CH697215A5 - Sistema di gestione di carichi elettrici, in particolare elementi di illuminazione. - Google Patents

Description

  [0001] La presente invenzione riguarda un sistema di gestione di carichi elettrici, in particolare elementi di illuminazione.

[0002] Più in particolare, la presente invenzione è diretta ad un sistema del tipo citato, finalizzato al risparmio di energia elettrica specialmente in una fascia di tempo prestabilita, ad esempio durante il periodo di attivazione della illuminazione stradale. 

[0003] La sera, quando le persone si trovano per la strada per spese o per passeggiare o per guidare, richiedono che la illuminazione artificiale stradale sia ad un livello prestabilito.

[0004] Dopo una certa ora una tale elevata intensità di luce non è più richiesta in quanto il traffico sia pedonale sia veicolare risulta estremamente ridotto se non quasi annullato.

   In alcuni luoghi una o due lampade su tre vengono spente dopo mezzanotte allo scopo di risparmiare energia e ridurre l'inquinamento luminoso. Ciò può portare ad un risparmio del 50-60% di energia elettrica, ma crea numerosi inconvenienti, ad esempio per zone urbane che possono trovarsi troppo al buio con problemi di sicurezza facilmente intuibili.

   Ancora più pericoloso può essere l'effetto stroboscopico sui guidatori per il passaggio in rapida successione in zone illuminate e in zone al buio.

[0005] Secondo la presente invenzione, si prevede per ciascuna fase dell'impianto di illuminazione un regolatore/stabilizzatore di tensione avente quale componente di regolazione/stabilizzazione trasformatori dotati di una molteplicità di prese sul secondario associate ad un insieme di interruttori di commutazione delle prese, controllati da un microprocessore, i rapporti di tensione sulle prese essendo prescelti in modo da fornire una molteplicità di livelli di tensione in uscita in numero superiore a quello degli interruttori di commutazione,

   il microprocessore essendo dotato di una memoria di software e di un orologio in tempo reale per il controllo di una o più fasce orarie di regolazione/stabilizzazione.

[0006] Sempre secondo la presente invenzione, è possibile effettuare una gestione autonoma e diversificata di ciascuna della varie fasi, indipendentemente l'una dall'altra.

   Tale possibilità comporta numerosi vantaggi sia in termini di ottimizzazione dei risparmi energetici sia di economicità di gestione.

[0007] Secondo una seconda forma di realizzazione si prevede l'impiego di un autotrasformatore per la alimentazione dei singoli elementi di illuminazione, l'avvolgimento dell'autotrasformatore essendo munito di due insiemi di prese commutabili come esposto in riferimento alla prima forma di realizzazione.

[0008] In comune con la prima e la seconda forma di realizzazione sono previsti mezzi sensori di anomalie di singoli punti di illuminazione,

   ed il microprocessore è provvisto di una porta di comunicazione in grado di interfacciarsi con una analoga porta di comunicazione di un telefono cellulare o altro sistema di trasmissione predisposto per tale tipo di operazioni.

[0009] Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione il microprocessore è associato, assieme al telefono cellulare o simili di un sottosistema internet di SMS, il grado di modificare se e quando ritenuto necessario dal gestore del sistema il software applicativo del microprocessore, consentendo in tal modo di ottenere una maggior flessibilità operativa rispetto ai sistemi utilizzanti un microprocessore e di un solo firmware residente che può essere modificato solo mediante riprogrammazione locale per ogni microprocessore,

   che richiede un intervento manuale che comporta dispendio di tempo e di denaro per la manodopera.

[0010] Altri aspetti e caratteristiche della presente invenzione diverranno chiari dalla seguente descrizione particolareggiata e facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:
<tb>la fig. 1<sep>mostra una prima forma di realizzazione del sistema di gestione di carichi elettrici secondo la presente invenzione;


  <tb>la fig. 2<sep>mostra una seconda forma di realizzazione del sistema mostrato in fig. 1;


  <tb>le fig. 3 e 4<sep>mostrano tabelle di commutazione di prese sui trasformatori rispettivamente corrispondenti alle forme di realizzazione delle fig. 1 e 2;


  <tb>la fig. 5<sep>mostra schematicamente un diagramma di flusso semplificato relativamente al sistema di funzionamento secondo la presente invenzione;


  <tb>la fig. 6<sep>mostra schematicamente un diagramma di flusso semplificato relativamente ad operazioni di misura e stabilizzazione di tensione per il sistema secondo la presente invenzione;


  <tb>la fig. 7<sep> mostra schematicamente un algoritmo di attivazione dei dispositivi di commutazione per gestire varie combinazioni; e


  <tb>la fig. 8<sep> mostra un esempio di operazione di commutazione di varie prese di un trasformatore, ovvero di un autotrasformatore.

[0011] Con riferimento ai disegni, nella fig. 1 verrà descritta una prima forma di realizzazione del sistema secondo la presente invenzione.

[0012] Il cuore del sistema è costituito da un microprocessore o controller 1, le cui funzioni verranno descritte in dettaglio in seguito.

[0013] È prevista una sorgente di alimentazione in corrente alternata 2 corrispondente ad esempio alle fasi S, T di distribuzione dell'energia elettrica.

[0014] L'uscita del circuito indicata con 3 perviene al carico che deve essere controllato costituito da lampade ad esempio di illuminazione stradale o altri carichi,

   a seconda delle necessità dell'utilizzatore.

[0015] Sulla linea 2 di alimentazione è disposto un sensore induttivo 4 di monitoraggio del bilanciamento dell'assorbimento di corrente sui due fili dell'alimentazione 2.

[0016] Un eventuale sbilanciamento può essere indicativo di malfunzionamenti o di dispersioni a terra o verso il neutro e il suo segnale di uscita perviene su un ingresso N del microprocessore 1.

[0017] Come si può notare dallo schema mostrato in fig. 1, il terminale 2a dell'alimentazione 2 perviene direttamente alla linea 3a verso la linea 3 dei carichi.

[0018] Il terminale 2b perviene alla circuiteria presente sulla destra dello stesso schema mostrato in fig. 1 al fine di modulare la tensione presente sulla linea 3b, che tramite l'interruttore bipolare M1 verrà inserita o disinserita sulla linea 3 dei carichi.

[0019] Come si può notare nella fig.

   1, è previsto un commutatore L1 comandato dal microprocessore 1 predisposto in modo che, se necessario, la linea 2b venga connessa direttamente con la linea 3b escludendo ogni intervento.

[0020] Nel caso in cui il commutatore L1 si trovi nella condizione attiva, vale a dire con il contatto mobile L2 in contatto con il contatto L3, verrà interrotta la linea L4 ed entrerà in funzione l'avvolgimento primario P1 di un trasformatore T1 avente un secondario S1 dotato di una molteplicità di prese P1, Q1, A1, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1, che possono essere commutate con commutatori indicati nel loro insieme con K10, K11 per pervenire sui contatti Y1, Z1, Z1 ¾, Y1 ¾.

[0021] I suddetti contatti Y1, Z1, Z1 ¾,

   Y1 ¾ pervengono sul secondario S1 ¾ di un secondo trasformatore T1 ¾ il cui primario è collegato in serie con il primario P1 del trasformatore T1.

[0022] Il microprocessore 1 attraverso le linee MP1, MP2, MP3, MP4 comanda i commutatori Y1, Z1, Z1 ¾, Y1 ¾ e i banchi di commutatori K10, K11.

[0023] Mediante una accorta selezione dei rapporti di spire nelle prese del secondario S1 e con la commutazione dei contatti Y1, Z1, Z1 ¾, Y1 ¾, si può ottenere una molteplicità di valori di tensione da applicare alle linee 3 del carico, cos Å come illustrato schematicamente, a titolo esemplificativo, nella Tabella mostrata nella fig. 3.

[0024] Il microprocessore 1 effettua il monitoraggio della tensione presente sulle linee 3a, 3b con gli ingressi U1, V1.

   Un ingresso O1 sorveglia tramite un sensore 10 la corrente che fluisce nei carichi.

[0025] Il microprocessore 1 è associato ad un visualizzatore 11, ad una tastiera a quattro tasti 12, ad un sensore di luce ambientale 13 e ad un orologio-calendario 14.

[0026] Le varie funzioni gestite dal microprocessore 1 verranno illustrate in seguito in riferimento ai diagrammi di flusso.

[0027] Con riferimento alla fig. 2, verrà descritta una seconda forma di realizzazione della presente invenzione, in cui parti corrispondenti a quelle della fig. 1 verranno indicate con gli stessi numeri di riferimento e non verranno ulteriormente descritte in dettaglio.

[0028] Nella forma di realizzazione di fig.

   2, è previsto un unico autotrasformatore AT1, avente un unico avvolgimento AV dotato di un primo grippo di prese PS1 e un secondo gruppo di prese PS2, associate rispettivamente la prima con contatti A ... H e la seconda con contatti P; Q; Y; Z.

[0029] Con opportune commutazioni dei contatti A ...

   H e P, Q, Y, Z attraverso la linea di controllo C1 del microprocessore 1, si potrà ottenere una molteplicità di rapporti di trasferimento indicati nella Tabella di fig. 4.

[0030] Come è chiaro ad un esperto del ramo, il microprocessore 1 è munito di una memoria, ad esempio del tipo EEPROM, contenente sia il firmware di base sia il software applicativo per le varie configurazioni di operatività del sistema.

[0031] Secondo l'invenzione, poiché il contenuto di informazioni di una EEPROM è facilmente modificabile per via puramente elettrica e per un numero praticamente indeterminato di volte, si prevede che le singole apparecchiature quali quelle descritte in riferimento alle fig.

   1 e 2 siano associate ad un sistema di trasmissione di dati da e verso una unità centrale preposta alla gestione di un numero qualsiasi di unità periferiche che includono il microprocessore 1.

[0032] In una forma di realizzazione preferita, il sistema di trasmissione di dati tra le unità periferiche e l'unità centrale viene effettuata mediante telefonia cellulare con capacità di trascrizione dei dati.

[0033] Con l'evoluzione in corso della telefonia cellulare in gran parte già realizzata, si può prevedere che lo scambio di dati tra le apparecchiature periferiche e l'unità centrale avvenga mediante tecnologia SMS.

[0034] In questo modo si possono scambiare dati ad alta velocità e con volume di informazioni più che sufficiente per gli scopi della presente invenzione, a costi estremamente ridotti.

[0035] Nelle fig.

   5 e 6 sono rappresentati rispettivamente i diagrammi di flusso del programma base e del programma di misura e stabilizzazione.

[0036] Si ritiene che un esperto nel ramo sia in grado di interpretare correttamente le modalità operative di questi diagrammi di flusso, per cui se ne omette la descrizione dettagliata.

[0037] Nella fig. 7 è illustrato l'algoritmo di commutazione predisposto per evitare sfarfallamenti di luce durante le commutazioni delle prese sui trasformatori o sugli autotrasformatori durante la loro commutazione per la stabilizzazione della tensione di alimentazione dei carichi.

[0038] Nella fig. 8 è mostrato un esempio in cui sono attivi contatti P, B, Y che devono passare alla configurazione in cui sono attivi i contatti Q, A, Y.

   Nella zona indicata a tratteggio in fig. 8 è mostrato un intervallo di tempo esemplificativamente indicato come pari a 30 millisecondi, in cui tutti i cinque contatti sono contemporaneamente attivi.

[0039] Nella precedente descrizione i vari contatti sia in linea, sia sulle prese del trasformatore o dell'autotrasformatore, sono indicati con le usuali rappresentazioni dei contatti di un relè elettromeccanico.

[0040] È chiaro ad un esperto del ramo che questi tipi di contatti pilotabili possono essere realizzati con mezzi diversi dai classici relè elettromeccanici.

   Infatti, esiste una molteplicità di componenti a stato solido che esegue le medesime funzioni dei relè elettromeccanici con maggior affidabilità e facilità di pilotaggio con i segnali provenienti dalle porte die uscita di un microprocessore.

[0041] Il fatto che il sistema della presente invenzione consenta di effettuare una gestione autonoma e diversificata di ciascuna della varie fasi, indipendentemente l'una dall'altra si concretizza nell'ottenimento di numerosi vantaggi sia in termini di ottimizzazione dei risparmi energetici sia di economicità di gestione.

[0042] A titolo esemplificativo, infatti viene in tal modo consentito di utilizzare carichi di tipo diversificato gestiti sulle diverse fasi con conseguente ottimizzazione dei risparmi energetici.

   Allo stesso modo, in caso di impianti che presentano una notevole lunghezza, il collegamento dell'ultima parte su una diversa fase rispetto alle parti che precedono consente sostanziali risparmi sulla parte iniziale. Inoltre, optare per l'uso di lievi diversità di emissioni luminose delle diverse lampade del sistema, diversità che non vengono neppure percepite dall'occhio, consente un aumento del risparmio energetico.

[0043] Infine, il fatto che secondo il sistema della presente invenzione sia possibile disattivare una o più fasi indipendentemente ed autonomamente dalle altre consente sia un risparmio di energia per l'uso solo delle fasi necessarie, sia di effettuare la manutenzione o riparazione di un singolo settore in caso di guasto o altro.

[0044] La presente invenzione è stata descritta in riferimento a sue forme di realizzazione attualmente preferite,

   ma si comprenderà che varianti e modifiche potranno essere apportate in pratica da un esperto nel ramo senza uscire dall'ambito di protezione della presente privativa industriale.

Claims (9)

1. Sistema di gestione di carichi elettrici, in particolare elementi di illuminazione, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un elemento a trasformatore dotato di una molteplicità di prese disposte in modo da fornire rapporti di tensioni superiori, uguali o inferiori rispetto alla tensione nominale di alimentazione e alla tensione nominale con la quale deve essere alimentato il carico; mezzi per commutare selettivamente le prese mediante elementi di commutazione per fornire in varie combinazioni una molteplicità di livelli di tensioni di uscita in un numero di gradini molto superiori al numero delle prese e degli elementi di commutazione;

il controllo degli elementi di commutazione essendo affidato ad un microprocessore munito di un programma e di un orologio in tempo reale, la disposizione essendo tale per cui, in diverse fasce di tempo nell'arco di una giornata durante le quali il sistema deve essere operativo, si possa variare e controllare la tensione erogata alle lampade o altri carichi che devono essere alimentati.

2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi a trasformatore comprendono un primo e un secondo trasformatore i cui primari sono collegati in serie e rispettivamente un secondario; uno dei secondari essendo munito di una molteplicità di prese commutabili mediante detti commutatori, l'altro secondario potendo essere commutato in inserzione a salire o scendere mediante commutatori, sotto il controllo del microprocessore.

3. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi a trasformatore sono costituiti da un autotrasformatore avente un unico avvolgimento con una prima ed una seconda molteplicità di prese commutabili con una prima ed una seconda molteplicità di commutatori attivabili in varie combinazioni sotto il controllo del microprocessore.

4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è possibile effettuare una gestione autonoma e diversificata di ciascuna della varie fasi, indipendentemente l'una dall'altra.

5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il microprocessore è associato ad un visualizzatore, una tastiera, un calendario in tempo reale ed è munito di mezzi di memorizzazione di un programma residente comprendente un firmware e un software applicativo.

6. Sistema secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi per comunicare con il microprocessore per modificare il software applicativo in funzione di eventi o necessità di modifica delle modalità di funzionamento.

7. Sistema secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi di comunicazione per inviare istruzioni di modifiche al software applicativo, detti mezzi essendo costituiti da un apparecchio di telefonia cellulare con capacità di trascrizione e ricezione di dati.

8. Sistema secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la modalità di transmissione e di ricezione di dati comprende una sistemistica di ricentrasmissione mediante messaggi SMS.

9. Procedimanto di messa in funzione del sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che al fine di evitare fenomeni di sfarfallamenti, l'operazione di commutazione dei commutatori include una fase a sovrapposizione con durata molto inferiore ad un semiperiodo della alimentazione in corrente alternata.