ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО И СЕТЕВАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА
ELECTRIC DEVICE AND CIRCUIT POWER SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к электрическому устройству, которое обеспечивает выходной сигнал, зависящий от электрического входного сигнала, и к сетевой энергосистеме и способу обеспечения напряжения постоянного тока (ПТ) в качестве электрического входного сигнала к электрическому устройству. Кроме того, изобретение относится к электрической схеме, содержащей электрическое устройство и сетевую энергосистему, к которой электрическое устройство подключено, и способу и компьютерной программе для обеспечения выходного сигнала, зависящего от электрического входного сигнала.
Предшествующий уровень техники
Частную сетевую энергосистему постоянного тока можно использовать для питания напряжением постоянного тока электрических устройств, аналогичных лампам для освещения помещений. Напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы постоянного тока, может флуктуировать, поэтому электрическое устройство выполняют таким образом, чтобы выходной сигнал электрического устройства был неизменным, если происходит эта флуктуация подаваемого напряжения постоянного тока. Например, лампу можно выполнять таким образом, чтобы интенсивность света, генерируемого лампой, была неизменной, если даже подаваемое напряжение постоянного тока флуктуирует. Если выходную мощность электрического устройства необходимо изменять, для электрического устройства необходим соответствующий узел управления, который управляет выходной мощностью электрического устройства независимо от подаваемого напряжения постоянного тока. Например, для обеспечения функции управления освещенностью при изменении силы света лампы необходим дополнительный узел управления, который позволит человеку изменять интенсивность света, генерируемого лампой, независимо от подаваемого напряжения постоянного тока. Этот дополнительный узел управления может быть относительно сложным технически и может быть относительно объемным.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании электрического устройства для обеспечения выходного сигнала, зависящего от электрического входного сигнала, при этом управление выходным сигналом электрического устройства может быть упрощенным.
[1] Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложено электрическое устройство для обеспечения выходного сигнала, зависящего от электрического входного сигнала, при этом электрическое устройство выполнено с возможностью обеспечения неизменного выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится в первом диапазоне электрического входного сигнала, и зависимого выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, при этом зависимый выходной сигнал зависит от электрического входного сигнала, при этом электрическое устройство выполнено таким образом, что во втором диапазоне электрического входного сигнала зависимость выходного сигнала от электрического входного сигнала образует ступенчатую функцию или гистерезисную функцию, и/или таким образом, что выходной сигнал может изменяться при изменении электрического входного сигнала, если только электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрической величины в течение заданного времени.
Поскольку электрическое устройство выполнено с возможностью создания неизменного выходного сигнала, то, если электрический входной сигнал находится в первом диапазоне электрического входного сигнала, выходной сигнал остается неизменным, если даже электрический входной сигнал флуктуирует в пределах первого диапазона электрического входного сигнала. Например, если электрическое устройство подключено к сетевой энергосистеме постоянного тока для приема напряжения постоянного тока в качестве электрического входного сигнала, и если номинальное напряжение постоянного тока сетевой энергосистемы постоянного тока находится в пределах первого диапазона электрического входного сигнала, выходной сигнал электрического устройства остается неизменным, если даже напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы постоянного тока, флуктуирует в пределах первого диапазона электрического входного сигнала. Кроме того, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, то, поскольку зависимый выходной сигнал зависит от электрического входного сигнала, выходным сигналом можно управлять при использовании только электрического входного сигнала, в результате чего возможно очень простое управление выходным сигналом электрического устройства. Таким образом, электрическое устройство может быть приспособлено для выполнения двух функций. Чтобы обеспечивать неизменный выходной сигнал несмотря на возможные флуктуации электрического входного сигнала, причем выходной сигнал является неизменным в первом диапазоне электрического входного сигнала, и чтобы иметь возможность управлять выходным сигналом в соответствии с электрическим входным сигналом, во втором диапазоне электрического входного сигнала, выходной сигнал является зависящим от электрического входного сигнала.
Предпочтительно, чтобы электрическое устройство представляло собой электрическую нагрузку, и предпочтительно, чтобы электрический входной сигнал представлял собой входное напряжение. Кроме того, предпочтительно, чтобы электрическое устройство было выполнено с возможностью подключения к сетевой энергосистеме постоянного тока для приема электрического входного сигнала от сетевой энергосистемы постоянного тока, и при этом сетевая энергосистема постоянного тока снабжена изменяющим блоком для изменения электрического входного сигнала на электрическом устройстве. В частности, изменяющий блок выполнен с возможностью изменения электрического входного сигнала во втором диапазоне электрического входного сигнала. Это позволяет изменять выходной сигнал электрического устройства путем всего лишь изменения напряжения постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы постоянного тока. Изменяющий блок может быть расположен, например, между распределительным кабелем сетевой энергосистемы постоянного тока и одним или несколькими электрическими устройствами или изменяющий блок также может быть частью выпрямительной системы сетевой энергосистемы постоянного тока, при этом выпрямительная система выпрямляет переменный ток в постоянный ток, и изменяющий блок изменяет соответствующее напряжение постоянного тока до подачи в распределительную систему постоянного тока, которая содержит, например, кабели для распределения измененного напряжения постоянного тока к одному или нескольким электрическим устройствам, например, в здании.
Предпочтительно, чтобы сетевая энергосистема постоянного тока была частной сетевой системой, например, здания, в котором электрическое устройство расположено.
Предпочтительно, чтобы изменяющий блок был выполнен с возможностью непрерывного изменения входного напряжения, которое можно считать напряжением питания электрического устройства.
Предпочтительно, чтобы электрическое устройство было лампой. Кроме того, электрическое устройство может быть другой электрической нагрузкой, аналогичной вентилятору, электродвигателю, приводу с регулируемой скоростью и т.д.
Если электрическое устройство представляет собой лампу, подключенную к сетевой энергосистеме постоянного тока, обеспечивающей входное напряжение, то есть напряжение питания, силу света лампы можно регулировать, если входное напряжение находится в пределах второго диапазона электрического входного сигнала, изменением входного напряжения, подаваемого от сетевой энергосистемы постоянного тока, при этом на выходную мощность лампы не оказывают воздействия флуктуации энергосети, если входное напряжение находится в пределах первого диапазона электрического входного сигнала.
Если электрическое устройство представляет собой лампу, изменение выходного сигнала, вызываемое изменением электрического входного сигнала, может быть изменением свойства света, излучаемого лампой. Например, интенсивностью света, направлением света, цветом света, шириной пучка и т.д. можно управлять без необходимости отдельного канала управления всего лишь изменением напряжения, подаваемого от сетевой энергосистемы постоянного тока. Если электрическое устройство представляет собой другую нагрузку, соответствующее свойство, которое можно изменять, в общем случае также будет другим свойством. Например, если электрическое устройство представляет собой вентилятор, направление вентилятора, интенсивность воздушного потока и/или температуру можно изменять в зависимости от электрического входного сигнала, или, если электрическое устройство представляет собой электродвигатель, частоту вращения электродвигателя можно изменять в зависимости от электрического входного сигнала.
Кроме того, предпочтительно, чтобы первый диапазон электрического входного сигнала содержал значения электрического входного сигнала, которые больше, чем все значения электрического входного сигнала во втором диапазоне электрической величины. В частности, первый диапазон электрического входного сигнала и второй диапазон электрического входного сигнала примыкают друг к другу. Например, первый диапазон электрического входного сигнала может быть в пределах от 360 до 400 В и второй диапазон электрического входного сигнала может быть в пределах от 0 до 360 В. Кроме того, второй диапазон электрического входного сигнала имеет нижнюю границу, при этом электрическое устройство может быть приспособлено для создания нулевого выходного сигнала, если электрический входной сигнал меньше, чем нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала. Например, нижняя граница может быть больше, чем остаточное напряжение сетевой энергосистемы, например 12 В. Кроме того, нижняя граница может иметь большее значение. В варианте осуществления, нижняя граница составляет 320 В, при этом второй диапазон электрического входного сигнала находится в пределах от 320 до 360 В и первый диапазон электрического входного сигнала находится в пределах от 360 до 400 В.
Кроме того, предпочтительно, чтобы электрическое устройство было выполнено таким образом, чтобы во втором диапазоне электрического входного сигнала зависимость выходного сигнала от электрического входного сигнала образовывала ступенчатую функцию. Поэтому небольшие флуктуации электрического входного сигнала, в частности, небольшие флуктуации напряжения, в пределах одной ступеньки не будут изменять выходную мощность электрического устройства. Предпочтительно иметь гладкий переход от одной ступеньки к другой, при этом предпочтительно, чтобы этот переход был линейным. Этим можно уменьшать заметность изменений от одной ступеньки к другой ступеньке. Кроме того, в другом варианте осуществления, зависимость выходного сигнала от электрического входного сигнала во втором диапазоне электрического входного сигнала может иметь другой вид. Например, во втором диапазоне электрического входного сигнала зависимость выходного сигнала от электрического входного сигнала может образовывать гистерезисную функцию или линейную функцию.
В варианте осуществления, электрическое устройство выполнено с возможностью создания зависимого выходного сигнала во втором диапазоне электрического входного сигнала, зависящего от связей между электрическим входным сигналом и выходными сигналами электрического устройства. Например, если электрическое устройство представляет собой лампу, различные значения электрического входного сигнала во втором диапазоне электрического входного сигнала могут быть поставлены в соответствие различным цветам лампы, чтобы лампа могла переключаться между различными цветами в зависимости от электрического входного сигнала, в частности в зависимости от подаваемого напряжения постоянного тока. Предпочтительно, чтобы после выхода электрического входного сигнала из второго диапазона электрического входного сигнала и входа в первый диапазон электрического входного сигнала последний выходной сигнал, который был выбран до выхода из второго диапазона электрического входного сигнала, представлял собой выходной сигнал электрического устройства.
Также предпочтительно, чтобы электрическое устройство было выполнено таким образом, чтобы выходной сигнал можно было изменять путем изменения электрического входного сигнала, если только электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала в течение заданного времени. Этим можно уменьшать влияние колебания электрического входного сигнала.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предложена сетевая энергосистема для подачи напряжения постоянного тока в качестве электрического входного сигнала к электрическому устройству, при этом сетевая энергосистема содержит изменяющий блок для изменения подаваемого напряжения постоянного тока.
Изменяющий блок сетевой энергосистемы может быть, например, частью выпрямительного блока, который выпрямляет переменный ток в постоянный ток, при этом соответствующее напряжение постоянного тока изменяется до подачи его в распределительную систему, которая может содержать распределительные кабели для распределения измененного напряжения постоянного тока к одному или нескольким электрическим устройствам. Кроме того, изменяющий блок может быть частью распределительной системы и/или он может быть включен между распределительным кабелем и одним или несколькими электрическими устройствами. Изменяющий блок позволяет изменять выходной сигнал электрического устройства относительно простым способом без необходимости иметь для электрического устройства переключатель или что-либо подобное для изменения выходного сигнала.
Изменяющий блок может быть выполнен с возможностью приема сигнала задания электрического входного сигнала, показывающего задаваемое значение электрического входного сигнала, при этом изменяющий блок может быть приспособлен для изменения подаваемого напряжения постоянного тока в зависимости от принимаемого сигнала задания электрического входного сигнала. Это может позволить дистанционно регулировать напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы, и, следовательно, дистанционно управлять электрическими устройствами, подключенными к сетевой энергосистеме.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая схема, при этом электрическая схема содержит электрическое устройство, сетевую энергосистему для подачи электрического входного сигнала к электрическому устройству и изменяющий блок для изменения электрического входного сигнала. Электрическая схема может содержать одно или несколько электрических устройств. Например, группа ламп может быть подключена к общему изменяющему блоку для общего изменения напряжения, подаваемого к лампам от электросети.
Предпочтительно, чтобы сетевая энергосистема содержала номинальное напряжение, и чтобы первый диапазон электрического входного сигнала включал в себя номинальное напряжение. Кроме того, в варианте осуществления сетевая энергосистема содержит номинальное напряжение, при этом нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала по меньшей мере на 20% ниже, чем номинальное напряжение, и при этом верхняя граница второго диапазона электрического входного сигнала по меньшей мере на 10% ниже, чем номинальное напряжение.
[2] Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предложен способ обеспечения выходного сигнала электрического устройства, зависящего от электрического входного сигнала, в котором обеспечивают неизменный выходной сигнал, если электрический входной сигнал находится в первом диапазоне электрического входного сигнала, и обеспечивают зависимый выходной сигнал, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, при этом зависимый выходной сигнал зависит от электрического входного сигнала, причем во втором диапазоне электрического входного сигнала зависимость выходного сигнала от электрического входного сигнала образует ступенчатую функцию или гистерезисную функцию и/или выходной сигнал изменяют, изменяя электрический входной сигнал, если только электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала в течение заданного времени.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предложен способ обеспечения напряжения постоянного тока сетевой энергосистемы в качестве электрического входного сигнала к электрическому устройству, в котором подаваемое напряжение постоянного тока изменяют с помощью изменяющего блока сетевой энергосистемы.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предложена компьютерная программа для обеспечения выходного сигнала электрического устройства, зависящего от электрического входного сигнала, причем компьютерная программа содержит средство программного кода для побуждения электрического устройства по п.1 к выполнению этапов способа по п.13, когда компьютерная программа выполняется на компьютере, управляющем электрическим устройством.
[3] Следует понимать, что электрическое устройство по п.1, упомянутая выше сетевая энергосистема, электрическая схема по п.6, способ по п.8, упомянутый выше способ обеспечения напряжения постоянного тока сетевой энергосистемы в качестве электрического входного сигнала к электрическому устройству и компьютерная программа по п.9 имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления также может быть любым сочетанием зависимых пунктов формулы изобретения и соответствующего зависимого пункта формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
На нижеследующих чертежах:
фиг.1 - пример схемы электрического устройства и сетевой энергосистемы, согласно варианту осуществления;
фиг. 2-5 - виды различных зависимостей выходного сигнала электрического устройства от электрического входного сигнала на электрическом устройстве;
фиг.6 - пример блок-схемы последовательности действий, иллюстрирующей процедуру во времени;
фиг.7 - пример схемы подачи напряжения постоянного тока от сетевой энергосистемы к нескольким электрическим устройствам, согласно дополнительному варианту осуществления;
фиг.8 - пример схемы электрического устройства, согласно дополнительному варианту осуществления; и
фиг.9 - пример блок-схемы последовательности действий, иллюстрирующей способ обеспечения выходного сигнала электрического устройства, зависящего от электрического входного сигнала, и подачи напряжения постоянного тока в качестве электрического входного сигнала.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг.1 схематически и для примера показано электрическое устройство 1, подключенное к сетевой энергосистеме 2 постоянного тока. Электрическое устройство 1 выполнено с возможностью обеспечения неизменного выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится в первом диапазоне электрического входного сигнала, и зависимого выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, при этом зависимый выходной сигнал зависит от электрического входного сигнала. В этом варианте осуществления, электрическое устройство 1 представляет собой лампу, а выходным сигналом лампы является свет, излучаемый лампой. Например, интенсивность света или цвет света может изменяться в зависимости от электрического входного сигнала, который в этом варианте осуществления представляет собой напряжение постоянного тока, подаваемое на электрическое устройство 1.
Электрическое устройство 1 содержит блок 4 обнаружения электрического входного сигнала, который обнаруживает значение напряжения 35 постоянного тока, подаваемого на электрическое устройство 1, и который формирует управляющий сигнал, передаваемый к блоку 5 управления, предназначенному для управления генерирующим свет прибором 6. Управляющий сигнал показывает напряжение постоянного тока, которое должно подаваться на генерирующий свет прибор 6 с помощью блока 5 управления. В частности, в этом варианте осуществления, блок 4 обнаружения электрического входного сигнала содержит измерительный блок 33 для измерения подаваемого напряжения 35 постоянного тока и блок 34 определения управляющего сигнала, который содержит, например, микропроцессор и который определяет управляющий сигнал и, следовательно, напряжение постоянного тока, которое должно прикладываться к генерирующему свет прибору 6, в зависимости от измеренного напряжения 35 постоянного тока, подводимого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока. Таким образом, в этом варианте осуществления, блок 34 определения управляющего сигнала выполнен с возможностью получения управляющего сигнала, показывающего неизменную мощность постоянного тока, прикладываемую к генерирующему свет прибору 6 с помощью блока 5 управления, если измеренное напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, находится в первом диапазоне напряжений постоянного тока, и получения управляющего сигнала, показывающего зависимое напряжение постоянного тока, которое должно прикладываться к генерирующему свет прибору 6 с помощью блока 5 управления, если измеренное напряжение постоянного тока, принятое от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, находится во втором диапазоне напряжений постоянного тока, при этом зависимое напряжение постоянного тока, прикладываемое к генерирующему свет прибору 6, зависит от измеренного напряжения постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока.
Сетевая энергосистема 2 постоянного тока снабжена изменяющим блоком 3, предназначенным для изменения напряжения постоянного тока, подаваемого к электрическому устройству 1. Сетевая энергосистема постоянного тока представляет собой, например, частную сетевую энергосистему здания, в котором расположено электрическое устройство 1, в частности лампа. Изменяющий блок 3 может быть выполнен с возможностью непрерывного изменения напряжения постоянного тока, подаваемого к электрическому устройству 1. В этом варианте осуществления, яркостью лампы 1 можно управлять, если входное напряжение, то есть напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, находится во втором диапазоне напряжений постоянного тока, путем изменения входного напряжения постоянного тока при использовании изменяющего блока 3. Таким образом, интенсивность света лампы 1 может изменяться при изменении напряжения постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока.
В этом варианте осуществления, изменяющий блок 3 содержит блок 7 управления, который выполнен с возможностью управления напряжением постоянного тока, принимаемым по распределительному кабелю 9 сетевой энергосистемы 2 постоянного тока. В частности, блок 7 управления выполнен с возможностью изменения принимаемого напряжения постоянного тока, в соответствии с управляющим сигналом, подаваемым через пользовательский интерфейс 8. Пользовательский интерфейс 8 позволяет пользователю по желанию изменять мощность постоянного тока, подводимую к электрическому устройству 1. Следовательно, выходным сигналом электрического устройства можно управлять путем изменения всего лишь напряжения, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, без необходимости иметь отдельный канал управления для электрического устройства.
Первый диапазон электрического входного сигнала, то есть первый диапазон напряжений постоянного тока, в этом варианте осуществления, включает в себя значения напряжений, которые больше, чем все значения напряжений во втором диапазоне электрического входного сигнала, то есть во втором диапазоне постоянных напряжений, в этом варианте осуществления. Первый диапазон электрического входного сигнала и второй диапазон электрического входного сигнала могут примыкать друг к другу, при этом, например, первый диапазон электрического входного сигнала может быть в пределах от 360 до 400 В и второй диапазон электрического входного сигнала может быть в пределах от 0 до 360 В.
in
in
max
На фиг.2 показаны примеры, соответствующие первому и второму диапазонам электрического входного сигнала. На фиг.2 показана нормированная интенсивность света, излучаемого лампой 1, в зависимости от напряжения U постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока к лампе 1. Во втором диапазоне 10 электрического входного сигнала интенсивность излучаемого света возрастает линейно в зависимости от напряжения U постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока. В первом диапазоне 11 электрического входного сигнала лампа 1 излучает свет, имеющий постоянный максимум интенсивности I.
in
max
В другом варианте осуществления, электрическое устройство 1 может быть выполнено с возможностью создания нулевого выходного сигнала, если электрический входной сигнал меньше, чем нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала. Например, нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала может быть выше, чем остаточное напряжение сетевой энергосистемы, например 12 В. Соответствующие примеры первого и второго диапазонов электрического входного сигнала показаны на фиг.3. На фиг.3 во втором диапазоне 12 электрического входного сигнала интенсивность света, излучаемого лампой 1, возрастает линейно с повышением напряжения U постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, а в первом диапазоне 13 электрического входного сигнала интенсивность света, излучаемого лампой 1, представляет собой максимальную интенсивность I. Второй диапазон 12 электрического входного сигнала имеет нижнюю границу выше нуля, в частности в этом варианте осуществления она соответствует 12 В. Это позволяет подавать небольшое напряжение, например 12 В, на блок 34 определения управляющего сигнала, в частности на микроконтроллер блока 34 определения управляющего сигнала, без генерации света. Однако в других вариантах осуществления нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала может иметь также большое значение. Например, нижней границей может быть значение 320 В, при этом второй диапазон электрического входного сигнала будет в пределах от 320 до 360 В и первый диапазон электрического входного сигнала будет в пределах от 360 до 400 В.
В дополнительном варианте осуществления, электрическое устройство 1 может быть выполнено таким образом, что во втором диапазоне электрического входного сигнала зависимость выходного сигнала от электрического входного сигнала образует ступенчатую функцию, при этом, предпочтительно, чтобы переход от одной ступеньки к другой был линейным. Такая ступенчатая функция схематично показана для примера на фиг.4.
in
max
На фиг.4 во втором диапазоне 14 электрического входного сигнала имеется ступенчатая зависимость интенсивности света, излучаемого лампой 1, от напряжения U постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока. Первый диапазон 15 электрического входного сигнала, в котором лампа 1 излучает свет, имеющий максимальную интенсивность I независимо от напряжения постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, обозначен позицией 15. Ступенчатая функция обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что небольшие флуктуации напряжения в пределах одной ступеньки не изменяют интенсивность света. Соответствующий управляющий сигнал, который создается блоком 34 определения управляющего сигнала, может быть пропущен через фильтр нижних частот для распределения соответствующего изменения выходного сигнала электрического устройства, изменения интенсивности света, создаваемого генерирующим свет прибором 6, в этом варианте осуществления, на протяжении продолжительного периода времени. Эта фильтрация нижних частот приводит к пониженной заметности относительно больших изменений интенсивности света, которые могут иметься, если напряжение постоянного тока изменяется всего лишь немного в пределах напряжений, определяемых, по существу, вертикальными участками ступенчатой функции, показанной на фиг.4.
В дополнительном варианте осуществления, электрическое устройство 1 выполнено таким образом, что во втором диапазоне электрического входного сигнала зависимость выходного сигнала, то есть интенсивности света, излучаемого лампой 1, от напряжения постоянного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, образует гистерезисную функцию. Такая гистерезисная функция во втором диапазоне 16 электрического входного сигнала схематично и для примера показана на фиг.5. Ниже эта гистерезисная функция будет описана на примере функционального цикла.
Предполагается, что в начале примерного функционального цикла работа лампы 1 происходит в определенной рабочей точке 18 и что, если напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, повышается, то сначала интенсивность света остается неизменной. Если определенное заданное пороговое напряжение превышается, интенсивность света, то есть напряжение или мощность, прикладываемая к генерирующему свет прибору 6 с помощью блока 5 управления, повышается. Это определенное заданное пороговое напряжение достигается в точке 19. Начиная с точки 20 напряжение постоянного тока, подаваемое от сетевой энергосистемы 2 постоянного тока, больше не повышается, а понижается, сначала до значения напряжения, которое соответствует точке 21. Хотя подаваемое сетевое напряжение постоянного тока понижается, интенсивность света не снижается, а сохраняется неизменной. Теперь, в течение некоторого времени работа лампы 1 происходит около точки 21. Небольшие флуктуации напряжения не изменяют интенсивности света. Для снижения интенсивности света, то есть мощности или напряжения, подаваемого на генерирующий свет прибор 6 с помощью блока 5 управления, сетевое напряжение постоянного тока должно упасть ниже напряжения в точке 22. При дальнейшем снижении сетевого напряжения постоянного тока интенсивность может достигать, например, интенсивности света, соответствующей точке 23. Если после этой точки 23 сетевое напряжение постоянного тока опять повышается, то может быть достигнута исходная точка 18. Эта характеристика хорошо подходит для регулирования освещенности.
Гистерезисная функция может быть обозначена двумя параллельными линиями 24, 25, при этом первая линия 25 обозначает зависимость интенсивности света, если рабочая точка находится на первой линии 25 и сетевое напряжение постоянного тока повышается, а вторая линия 24 обозначает зависимость интенсивности света, если рабочая точка находится на второй линии 24 и сетевое напряжение постоянного тока понижается. Если рабочая точка находится на первой линии 25 и сетевое напряжение постоянного тока понижается, интенсивность света сначала остается неизменной, то есть рабочая точка перемещается по линии, параллельной оси сетевого напряжения постоянного тока, до тех пор пока рабочая точка не достигает второй линии 24. Если рабочая точка находится на второй линии 24 и сетевое напряжение постоянного тока повышается, интенсивность света остается неизменной до тех пор, пока рабочая точка не достигает первой линии 25.
Кроме того, в других вариантах осуществления, выходной сигнал электрического устройства может иным образом зависеть от электрического входного сигнала. В частности, электрическое устройство может быть выполнено с возможностью создания зависимого выходного сигнала во втором диапазоне электрического входного сигнала в зависимости от заданных связей между электрическим входным сигналом и выходным сигналом электрического устройства. Например, электрическое устройство может быть лампой, при этом связями может определяться зависимость между сетевой мощностью постоянного тока и цветами света, излучаемого лампой.
Кроме того, электрическое устройство 1 может быть выполнено таким образом, чтобы происходило изменение только выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала в течение заданного времени. Электрическое устройство может содержать, например, таймер, предназначенный для измерения времени пребывания сетевого напряжения постоянного тока во втором диапазоне электрического входного сигнала, при этом выходной сигнал электрического устройства будет изменяться только в случае, если измеренное время больше, чем заданный порог времени. Этим можно уменьшать возможное влияние колебания сетевого напряжения постоянного тока на выходной сигнал электрического устройства. Такое колебание может происходить, например, если в распределительном кабеле 9 возникают короткие выбросы напряжения, например, при подключении емкостной нагрузки.
На фиг.6 для примера показана блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая возможное взаимодействие между измерительным блоком и микроконтроллером блока определения регулирующего сигнала при формировании такого регулирующего сигнала для блока управления, например, генерирующего свет прибора, что выходной сигнал электрического устройства изменяется только в случае, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрической величины в течение заданного времени.
На этапе 401 таймер блока определения управляющего сигнала сбрасывается. На этапе 402 измерительным блоком измеряется электрический входной сигнал, в частности сетевое напряжение постоянного тока, а этапе 403 блоком определения управляющего сигнала определяется, находится или нет электрический входной сигнал внутри второго диапазона электрического входного сигнала. Если измеренный электрический входной сигнал не находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, осуществляется переход к этапу 401. Если измеренный электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, то на следующем этапе 404 определяется, закончилось или нет заранее установленное время, отсчитываемое таймером. Если время не закончилось, эта временная процедура продолжается на этапе 402. Если время закончилось, на этапе 405 управляющий сигнал определяется в соответствии с измеренным электрическим входным сигналом и определенный управляющий сигнал подается на блок управления, например, генерирующего свет прибора.
В варианте осуществления, дополнительно определяется, не меньше ли возможное изменение измеренного электрического входного сигнала, чем заданный порог, и если меньше, - выполняется цикл, определяемый этапами с 402 по 404. Это изменение может быть измерено как процент изменения измеренного электрического входного сигнала, деленный на время, в течение которого этот процент наблюдался. Если это изменение больше, чем заданный порог, таймер может быть сброшен и процедура может быть начата снова с этапа 401. Это позволяет осуществлять фильтрацию шума и небольших возмущений во втором диапазоне электрического входного сигнала.
На фиг.7 схематически и для примера показан дополнительный вариант осуществления сетевой энергосистемы постоянного тока. От сетевой энергосистемы 102 постоянного тока сетевое напряжение постоянного тока подается к нескольким электрическим устройствам 101. Сетевая энергосистема 102 постоянного тока содержит выпрямительный блок 127 с выпрямителем 129 для выпрямления переменного тока 128 в постоянный ток. Сетевая энергосистема 102 постоянного тока представляет собой частную сетевую систему здания 126, в которой переменный ток 128 внешней сети выпрямляется выпрямителем 129 с образованием напряжения постоянного тока. Выпрямительный блок 127 также содержит изменяющий блок 103 для изменения выпрямленного напряжения постоянного тока. Измененное напряжение постоянного тока представляет собой сетевое напряжение постоянного тока, которое подается к электрическим устройствам 101 через распределительную систему, содержащую распределительные кабели 109. Изменяющий блок 103 может содержать пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю изменять сетевое напряжение постоянного тока. В варианте осуществления, показанном на фиг.7, предусмотрен блок 130 задания электрического входного сигнала, который соединен с изменяющим блоком 103 посредством информационного соединения 131, что позволяет пользователю задавать сетевое напряжение постоянного тока. Блок 130 задания электрического входного сигнала может быть внешним блоком, который расположен на удалении от здания 126, или он может быть внутренним блоком, который расположен в здании 126. В варианте осуществления, блок 130 задания электрического входного сигнала соединен с изменяющим блоком 103 через сеть Интернет, так что сетевое напряжение постоянного тока можно изменять через сеть Интернет.
Предпочтительно, чтобы описанные выше сетевые энергосистемы 2, 102 постоянного тока содержали номинальное напряжение, например, 380 В. Предпочтительно, чтобы первый диапазон электрического входного сигнала включал в себя номинальное напряжение соответствующей сетевой энергосистемы постоянного тока. Кроме того, предпочтительно, чтобы нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала была по меньшей мере на 20% ниже, чем номинальное напряжение, при этом предпочтительно, чтобы верхняя граница второго диапазона электрического входного сигнала была по меньшей мере на 10% ниже, чем номинальное напряжение.
На фиг.8 схематически и для примера показано электрическое устройство, согласно дополнительному варианту осуществления. Электрическое устройство 201, показанное на фиг.8, также представляет собой лампу, содержащую блок 204 обнаружения входного электрического сигнала с измерительным блоком 233 и блоком 234 определения управляющего сигнала. Блоком 233 измерения измеряется сетевое напряжение 235 постоянного тока, принимаемое от сетевой энергосистемы постоянного тока, который на фиг.8 не показан. Блоком 234 определения управляющего сигнала определяется управляющий сигнал в зависимости от измеренного сетевого напряжения постоянного тока. Управляющим сигналом является напряжение, которое должно прикладываться к генерирующему свет прибору 206 с помощью блока 205 управления. Предпочтительно, чтобы измерительный блок 233 содержал аналого-цифровой преобразователь для подачи цифрового значения сетевого напряжения постоянного тока к блоку 234 определения управляющего сигнала. Предпочтительно, чтобы блок 234 определения управляющего сигнала содержал микроконтроллер, который сконфигурирован для определения управляющего сигнала. Блок 234 определения управляющего сигнала выполнен таким образом, что определяемый им управляющий сигнал приводит к неизменному выходному сигналу электрического устройства 201, если сетевое напряжение постоянного тока находится в первом диапазоне электрического входного сигнала, и зависимой отдаче, если сетевое напряжение постоянного тока находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, при этом зависимый выходной сигнал зависит от сетевого напряжения постоянного тока.
Электрическое устройство 201 также содержит вспомогательный преобразователь 232, предназначенный для преобразования сетевого напряжения 235 постоянного тока в другое напряжение постоянного тока, пригодное для работы измерительного блока 233, блока 234 определения управляющего сигнала и блока 205 управления.
Как уже упоминалось выше, нижняя граница второго диапазона электрического входного сигнала, в частности второго диапазона напряжений, может быть относительно высокой. Если это случается, вспомогательный преобразователь 232 в электрическом устройстве не обязательно должен создавать вспомогательную мощность в диапазоне повышенных входных напряжений. Кроме того, в таком случае лампы или другие электрические устройства, аналогичные вентиляторам или датчикам, могут работать на основе одного и того же распределения сетевой мощности постоянного тока, при этом по меньшей мере некоторые из этих ламп или другие электрические устройства не управляются в соответствии с сетевым напряжением постоянного тока, если их соответствующие блоки управления способны работать в диапазоне напряжений ниже нижней границы второго диапазона напряжений.
В следующем варианте осуществления, способ обеспечения напряжения постоянного тока сетевой энергосистемы в качестве электрического входного сигнала к электрическому устройству и создания выходного сигнала электрического устройства в зависимости от электрического входного сигнала будет описан со ссылкой к блок-схеме последовательности действий, показанной на фиг.9.
На этапе 301 сетевой энергосистемой постоянного тока обеспечивается сетевое напряжение постоянного тока. На этапе 302 это сетевое напряжение постоянного тока изменяется благодаря использованию, например, изменяющих блоков 3 и 103 сетевой энергосистемы постоянного тока, которые описаны выше при обращении к фигурам 1 и 7. На этапе 303 электрическим устройством создается выходной сигнал, в соответствии с измененным сетевым напряжением постоянного тока. В частности, электрическим устройством создается неизменный выходной сигнал, если измененное сетевое напряжение постоянного тока находится в пределах первого диапазона электрического входного сигнала, и зависимый выходной сигнал, который зависит от измененного сетевого постоянного напряжения, если измененное сетевое напряжение постоянного тока находится в пределах второго диапазона электрического входного сигнала.
Согласно варианту осуществления, изменяющий блок, предназначенный для изменения сетевого напряжения постоянного тока сетевой энергосистемы постоянного тока, представляет собой центральный контроллер сетевой энергосистемы постоянного тока, предназначенный для централизованного изменения сетевого напряжения постоянного тока. Могут быть образованы подсети, при этом группа электрических устройств может быть подключена к общему изменяющему блоку сетевой энергосистемы постоянного тока. В частности, электрическая схема может содержать сетевую энергосистему постоянного тока и несколько электрических устройств, при этом электрические устройства могут быть подключены к одному и тому же изменяющему блоку или к различным изменяющим блокам сетевой энергосистемы постоянного тока.
Лампа, описанная выше с обращением к фиг.1, позволяет поддерживать постоянную интенсивность света лампы, если сетевое напряжение постоянного тока сетевой энергосистемы постоянного тока флуктуирует. С другой стороны, интенсивность света может управляться изменением подаваемого сетевого напряжения постоянного тока. Таким образом, силой света лампы можно управлять без необходимости иметь дополнительный канал управления силой света.
Упомянутый выше блок задания электрического входного сигнала, который может быть удаленным блоком, находящимся, например, за пределами здания, содержащего сетевую энергосистему постоянного тока, или который может быть внутренним блоком в здании, может использоваться для улучшения управления мощностью сетевой энергосистемы постоянного тока. Например, понижение напряжения обычно указывает на повышение нагрузки в сетевой энергосистеме постоянного тока. Если нагрузки в сети имеют постоянную характеристику мощности, токи нагрузок будут возрастать, а сетевая энергосистема постоянного тока может стать неустойчивой и повредиться. Если, например, центральный силовой преобразователь сетевой энергосистемы постоянного тока имеет возможность понижать мощность, отдаваемую в нагрузку, поскольку он содержит, например изменяющие блоки 3 и 103, описанные выше при обращении к фигурам 1 и 7, сетевая энергосистема постоянного тока может сохраняться устойчивой без перехода в режим ограничения нагрузки. Следовательно, изменяющий блок, который может изменять сетевое напряжение постоянного тока, в частности, с помощью удаленного блока задания электрического входного сигнала, позволяет реализовывать функцию локальной интеллектуальной сети без дополнительного канала связи.
nom
Первый диапазон напряжений, то есть первый диапазон электрического входного сигнала, предпочтительно задавать так, чтобы он включал в себя диапазон номинальных напряжений сетевой энергосистемы постоянного тока. Его предпочтительно задавать в зависимости от номинального напряжения постоянного тока и возможного отклонения от этого напряжения в пределах нескольких процентов. Например, первый диапазон напряжений можно задавать в соответствии с номинальным напряжением сетевой энергосистемы постоянного тока и отклонением 10% (U±10%). Предпочтительно, чтобы второй диапазон напряжений, то есть второй диапазон электрического входного сигнала, был диапазоном с более низкими напряжениями по сравнению с первым диапазоном напряжений, который присоединен к нему. Предпочтительно, чтобы во втором диапазоне напряжений характеристика мощности лампы по меньшей мере монотонно возрастала, и это означает, что более высокое напряжение питания, то есть более высокое сетевое напряжение постоянного тока, будет приводить к большей мощности лампы, то есть большей мощности, подводимой с помощью блока управления к генерирующему свет прибору. Еще более предпочтительно, чтобы эта характеристика была линейной.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления предпочтительным электрическим устройством является лампа, электрическое устройство также может быть другой электрической нагрузкой, аналогичной вентилятору, датчику, электродвигателю и т.д.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления изменение выходного сигнала, обусловленное изменением электрического входного сигнала, представляет собой изменение интенсивности света, в других вариантах осуществления также можно изменять другие свойства света. Например, направление света, цвет света и т.д. можно изменять и регулировать в зависимости от электрического входного сигнала. Если электрическое устройство представляет собой другую нагрузку, соответствующее свойство, которое можно изменять, также должно быть другим. Например, если электрическое устройство представляет собой вентилятор, направление вентилятора и/или интенсивность вентиляции, в частности частоту вращения вентилятора, можно изменять в зависимости от электрического входного сигнала.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления сетевая энергосистема представляет собой сетевую энергосистему постоянного тока, сетевая энергосистема также может быть сетевой энергосистемой другого вида. Например, она может быть сетевой энергосистемой переменного тока, которую можно использовать в изобретении для снижения акустического шума или содержания высоких частот в кабелях. Например, гудение силового трансформатора и/или шум, создаваемый магнитными компонентами, аналогичными магнитным компонентам в блоках управления, предназначенных для управления источником света, может быть снижен путем понижения амплитуды напряжения переменного тока, подаваемого от сетевой энергосистемы переменного тока. Содержание высоких частот в кабелях, то есть нежелательные возмущающие излучения радиочастот, которые могут генерироваться в выключателях питания, также может быть уменьшено путем понижения амплитуды подаваемого сетевого напряжения переменного тока.
Если электрическая схема содержит сетевую энергосистему постоянного тока с изменяемым сетевым напряжением постоянного тока и несколько электрических устройств, подключенных к сетевой энергосистеме постоянного тока, то необязательно, чтобы для всех электрических устройств реализовывалась концепция неизменного выходного сигнала в первом диапазоне напряжения и зависимого выходного сигнала во втором диапазоне напряжений. Некоторые электрические устройства могут быть выполнены с возможностью, например, самовыключения в случае, если изменяемое сетевое напряжение постоянного тока находится вне допустимых пределов напряжений постоянного тока, требующихся для соответствующих электрических устройств.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления изменяющий блок содержит пользовательский интерфейс, чтобы пользователь мог изменять напряжение постоянного тока, подаваемое на электрическое устройство, в других вариантах осуществления изменяющий блок также может быть приспособлен для изменения напряжения постоянного тока, подаваемого на электрическое устройство, на основании, например, событий или состояний, обнаруживаемых датчиком, то есть, например, изменяющий блок может содержать связи между определенными событиями или состояниями, которые могут обнаруживаться датчиками, и напряжением постоянного тока, подаваемым к электрическому устройству. Например, напряжение постоянного тока может изменяться в зависимости от движения, обнаруживаемого датчиком движения, при этом, например, напряжение постоянного тока может понижаться, если перемещение больше не обнаруживается. Кроме того, изменяющий блок также может быть приспособлен для изменения напряжения постоянного тока, подаваемого к электрическому устройству, по заданному расписанию.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления электрическое устройство содержит только единственный прибор, который создает выходной сигнал, в других вариантах осуществления электрическое устройство может также содержать больше одного прибора, создающего выходной сигнал. Например, электрическое устройство может быть лампой, которая содержит не только генерирующий свет прибор, но также и вентилятор. В таком случае электрическое устройство включает в себя, например, в запоминающем блоке связи между различными выходными сигналами генерирующего свет прибора и вентилятора, с одной стороны, и электрическим входным сигналом, в частности, сетевым напряжением постоянного тока, с другой стороны. В варианте осуществления, несколько диапазонов напряжений может быть задано в пределах второго диапазона электрического входного сигнала, при этом эти несколько диапазонов напряжений могут быть поставлены в соответствие различным цветам света генерирующего свет прибора или различным частотам вращения вентилятора. Например, три различных диапазона напряжений могут быть поставлены в соответствие трем различным частотам вращения, а два других различных диапазона напряжения могут быть поставлены в соответствие двум различным цветам света. Если электрический входной сигнал выходит из второго диапазона электрической величины, предпочтительно, чтобы выходной сигнал электрического устройства оставался неизменным выходным сигналом, который был выбран перед выходом из второго диапазона электрического входного сигнала.
Кроме того, выходной сигнал электрического устройства может зависеть от времени, в течение которого определенное напряжение подается к электрическому устройству. Например, определенная продолжительность времени и определенное напряжение постоянного тока могут быть поставлены в соответствие определенным выходным сигналом электрического устройства. Напряжение и по желанию также продолжительность времени подачи напряжения к электрическому устройству могут быть поставлены в соответствие не только одному значению выходного сигнала, аналогичному всего лишь выходной интенсивности или выходному цвету, но также последовательности значений выходного сигнала. Например, определенное сетевое напряжение и по желанию определенная продолжительность времени могут быть поставлены в соответствие последовательности цветов света, образуемого генерирующим свет прибором. Кроме того, определенное напряжение можно ставить в соответствие определенной последовательности, чтобы каждый раз, когда сетевое напряжение будет достигать этого определенного напряжения, выходной сигнал электрического устройства изменялся в соответствии со следующим элементом последовательности, или можно задавать, чтобы выходной сигнал изменялся с неизменной скоростью, в соответствии с заданной последовательностью выходных характеристик, аналогичной последовательности цветов, при подаче определенного напряжения к электрическому устройству. Например, электрическим устройством может быть проектор гобо для проецирования различных световых картин, которые могут быть статическими или движущимися световыми картинами. Соответствующая световая картина может выбираться подачей соответствующего напряжения на проектор гобо. Например, проектор гобо можно выполнять таким образом, чтобы при подаче на проектор гобо первого напряжения постоянного тока, например 250 В ±5%, могла проецироваться первая световая картина, при этом всякий раз, когда достигается второе напряжение постоянного тока, например 280 В ±5%, могла проецироваться следующая световая картина из заданной последовательности световых картин. Кроме того, проектор гобо может быть выполнен с возможностью создания диапазона яркости, например в диапазоне напряжений от 320 до 360 В, когда при подаче соответствующих напряжений постоянного тока на проектор гобо сначала может быть выбрана заданная световая картина, а затем может быть установлена заданная интенсивность света.
Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения, в результате изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества.
Единственный блок или устройство может выполнять функции нескольких средств, перечисленных в формуле изобретения. То, что определенные признаки перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может быть использовано с успехом.
Измерения, аналогичные определению управляющего сигнала, который подается на блок управления, например, генерирующего свет прибора, и/или управлению электрического устройства и сетевой энергосистемы, в соответствии с упомянутыми выше способами, могут быть реализованы в виде средства программного кода компьютерной программы и/или в виде специализированного аппаратного обеспечения.
Компьютерная программа может сохраняться на соответствующем носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемый совместно с другим аппаратным обеспечением или как часть его, и может распределяться с него, но также может распределяться другим образом, например через Интернет или через посредство другой проводной или беспроводной системы связи.
Любые позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.
Изобретение относится к электрическому устройству, предназначенному для обеспечения выходного сигнала, зависящего от входного электрического сигнала. Электрическое устройство выполнено с возможностью создания неизменного выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится в первом диапазоне электрического входного сигнала, и зависимого выходного сигнала, если электрический входной сигнал находится во втором диапазоне электрического входного сигнала, при этом зависимый выходной сигнал зависит от электрического входного сигнала. Поэтому выходной сигнал может оставаться неизменным даже в случае, если электрический входной сигнал, который, предпочтительно, представляет собой сетевое напряжение постоянного тока, флуктуирует в пределах первого диапазона электрического входного сигнала. Кроме того, во втором диапазоне электрического входного сигнала выходной сигнал может управляться только управлением электрического входного сигнала, аналогичного сетевому напряжению постоянного тока, без необходимости в дополнительном узле управления электрического устройства. Следовательно, устойчивость к флуктуациям электрического входного сигнала или возможность управления выходного сигнала могут быть реализованы относительно простым способом.