI971185A1 - Dispositivo riduttore centralizzato di potenza in particolare per impianti di illuminazione

Info

Publication number: ITMI971185A1
Application number: IT97MI001185A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Reverberi
Original assignee: Elettronica Reverberi Di Rever
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1998-11-21
Also published as: WO1998053648A1; DE69817977T2; DE69817977D1; BR9804924A; IT1296774B1; US6078146A; ITMI971185A0; ES2206942T3; AU7914798A; EP0919112B1; EP0919112A1

Description

Titolo: "DISPOSITIVO RIDUTTORE CENTRALIZZATO DI POTENZA, IN PARTICOLARE PER IMPIANTI DI ILLUMINAZIONE"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo riduttore centralizzato di potenza, in particolare per impianti di illuminazione.

Gli impianti di illuminazione stradale oppure destinati a grandi aree industriali e sportive presentano la necessità di potere variare l'intensità luminosa in funzione delle reali esigenze di utilizzo, onde poter effettuare un notevole risparmio di energia elettrica e prolungare la vita delle lampade.

E' infatti riconosciuto che negli impianti di illuminazione pubblica l'intensità luminosa necessaria ed indispensabile nelle prime ore della notte risulta sovrabbondante dopo una certa ora e, se non viene ridotta, diventa un'inutile spreco di energia. Inoltre, durante le stesse ore notturne, a causa della sospensione delle attività produttive, la tensione della rete tende ad elevarsi al di sopra del valore nominale riducendo la vita delle lampade.

I sistemi noti per ridurre l’intensità luminosa degli impianti di illuminazione pubblica sono basati fondamentalmente sull'utilizzo di un autotrasformatore per variare la tensione sul carico (lampade). Nella prima soluzione nota, l'avvolgimento primario dell'autotrasformatore comprende alcune derivazioni in parallelo tramite le quali, mediante interruttori e commutatori opportunamente collegati, la potenza fornita al carico viene variata in modo discreto con valori grossolani delle variazioni. L'inconveniente di questa soluzione è pertanto che le lampade vengono sottoposte ad una serie di sollecitazioni che ne compromettono (a durata. La seconda soluzione nota prevede una variazione continua della potenza fornita alle lampade, impiegando però dispositivi con sistemi mobili a contatti striscianti (ad esempio un VARIAC). Essi sono pertanto soggetti ad usura, grippaggio ed altri inconvenienti tipici delle parti in movimento, tra cui l'esigenza di periodici controlli per verificare il consumo delle parti striscianti soggette ad usura ed il corretto allineamento delle parti mobili.

Lo scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo riduttore di potenza capace di integrare i pregi dei due sistemi sopra menzionati, cioè atto a funzionare sì in modo discontinuo, ma, grazie ad un'accurata calibrazione dei gradini d'intervento, capace di ridurre oppure aumentare progressivamente la potenza fornita alle lampade di un impianto di illuminazione senza brusche variazioni di tensione sia al momento iniziale dell'accensione che allo spegnimento finale, pur mantenendo una struttura semplice ed affidabile, pertanto di costruzione e manutenzione economiche.

Questo problema viene risolto mediante un dispositivo riduttore centralizzato di potenza, in particolare per impianti di illuminazione, secondo la rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche vantaggiose di detto dispositivo sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche, gli scopi ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno più evidenti dalia descrizione che segue e dai disegni allegati relativi ad un esempio di realizzazione a carattere non limitativo. Ovviamente, numeri di riferimento uguali nelle varie figure indicano parti uguali od equival enti

Le figure mostrano:

la Fig. 1: una rappresentazione schematica di un sistema di illuminazione con applicato un dispositivo riduttore centralizzato di potenza secondo la presente invenzione;

la Fig 2: una rappresentazione schematica di una scheda di relè indicata in Fig. 1; e

la Fig. 3: una rappresentazione schematica del circuito di controllo del dispositivo di Figura 1.

Con riferimento alla Figura 1 , viene illustrato un sistema di illuminazione, schematizzato come lampada di carico 10, alimentato da corrente alternata monofase prelevata tra una fase 12 di un circuito a corrente trifase e la sua fase neutra 14.

In serie con il carico 10 è posto un avvolgimento 16 la cui impedenza influisce sulla tensione di alimentazione del carico. L'avvolgimento 16 è avvolto su un nucleo magnetico 18 sul quale è avvolto anche un secondo avvolgimento o avvolgimento pilota 20.

La regolazione della potenza alimentata al carico 10 si basa sulla regolazione dell'impedenza dell'avvolgimento 16, che è a sua volta funzione della corrente che percorre l'avvolgimento pilota 20. Infatti l'impedenza dell'avvolgimento 16 sarà nulla quando il nucleo 18 avrà raggiunto la saturazione magnetica ad opera dell' avvolgimento pilota 20, situazione che si verifica quando in detto avvolgimento pilota 20 si fa passare una determinata corrente pilota, o di controllo, corrispondente appunto alia saturazione del nucleo. In questa situazione la caduta di tensione ai capi dell'avvolgimento 16 sarà nulla. Per valori minori, fino allo zero, della corrente pilota o di controllo, la saturazione del nucleo 18 diminuisce corrispondentemente e, corrispondentemente, aumenta l'impedenza dell'awolgimento 16 sino ad un valore massimo cui corrisponde la massima caduta della tensione che alimenta il carico.

Secondo l'invenzione, la corrente pilota o di controllo viene alimentata all'awolgimento 20 mediante un autotrasformatore 22 dotato di molteplici prese di regolazione che fanno capo ad una scheda di controllo a relè 24. Combinando opportunamente la posizione di apertura e chiusura dei singoli relè della scheda 24 è possibile effettuare la variazione della corrente magnetizzante che circola nell'avvolgimento 20 ed ottenere perciò una tensione di alimentazione al carico 10 inferiore o superiore al valore nominale della rete. E' inoltre previsto un sottocircuito di derivazione o by-pass in modo che in caso di anomalie di funzionamento dei relè di commutazione od intervento delle protezioni interne, il sistema si posizioni automaticamente in posizione di derivazione o by-pass senza necessità di organi esterni di commutazione.

Nella applicazione in sistemi multifase, che non viene descritta in dettaglio in quanto consiste meramente nell'applicare un identico dispositivo tra ogni fase ed il neutro, la posizione di derivazione può essere raggiunta da una sola fase mentre le altre funzionano regolarmente secondo quanto programmato come si dirà tra breve. La fase in by-pass mantiene in ogni caso un gradino di riduzione fisso di 25 V per evitare che, anche nelle situazioni più sfavorevoli, la tensione superi i valori nominali della lampada. Il sistema funziona dunque in logica "fail safe".

Una ulteriore caratteristica peculiare del dispositivo secondo l'invenzione è la possibilità, grazie alle prese dell'autotrasformatore 22, di inserirsi in sistemi di alimentazione aventi diverse tensioni nominali, ad esempio di 277 - 220 - 208 -120 V , e frequenze di 50/60 Hz, semplicemente cambiando un collegamento interno.

I vantaggi del dispositivo secondo l'invenzione sono molteplici:

- commutazione di tipo digitale

- potenza dissipata ridotta

- scarsa manutenzione

- tempi di risposta rapidissimi

- tolleranze sulle tensioni in uscita definibili in funzione del numero degli elementi di commutazione a codice

- nessuna distorsione armonica.

II controllo funzionale dei relè di commutazione della scheda 24 viene effettuato da un'unità a microprocessore 26, che è sensibile alle situazioni esterne riportate mediante appositi trasduttori di segnali quali una sonda di luminosità 52 (v. Fig. 3), una fotocellula, una sonda di nebbia o di traffico, etc.

La Fig. 2 illustra schematicamente una forma di realizzazione preferita della scheda 24, che consente di minimizzare il numero di prese dell'autotrasportatore 22 necessarie a coprire il campo di utilizzazione. La scheda 2 4 comprende allo scopo una sezione 242 di commutazione, che vantaggiosamente opera senza creazione di arco elettrico, ed una sezione 244 atta ad invertire la tensione sull'awolgimento 20. Così, la riduzione fissa di tensione di 25 V, utilizzata anche per la funzione di derivazione come detto prima, può' venir sommata o sottratta dalla variazione ottenibile mediante le prese dell'autotrasformatore 22, ad esempio 45 V massimi. Ne consegue che la tensione di lavoro in uscita dal regolatore varia da 20 V a -70 V rispetto alla tensione di ingresso.

Detta unità a microprocessore 26 comprende anche mezzi atti a graduare il funzionamento dell'autotrasformatore 22 in modo da determinare convenienti rampe di salita e discesa della tensione fornita al carico 10, tali da preservare quest'ultime da variazioni e sbalzi di tensione troppo bruschi. Gli stessi mezzi vengono impiegati per mantenere stabile la tensione di uscita al variare della tensione d'ingresso.

Inoltre possono essere convenientemente previsti mezzi tali da azzerare il programma di funzionamento di detto sistema in modo che, in caso di interruzione di corrente, esso riparta dalla situazione relativa alla prima accensione delle lampade, agendo con la dovuta gradualità, qualunque sia la posizione del trasduttore.

Lo schema a blocchi della parte di controllo del dispositivo secondo l'invenzione viene illustrato schematicamente in Figura 3, ove sono indicati vari moduli: il microcontrollore 26, una memoria ad accesso casuale 28, una memoria di sola lettura 30 ed una memoria programmabile e cancellabile 32, un orologio/calendario 34, una porta di comunicazione 36 ed un modulatore/demodulatore 38, una seconda porta di comunicazione 40 particolarmente per il collegamento con moduli d'espansione per l'esecuzione multifase, una unità di visualizzazione 42 ed una unità di ingresso dati 44, una unità di trasduzione analogica 52 quale una sonda di luminosità, di nebbia, di traffico o simile, una uscita analogica 54, una o più schede 24 a relè connesse tramite linea comune o bus, ed ingressi 46, 48 e 50 rispettivamente per la tensione a monte, la tensione a valle e la corrente di linea.

Tramite l'unità di ingresso dati 44, un elaboratore connesso alla porta di comunicazione 36 o via modulatore/demodulatore 38, la memoria 28 può essere programmata per cicli di funzionamento personalizzati rispetto a cicli di funzionamento standard, che si basano sull'orologio/calendario 34, a sua volta gestito dal microcontrollore 26.

E' evidente che all'esempio di realizzazione precedentemente descritto a titolo illustrativo e non limitativo potranno essere apportate numerose modifiche, adattamenti, integrazioni, varianti e sostituzioni senza peraltro uscire dall'ambito dell'invenzione così come determinato dalle seguenti rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo centralizzato riduttore di potenza particolarmente per impianti di illuminazione, comprendente, su ogni fase dell'alimentazione dell'impianto, un avvolgimento (16) posto in serie con il carico (10), avvolto su un nucleo magnetico (18) e percorso dalla corrente alimentata al carico (10), un secondo avvolgimento (20) avvolto su detto nucleo magnetico (18) e percorso da una corrente pilota o di controllo, mezzi (22, 24) per variare detta corrente pilota o di controllo, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (22,24) per determinare l'entità della corrente pilota o di controllo in detto secondo avvolgimento (20) sono costituiti da un autotrasformatore (22) a prese multiple, la connessione delle prese di detto autotrasformatore (22) avvenendo tramite relè (24) controllati mediante una unità logica (26).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità logica (26) controlla detti relè (24) in modo che la commutazione delle prese multiple di detto autotrasformatore (22) avvenga senza creazione di arco elettrico garantendo perciò la durata dei contatti nel tempo.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta unità logica (26) comprende mezzi atti a graduare il funzionamento di detti relè (24) di commutazione in modo da ottenere le desiderate rampe di salita o di discesa della tensione alimentata al carico (10) e mantenerla stabile, entro i valori impostati, anche con variazioni della tensione d'ingresso.
4. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità logica (26) è programmabile in funzione delle esigenze dell'utiiizzatore.
5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unità logica (26) riceve segnali da trasduttori esterni quali una sonda di luminosità (52), una sonda di nebbia o una sonda di traffico e controlla detti relè (24) in dipendenza da ciò.
6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da un sottocircuito di derivazione dell'autotrasformatore (22) atto ad essere inserito da detta unità logica (26) in conseguenza di anomalie al sistema.
7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le prese di commutazione di detto autotrasformatore (22) sono mobili, il dispositivo potendo perciò essere collegato a sistemi elettrici di distribuzione con diverse tensioni nominali.
8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i relè (24) comprendono una sezione (244) atta ad invertire la tensione di uscita di detto autotrasformatore (22) prima di sommarla ad una riduzione fissa della tensione di ingresso, la tensione suU'awolgimento (20) variando pertanto rispetto alla tensione di ingresso del dispositivo in una gamma compresa tra una riduzione pari alla somma di detta riduzione fissa e della tensione massima di uscita dell'autotrasformatore (22) presa negativa ed un aumento pari alla differenza tra la tensione massima di uscita di detto autotrasformatore (22) presa positiva e detta riduzione fissa.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 quando dipendente dalla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta riduzione fissa di tensione viene generata da detto sottocircuito di derivazione.