УПРАВЛЯЕМАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ И ОСВЕЩЕНИЯ
CONTROLLED POWER AND LIGHTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к новой управляемой системе питания и освещения. Изобретение, в частности, относится к способу размещения и автоматического управления одного или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является осветительным устройством, содержащим светодиод (LED), в настоящей системе, причем светодиодное осветительное устройство (осветительное устройство, содержащее LED) выполнено с возможностью получать питание 3-фазным AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и, в частности, к таким конфигурациям, где 3-фазная мощность AC распределяется по проводящим шинам. Изобретение также относится к способу размещения и автоматического управления осветительными устройствами в настоящей системе, в частности светодиодными (LED) источниками света и, опционально, несветодиодными устройствами, выполненными с возможностью получать питание 3-фазной мощностью AC, где 3-фазная мощность AC распределяется через традиционную проводку совместно с 3-фазными импульсными (коммутируемыми) источниками питания (SMPS). Кроме того, новая система питания и освещения пригодна для использования в единообразном и безопасном режиме в непосредственной близости к живым организмам, в частности, организмам, способным расти, например, растениям, в домашней или коммерческой системе выращивания.
Изобретение также относится к управляемой системе питания и освещения для одного или более энергопотребляющих устройств, включающих в себя, по меньшей мере, одно светодиодное (LED) осветительное устройство и, опционально, одно или более неосветительных энергопотребляющих устройств, которое распределяет мощность и свет в единообразном и безопасном режиме.
2
2
Изобретение также относится к способу, который позволяет по отдельности управлять отдельными осветительными устройствами, группами осветительных устройств или матрицами осветительных устройств, а также неосветительными устройствами по большим площадям поверхности от 1 м до свыше 10000 м в соответствии с потребностями конкретного.
Изобретение также относится к способу управления длиной волны, интенсивностью и фотопериодом отдельных светодиодных источников света (LED) в разнообразных применениях, в том числе, в коммерческих и домашних применениях.
Изобретение также относится к обеспечению автоматизированного управления, цифрового сбора и предоставления отчета по энергопотребляющим светодиодным осветительным устройствам, и, когда присутствуют, несветодиодным энергопотребляющим устройствам в системах, а также для контроля и управления характерными для устройства признаками в реальном времени и использованию контуров обратной связи и эволюционных алгоритмов, связанных с заранее заданными условиями в системах.
Изобретение также относится к средству для обеспечения светодиодного освещения на гибких уровнях напряжения при обеспечении дополнительной безопасности и эффективностей в отличие от традиционных систем. Изобретение также относится к средству для обеспечения светодиодного освещения на сверхнизких уровнях напряжения, например 12-50 В AC для использования в разнообразных применениях, в том числе в коммерческих или домашних применениях, и, в частности, для использования в коммерческих или домашних системах выращивания, гарантируя при этом безопасность пользователя и в соответствии с электрическими стандартами здоровья и безопасности, но без требования классификации IP.
Изобретение также относится к оптимизации значений коэффициента мощности (PF) системы и минимизации полного гармонического искажения (THD) системы путем использования описанных здесь систем.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна технология светодиодного (LED) освещения для доставки увеличенной отдачи мощности с сопутствующими снижениями затрат, в частности, в коммерческих применениях, например, в уличном освещении, где ранее использовались неэффективные/дорогостоящие натриевые лампы HID.
С коммерческой точки зрения и, в частности с точки зрения потенциальной реализации матриц LED в крупномасштабных коммерческих применениях, например, в промышленных применениях или в применениях крупной розничной торговли, будет очевидно значительное преимущество использования такой(их) матрицы LED на более энергоэффективной основе, и в экономичном режиме, обеспечивая при этом возможности дистанционного управления их длиной волны, интенсивностями излучения и фотопериодами.
Коммерчески доступные светодиодные источники света получают питание постоянным током и это означает, что они обычно располагаются в непосредственной близости к инвертору AC/DC, обычно 230 В AC - 24 В DC. При низковольтном DC существует значительное падение напряжения на коротких расстояниях, и это означает, что для эффективности системы инвертор AC/DC должен располагаться на расстояниях от светодиодных источников света менее 5 м, и обычно около 2 м.
Конкретный недостаток использования светодиодного освещения для обеспечения освещения для крупномасштабных коммерческих или промышленных применений, или осветительных систем высокой интенсивности, которые требуют большого количества светодиодных источников света, состоит в том, что необходимое разнесение между либо отдельными светодиодными источниками света, либо между группами светодиодных источников света означает, что расстояние между инверторами AC/DC должно возрастать, поскольку такие конфигурации обычно означают, что опасность падения напряжения DC увеличивается. Заявитель установил, что такая опасность падения напряжения DC применима к любому осветительному устройству с питанием DC.
До сих пор попытки решения этой проблемы падения напряжения для коммерческих применений предусматривали модифицированные осветительные системы, которые используют светодиодные источники света, и, в частности полоски светодиодных источников света, также известных как полосковое освещение совместно с увеличенным количеством инверторов AC/DC меньшего размера. Помимо указанных выше затрат LED и дополнительных затрат на инверторы, такие модифицированные системы требуют гораздо большие количества высоковольтных проводов AC, для подключения к многочисленным инверторам, чем потребовалось бы в случае использования единого большого инвертора AC/DC. Это особенно дорого стоит в крупномасштабных коммерческих системах, например, системах для использования в крупномасштабных промышленных применениях или сложных коммерческих применениях, где все провода и инверторы должны отвечать требованиям IP. Кроме того, сложность таких систем означает, что меры, необходимые для управления светодиодным освещением в таких модифицированных системах, а также измерение сгенерированных длины волны, интенсивности и фотопериода становится непрактичными и даже потенциально опасными в случае любого отказа.
В настоящее время, инверторы AC/DC промышленных стандартов для использования со светодиодными источниками света имеют коэффициенты мощности (PF) обычно в пределах от 0,7 до 0,9. Однако значительное финансовое преимущество будет обеспечиваться за счет увеличения коэффициента мощности ближе к 1,0.
Полные гармонические искажения (THD) 20% или менее, считаются приемлемыми при обеспечении светодиодного освещения. Значительное преимущество будет давать обеспечение системы, которая может снижать или устранять THD, поскольку любое THD потенциально вредит здоровью животного и человека и создает помеху для других электронных систем.
Таким образом, необходимо обеспечить систему для обеспечения питания и освещения осветительным устройствам, которые выполнены с возможностью получать питание DC, и, в частности, светодиодным осветительным системам, содержащим одно или более светодиодных осветительных устройств, например, матрицы LED, которая преодолевает ограничения падения напряжения современных систем и способна однородно доставлять распределение мощности излучения, с усовершенствованным преобразованием мощности в отличие от доступных в настоящее время традиционных компактных или полосковых светодиодных осветительных матриц и которая обеспечивает повышение (увеличение) PF и/или снижение или отсутствие THD.
Одним из желаемых признаков светодиодных приборов является способность независимого управления каждой длиной волны и изменения интенсивностей и фотопериодов согласно конкретным потребностям заказной коммерческой или домашней системы.
Существует техническая возможность использовать LED для регулировки фотопериодов от миллисекунд до часов. Производители светодиодного освещения спроектировали компактные светодиодные осветительные матрицы, использующие традиционные печатные платы (PCB), часто включающие в себя сотни мощных LED. Они отвечают требованиям IP и получают питание высоковольтным, обычно 240 В, AC.
Поскольку свыше 50% мощности, подаваемой на такие матрицы LED, обычно преобразуется в тепло, а не в излучаемую мощность, эти компактные светодиодные осветительные матрицы часто охлаждаются воздухом с помощью вентиляторов. В виду всевозрастающей информированности как домашних, так и коммерческих потребителей экологических затрат, связанных с потерей энергопотребления, относительная неэффективность преобразования мощности, обеспеченного коммерчески доступными матрицами LED, в ряде случаев может препятствовать их использованию.
Таким образом, необходимо обеспечить систему питания для таких светодиодных осветительных матриц, которые преобразуют более 50% подаваемой мощности в излучаемую мощность а не в тепловую энергию.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение содержит новую и усовершенствованную систему питания и освещения, пригодную для использования в применениях, имеющих одно или более светодиодных осветительных устройств с питанием DC. Изобретение, в частности, относится к управляемой системе для обеспечения питания и освещения для применений, в которых система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC.
Настоящее изобретение предусматривает управляемую систему для обеспечения питания и освещения для применений, в которых система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство, снижается понижающим устройством.
Настоящее изобретение предусматривает управляемую систему для обеспечения питания и освещения для применений, в которых система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство, снижается сетевым понижающим трансформатором AC.
Настоящее изобретение дополнительно относится к управляемой системе для обеспечения питания и освещения для применений, в которых система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, меньше или равна 50 В AC RMS.
Настоящее изобретение также относится к управляемой системе для обеспечения питания и освещения для применений, в которых система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, распределяется проводящими шинами.
Настоящее изобретение также относится к управляемой системе для обеспечения питания и освещения для применений, в которых система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством.
В целях исключения неоднозначного толкования, каждый из вышеприведенных аспектов, связанных с понижением напряжения питания, <= 50 В AC RMS, шины и/или автоматическое управление могут быть объединены с настоящей системой. Эти и дополнительные аспекты подробно описаны далее.
Согласно конкретному аспекту раскрыты управляемые системы питания и освещения, в которых 3-фазная мощность напряжения AC является низковольтной 3-фазной мощностью AC и, в частности, 3-фазная сверхнизковольтная мощность AC, меньшая или равная 50 В AC RMS, распределяется на шинах.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает управляемую систему питания и освещения, определенную выше, где, по меньшей мере, одно светодиодное осветительное устройство является любым пригодным светодиодным осветительным устройством, включающим в себя LED, осветительную компоновку, включающую в себя, по меньшей мере, один LED, светильник, содержащий, по меньшей мере, один LED, группу LED, группу осветительных компоновок, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один LED, группу светильников, каждый из которых содержит, по меньшей мере, один LED, или одну или более матриц LED.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает управляемую систему питания и освещения, подробно описанную выше, где одно или более светодиодных осветительных устройств или группа из одного или более светодиодных осветительных устройств или одна или более матриц LED связаны с сетевым трансформатором AC.
Настоящее изобретение предусматривает управляемую систему питания и освещения, подробно описанную выше, где 3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами. Кроме того настоящее изобретение дополнительно предусматривает управляемую систему питания и освещения, подробно описанную выше, где 3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами, в частности, где шины являются проводящими пустотелыми шинами или проводящими трубчатыми или, по существу, трубчатыми шинами.
Также предусмотрена управляемая система питания и освещения для использования в применениях, содержащих одно или более светодиодных осветительных устройств, где одно или более осветительных устройств выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом средство связи располагается на стороне AC т.е. связи извлекаются из формы волны AC на каждом осветительном устройстве или группе осветительных устройств т.е. на каждой нагрузке, подключенной к системе посредством технологии линий питания совместно со средством связи и регистрации в устройствах, и при этом система может контролироваться и управляться дистанционно.
Согласно аспекту, предусмотрена управляемая система питания и освещения, в которой светодиодное освещение содержит одно или более светодиодных осветительных устройств или группу из одного или более светодиодных осветительных устройств или матрицу LED, содержащую светодиодные источники света, причем устройства или источники света выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем
(i) 3-фазная мощность AC, распределяемая на светодиодное освещение, связана с сетевым трансформатором AC, который может располагаться снаружи или внутри;
(ii) 3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами;
(iii) 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в низкое или сверхнизкое напряжение DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку, и, в частности, посредством выпрямителя AC/DC, связанного с каждым светодиодным осветительным устройством или группой светодиодных осветительных устройств; и
(iv) система включает в себя средство для автоматического управления выходом освещения в целом или отдельных светодиодных осветительных устройств или групп светодиодных осветительных устройств в системе.
Согласно еще одному аспекту в вышеописанной управляемой системе питания и освещения, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство или группу светодиодных осветительных устройств, преобразуется в низкое или сверхнизкое напряжение DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку, выпрямление осуществляется посредством выпрямителя AC/DC, связанного с каждым светодиодным осветительным устройством или группой светодиодных осветительных устройств.
Согласно еще одному аспекту, в любой из систем шины непосредственно являются трубчатыми или, по существу, трубчатыми и выполнены с возможностью обеспечивать питание одного или более необязательных неосветительных устройств, когда они присутствуют в системе, и при этом система дополнительно содержит технологию линий питания совместно со средством вычисления и регистрации в матрице, и несветодиодные устройства, и при этом система может контролироваться и управляться дистанционно.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение предусматривает новую систему питания и освещения, определенную здесь, в которой технология линий питания, обеспеченная посредством шин, обеспечивает систему управления для осветительной системы, в которой система управления осуществляет связь с каждым отдельным осветительным устройством или группами из одного или более осветительных устройств или одной или более матриц осветительных устройств путем использования одной или более характерных для осветительного устройства микросхем регистрации для обеспечения дистанционно управляемой и контролируемой системы, и при этом автоматическая коррекция падения напряжения в системе управляется локальными инверторами, связанными с каждым осветительным устройством или группой осветительных устройств или отдельными осветительными устройствами или группами осветительных устройств, включающими в себя полоски осветительных устройств в каждой матрице, и, в частности, где осветительные устройства являются LED.
Дополнительный аспект предусматривает новую систему питания и освещения, определенную выше, имеющую признаки дистанционного управления на сетевой основе и средство для обеспечения смешивания источников энергии между пиковыми и внепиковыми сетевыми источниками питания, и между сетевым источником питания и альтернативными, возобновляемыми источниками питания, например, солнечной энергией.
Согласно прочим аспектам, настоящее изобретение предусматривает новую систему питания и освещения, определенную выше, причем система дополнительно содержит один или более из следующих независимых признаков, и любую их комбинацию: осветительные устройства содержат полоски LED; осветительные устройства содержат точечные светодиодные источники света; осветительные устройства содержат светодиодные прожекторы; осветительные устройства содержат комбинацию точечных светодиодных источников света, светодиодных прожекторов и/или полосок LED; объединенная регистрация линии питания и матрицы допускает беспроводной дистанционное управление и контроль системы; система включает в себя контур обратной связи в системе управления для обеспечения регулировки LED в реальном времени в зданиях.
Согласно еще одному дополнительному аспекту, настоящее изобретение предусматривает новую систему питания и освещения, определенную выше, где каждое отдельное энергопотребляющее устройство в системе, включающей в себя отдельные осветительные устройства и/или неосветительные устройства или группу осветительных устройств и/или группа неосветительных устройств, или матрицу осветительных устройств в системе питания и освещения может по отдельности регистрироваться для управления окончательно через интернет, причем все данные, собранные через облачный интернет, причем такое управление обеспечивается микросхемой связи по линии питания.
Согласно другому аспекту, настоящее изобретение предусматривает усовершенствованную матрицу LED для использования в качестве осветительного устройства с настоящими системами питания и освещения для использования в системах выращивания, где матрица LED содержит несколько параллельно размещенных алюминиевых полосок, причем отдельные светодиодные источники света могут быть разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем каждая отдельная полоска удалена на аналогичное расстояние от каждой отдельной соседней полоски и при этом полный шаблон LED, обеспеченный матрицей LED, приближается к однородной сетке и при этом полоски LED выполнены с возможностью получать питание от низковольтного 3-фазного источника питания AC.
Раскрыта также управляемая система питания и освещения для коммерческого и/или домашнего использования, содержащая одно или более осветительных устройств, причем одно или более осветительных устройств получает питание от 3-фазного источника питания AC, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством выпрямления AC/DC, и, в частности, система
(i) в которой 3-фазная мощность AC, распределяемая на матрицу, связана с сетевым трансформатором, который может располагаться снаружи или внутри;
(ii) в которой 3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами;
(iii) в которой 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку; и
(iv) в которой система включает в себя средство для автоматического управления выходом освещения в целом, или отдельных осветительных устройств, или групп осветительных устройств; и, опционально
(v) в которой шины, опционально, выполнены с возможностью обеспечения питания одного или более неосветительных устройств в системе.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает управляемую систему для обеспечения питания и освещения, также именуемую здесь управляемой системой питания и освещения, как подробно описано выше, в которой каждое энергопотребляющее устройство является подключенной нагрузкой, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое определенное здесь светодиодное осветительное устройство или группу светодиодных осветительных устройств или матрицу LED, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает управляемую систему питания и освещения, причем система включает в себя средство для автоматического управления выходом светодиодного освещения в целом, или отдельных светодиодных осветительных устройств, или групп светодиодных осветительных устройств.
Дополнительно предусмотрена управляемая система питания и освещения для применения в применениях, содержащих одно или более светодиодных осветительных устройств, где одно или более осветительных устройств выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом 3-фазная мощность AC распределяется трубчатыми шинами.
Также предусмотрена управляемая система питания и освещения для применения в применениях, содержащих одно или более светодиодных осветительных устройств, где одно или более осветительных устройств выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом
(i) 3-фазная мощность AC, распределяемая на освещение, в целом связана с сетевым трансформатором;
(ii) 3-фазная мощность AC распределяется шинами;
(iii) 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку; и
(iv) система включает в себя средство для автоматического управления выходом освещения в целом, или отдельных осветительных устройств, или групп осветительных устройств; и, опционально
(v) шины, опционально, выполнены с возможностью обеспечения питания одного или более неосветительных устройств в системе.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает управляемую систему питания и освещения, в которой освещение содержит одну или более матриц LED, причем каждая матрица LED содержит одну или более полосок, причем один или более отдельных светодиодных источников света разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем светодиодные полоски выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC, в котором
(i) низковольтная 3-фазная мощность AC, распределяемая на матрицу, связана с сетевым трансформатором;
(ii) низковольтная 3-фазная мощность AC распределяется трубчатыми шинами;
(iii) низковольтный 3-фазный AC, подаваемый на каждый светодиодный источник света или группу светодиодных источников света преобразуется в низковольтный DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждый подключенный светодиодный источник света или группу светодиодных источников света;
(iv) система включает в себя средство для автоматического управления выходом матрицы LED в целом, или отдельных светодиодных источников света, или групп светодиодных источников света в матрице; и, опционально
(v) шины выполнены с возможностью обеспечивать питание одного или более несветодиодных устройств в системе.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение предусматривает новую систему питания и освещения для использования в системах выращивания, где освещение содержит одну или более матриц LED, причем каждая матрица LED содержит одну или более полосок, причем один или более отдельных светодиодных источников света разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, где светодиодные полоски получают питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC, и
(i) в которой низковольтная 3-фазная мощность AC, распределяемая на матрицу, связана с внешним трансформатором;
(ii) в которой низковольтная 3-фазная мощность AC распределяется трубчатыми шинами;
(iii) в которой низковольтный или 3-фазный AC, подаваемый на каждую полоску, преобразуется в низковольтный DC посредством выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку; и
(iv) в которой система включает в себя средство для автоматического управления выходом матрицы LED в целом или отдельных светодиодных источников света или групп светодиодных источников света в матрице.
Вышеприведенные аспекты и другие дополнительные аспекты изобретения описаны ниже.
ОПИСАНИЕ
Преимущества изобретения
Традиционно осветительные системы получают питание однофазным напряжением. В отрасли промышленности, относящейся к освещению, общеизвестно, что осветительные системы с низкой силовой нагрузкой, например, светодиодные источники света с низковольтным питанием DC не считаются пригодными для получения питания 3-фазной мощностью.
До сих пор не было возможно обеспечить осветительную систему, использующую источники света, которые требуют питания DC, например, LED, с использованием 3-фазного источника питания. Неожиданно, заявитель не только обеспечил первую управляемую систему питания и освещения на основе 3-фазного источника питания, пригодную для использования со светодиодными источниками света, которые выполнены с возможностью получать питание 3-фазным DC, но заявитель также установил, что с использованием источника питания с 3-фазным напряжением и, в частности, 3-фазного низковольтного источника питания AC, в описанных здесь управляемых системах питания и освещения выпрямление этого 3-фазного напряжения в DC гораздо эффективнее, чем традиционное однофазное выпрямление.
Заявитель дополнительно установил, что использование 3-фазного питания AC в настоящих управляемых системах питания и освещения не только доставляет желаемые преимущества эффективности в отличие от традиционных осветительных систем, но и позволяет использовать значительно меньше конденсаторов для сглаживания напряжения DC, чем необходимо в эквивалентной однофазный системе. Эти преимущества, связанные с эффективностью и конденсаторами были продемонстрированы на разных уровнях напряжения, т.е. на высоком и низком уровнях 3-фазного источника питания AC. В частности, заявитель установил, что эти преимущества особенно полезны, когда низко- или сверхнизковольтный 3-фазный источник питания используется в настоящих системах питания и освещения. Способность использовать значительно меньше конденсаторов дает большие преимущества в стоимости, размере, эффективности и надежности выпрямления и сопутствующих аппаратных компонентов. Заявитель установил, что конденсаторы, пригодные для использования в настоящих системах питания и освещения, имеющих 3-фазное выпрямление, до 90% включительно меньше соответствующих конденсаторов, необходимых для систем, использующих низковольтный AC с однофазным выпрямлением. Кроме того, заявитель продемонстрировал, что в управляемых системах питания и освещения, подробно описанных здесь, конденсатор можно полностью исключить при условии, что выходное напряжение трансформатора настроено на конкретное применение.
Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, предполагается, что одна из причин, по которой настоящая система, использующая 3-фазный источник питания, эффективнее, чем соответствующая система, имеющая однофазный источник питания, заключается в эффекте пульсации напряжения, благодаря чему, частота пульсации напряжения 3-фазного питания AC в три раза больше, чем для однофазного питания AC. Например, 3-фазный AC 50 Гц превращается в пульсацию DC 300 Гц, и 3-фазный AC 60 Гц превращается в пульсацию DC 360 Гц.
Заявитель дополнительно продемонстрировал, что использование настоящей системы обеспечивает увеличенные значения коэффициента мощности (PF) в отличие от современных промышленных стандартов 0,7-0,9. В частности значения PV 0,95 или выше, в частности 0,97 или выше, и, в частности 0,99 или выше были продемонстрированы посредством использования настоящей системы.
Заявитель также продемонстрировал, что использование настоящей системы обеспечивает значительные снижения уровня полных гармонических искажений (THD) в отличие от принятых в настоящее время уровней 20% или менее. В частности, значения THD 10% или менее, в частности, 5% или менее, особенно 1% или менее и более особенно 0,5% или менее были продемонстрированы посредством применения настоящей системы.
Соответственно, также предусмотрено применение управляемой системы питания и освещения, пригодной для применения в применениях, содержащих одно или более определенных здесь светодиодных осветительных устройств, где одно или более осветительных устройств выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC для обеспечения увеличенного PF и/или сниженного THD.
В целях исключения неоднозначного толкования, используемый здесь термин "выполненный с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC" в отношении одного или более осветительных устройств означает, что устройства пригодны для применения в настоящей системе, где мощность, подаваемая на одно или более осветительных устройств, выпрямляется в DC до подачи на упомянутые устройства.
Настоящие системы пригодны для коммерческого и/или домашнего применения, где такие применения определены далее. Таким образом, применения настоящих систем следует понимать как пригодные для коммерческих и/или домашних применений.
Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией предполагается, что одна из причин, по которой применение настоящей системы, использующей определенный здесь 3-фазный источник питания, обеспечивает улучшенные значения PF и значительно сниженные THD в отличие от принятых в настоящее время в промышленности уровней, состоит в том, что количества конденсаторов, а также размер конденсатора для применения в настоящих системах можно уменьшить. Кроме того, посредством применения настоящей системы можно уменьшить количества индуктивных компонентов и размер индуктивных компонентов.
Заявитель продемонстрировал, что комбинация применения настоящей управляемой системы питания и освещения, содержащей одно или более светодиодных осветительных устройств, или группу осветительных устройств, выполненных с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC с модификациями конденсаторного и/или индуктивного компонента (уменьшениями размера и/или количества) обеспечивает улучшенные значения PF и значительно сниженные THD в отличие от уровней, принятых в настоящее время в промышленности.
Для крупномасштабных установок, безопасность источников питания и освещения имеет первостепенное значение, как с точки зрения соблюдения требований законодательства, так и обязанности соблюдать осторожность для сотрудников и/или клиентов.
Дополнительное и важное преимущество безопасности от использования 3-фазного питания AC по отношению к светодиодным осветительным устройствам с питанием DC, в частности, светодиодным источникам света и, опционально, одному или более несветодиодных/неосветительных устройств, состоит в первый раз обеспечение крупномасштабной осветительной системы, имеющей встроенное средство для решения проблем 'подачи напряжения на нейтраль' и срабатывания одиночных плавких предохранителей поступающего питания.
Традиционно, когда LED используются в крупномасштабных операциях, они являются однофазными блоками, сбалансированными по 3 фазам установщиком. В крупномасштабных операциях и, в частности, крупномасштабных коммерческих установках, включающих в себя промышленные операции одной из опасностей, связанных с несбалансированными нагрузками, является 'подача напряжения на нейтраль' или срабатывание одиночных плавких предохранителей поступающего питания. В целях исключения неоднозначного толкования опасность срабатывания одиночных плавких предохранителей, в крупномасштабной установке, состоит в том, что плавкие предохранители обычно представляют собой картриджные плавкие предохранители, что означает, что их нужно заменять механически (вручную). В этом сценарии, подключенное 3-фазное оборудование в установке покажется ʺнерабочимʺ пользователю или монтажнику, тогда как фактически 2 фазы остаются ʺрабочимиʺ, что создает угрозу безопасности тому, кто пытается диагностировать оборудование без надлежащих мер предосторожности.
Заявитель установил, что в настоящей системе питания и освещения использование 3-фазного источника питания для одного или более светодиодных осветительных устройств и, в частности, для светодиодных источников света и, опционально, одного или более несветодиодных/неосветительных устройств или электроприборов, гарантирует, что фазы источника питания постоянно сбалансированы, и позволяет, по существу, избегать или значительно уменьшать опасностей, связанных с 'подачей напряжения на нейтраль' или срабатыванием одиночных плавких предохранителей.
Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, предполагается, что использование 3-фазного источника питания в настоящих системах питания и освещения обеспечивает более сбалансированный источник питания, чем позволяет традиционный однофазный источник питания. Здесь дополнительно предполагается, что в настоящих системах использование 3-фазного источника питания гарантирует, что каждая из однофазных нагрузок между фазами источника питания постоянно автоматически балансируется, и это означает, что вероятность этого опасного сценария значительно снижается. Кроме того, поскольку настоящие системы питания и освещения используют средство для автоматической регулировки 3-фазного источника питания, гарантируется сбалансированное питание и это означает, что баланс отдельных однофазных нагрузок между фазами источника питания не нужно периодически пересматривать.
Хотя настоящая система пригодна для использования с любым напряжением AC, и с любым пригодным определенным здесь осветительным устройством, заявитель, в частности, установил, что, как подробно описано далее, что использование низковольтного питания AC, распределяемого шинами на светодиодной осветительной системе, и, в частности одной или более матриц LED (определенной здесь), обеспечивает безопасность пользователя и согласуется с электрическими стандартами здоровья и безопасности, хотя не требует класса IP. Класс IP по определению означает классы IP (или "пылевлагозащиты"), заданные в международном стандарте EN 60529 (British BS EN 60529:1992, European IEC 60509:1989). Классы IP используются для задания уровней эффективности герметизации электрических оболочек от проникновения посторонних тел (инструментов, грязи и т.д.) и влаги.
Заявитель также установил, что беспрецедентные эффективности в отношении освещения и/или затрат мощности дополнительно обеспечиваются посредством применения настоящей системы питания и освещения, в том числе использования проводящих шин и 3-фазного питания AC, и, в частности, когда сверхнизковольтное питание AC, меньшее или равное 50 В AC (<= 50 В AC), для распределения мощности на одно или более светодиодных осветительных устройств, в частности, светодиодных источников света, независимо выбранных из: одного или более светодиодных устройств; одной или более групп LED; или одной или более матриц LED, и, опционально, одного или более несветодиодных/неосветительных устройств.
В частности, заявитель установил, что настоящая система шин/3-фазного питания AC, и, в частности, система 3-фазного низковольтного питания AC, может преимущественно использоваться для обеспечения питания светодиодных осветительных устройств, по отдельности или группами, в одной или более осветительных матрицах, и, опционально, в одном или более неосветительных устройств в широком диапазоне применений. Заявитель установил, что эта система на основе 3-фазного низковольтного AC особенно полезна для обеспечения питания светодиодных источников света, по отдельности или группами, в одной или более матриц LED, и, опционально, одно или более несветодиодных/неосветительных устройств.
Кроме того, заявитель установил, что падения напряжения, наблюдаемые с использованием трубчатых шин для распределения мощности AC в диапазоне уровней напряжения (высокого, низкого, сверхнизкого) согласованно гораздо менее агрессивны, чем соответствующие наблюдаемые падения напряжения по сравнению с мощностью DC на одних и тех же уровнях тока и напряжения. Кроме того, заявитель также установил, что падения напряжения, наблюдаемые с использованием трубчатых шин и, в частности, алюминиевых трубчатых шин для распределения мощности AC, в диапазоне уровней напряжения (высокого, низкого, сверхнизкого) меньше в расчете на единицу площади поперечного сечения, чем может достигаться с использованием систем, имеющих традиционную проводку для распределения в одном и том же диапазоне уровней напряжения.
Когда мощность AC, обеспеченная внешним источником, является высоковольтным AC, например, из сети питания, и желаемые уровни мощности AC, подлежащие использованию в любой конкретной конфигурации светодиодного освещения для управления посредством настоящей системы, ниже, чем обеспеченные упомянутым внешним источником, одно или более понижающих устройств AC и, в частности, один или более понижающих трансформаторов AC могут использоваться для снижения уровня напряжения до подачи на настоящую систему управления для светодиодного освещения. Это описано ниже. Определенный здесь высоковольтный AC является напряжением свыше 1000 В AC, определенный здесь низковольтный AC является напряжением от 50 до 1000 В AC, и определенное здесь сверхнизкое напряжение является напряжением, меньшим или равным 50 В AC (<= 50 В AC), в частности, напряжением в пределах от 12 до 50 В AC, и, в частности, напряжением в пределах от 12 до 24 В AC. В целях исключения неоднозначного толкования ссылки на преимущества и достоинства использования настоящей системы шин/3-фазного питания AC, причем низковольтная мощность AC, описанная в данной заявке, особенно применимы, когда система использует сверхнизковольтную мощность AC. Все утверждения, связанные с другими или дополнительными аспектами или конкретными вариантами осуществления или преимуществами или достоинствами, связанными с использованием низковольтного AC в настоящих системах, особенно применимы к таким системам, где используется сверхнизкое напряжение.
Заявитель также установил, что технология 'линия питания', также именуемая здесь технологией линий питания, обеспеченная посредством шин, обеспечивает желаемую систему управления для осветительной системы, в которой система управления осуществляет связь с каждым отдельным осветительным устройством/светодиодным источником света, или группами из одного или более осветительных устройств/светодиодных источников света или одной или более матриц осветительных устройств/светодиодных источников света путем использования одной или более микросхем регистрации, характерных для осветительного устройства/LED для идентификации и управления отдельными источниками света или группами источников света для обеспечения дистанционно управляемой и контролируемой системы, и при этом автоматическая коррекция падения напряжения в системе управляется локальными инверторами, связанными с каждым отдельным осветительным устройством/светодиодным источником света, или группами из одного или более осветительных устройств/светодиодных источников света или одной или более матриц осветительных устройств/светодиодных источников света в соответствии с требованиями любой конкретной системы.
Преимущественно, применение настоящей усовершенствованной системы питания и освещения избавляет от необходимости в любых высоковольтных источниках питания AC вблизи среды, в которой настоящая система питания и освещения подлежит использованию, т.е. конкретного применения, к которому применяется система, и в идеале удаляет любой высоковольтный AC в удаленное или внешнее положение.
2
Помимо преимущества электрической эффективности и прочности благодаря использованию шин, заявитель установил, что использование пустотелых проводящих шин, и в особенности, пустотелых проводящих трубчатых или, по существу, трубчатых шин, обеспечивает дополнительные преимущества в отношении полных системных затратах. Сравнение системы с системными затратами для средства распределения мощности для аналогичных пропускных способностей по току для распределения мощности через шины в отличие от распределения мощности через медный провод, заявитель установил, что для обеспечения системы питания и освещения для LED на основе 3-фазной мощности AC, распределяемой пустотелыми проводящими шинами и, в частности, трубчатыми или, по существу, трубчатыми алюминиевыми шинами в отличие от, системные затраты в отличие от сравнимой системы где 3-фазная мощность AC распределяется трехстандартными медными кабелями, значительно ниже, с экономией на стоимости материалов в пределах от около 60% до около 93% за счет перехода с медных кабелей на алюминиевые трубки. Различия в затратах зависят от диапазона мощности, в котором желаемая система подлежит развертыванию, причем наивысшая экономия затарт идентифицируется для систем, работающих в диапазоне от 15 кВт до 20 кВт. Например, с использованием алюминиевой трубки длинной 1 м и поперечными размерами 25 мм (диаметр) × 1,2 мм (толщина стенки) с пропускной способностью по току 350 А в отличие от медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 120 мм, имеющей пропускную способность по току 374 А, относительные затраты, на основании текущих затрат поставщика UK, в £/А/м, составляют £0,003 в отличие от £0,043, т.е. стоимость использования медных проводов более, чем в 14 раз больше.
Комбинация желаемой гибкости освещения, обеспеченной здесь системой питания и освещения совместно с беспрецедентными эффективностями в отношении освещения и/или затрат мощности, обеспечиваемыми за счет использования шин, и гибкости в выборе напряжения питание AC, высокого, низкого или сверхнизкого напряжения (<= 50 В AC), для распределения мощности, и привлекательная система управления означает, что настоящая система питания и освещения имеет многочисленные применения в широком диапазоне применений, и в коммерческих и некоммерческих/домашних применениях. В целях исключения неоднозначного толкования термина ʺширокий диапазон примененийʺ, в отношении которых могут использоваться настоящие системы, он означает определенные здесь коммерческие и/или домашние применения, которые включают в себя: коммерческие применения, включающие в себя промышленные применения; домашние применения, которые также могут именоваться некоммерческими применениями; а также применениями, имеющими комбинацию одного или более из таких применений, например, здание, где находятся как коммерческие, так и домашние помещения. Пригодные примеры коммерческих или промышленных и домашних применений для настоящих систем подробно описаны далее. Когда здесь используется термин ʺпримененияʺ для настоящей системы питания и освещения он призван включать в себя коммерческие применения; домашние применения; или некоммерческие применения; а также применения, имеющие комбинацию одного или более из таких применений, если не указано обратное.
Таким образом настоящий усовершенствованная системы питания и освещения пригодны для применения в разнообразных применениях, независимо выбранных из: коммерческих применений, включающих в себя промышленные применения; домашних применений; или некоммерческих применений; а также применений, имеющих комбинацию одного или более из таких применений.
В частности, заявитель установил, что проводящие шины, и, в частности проводящие трубчатые или, по существу, трубчатые шины, и, в частности проводящие трубчатые или, по существу, трубчатые алюминиевые шины, и низковольтный и, в частности, сверхнизковольтный 3-фазный AC можно использовать для обеспечения питания светодиодных источников света, по отдельности или группами, в одной или более матриц LED в зданиях, где технология 'линия питания', обеспеченная посредством шин, обеспечивает систему управления для осветительной системы, и при этом система управления осуществляет связь с каждым отдельным светодиодным источником света/группой или матрицей путем использования одной или более микросхем регистрации для идентификации.
Заявитель также установил, что использование шин, в частности, трубчатых шин с использованием 3-фазного AC, как подробно описано здесь, полезно не только для подачи питания на конкретные неосветительные устройства, но и для подачи такого питания безопасным, эффективным и экономичным образом.
Преимущественно технология линий питания, совместно с микросхемами регистрации на каждой матрице, дает полное дистанционное управление и контроль либо освещения, либо объединенных систем питания и освещения. Такое дистанционное управление не только имеет преимущества в отношении поддержания использования мощности, но также допускает установку управляемых систем, которые можно адаптировать/заранее программировать для изменения в течение указанных периодов времени (минут, часов, дней, недель, месяцев) согласно конкретным потребностям пользователя.
Дополнительным преимуществом признаков дистанционного управления на сетевой основе системы питания и освещения в данном случае является способность эффективно осуществлять смешивание источников энергии между пиковыми и внепиковыми сетевыми источниками питания, и также между сетевым источником питания и альтернативными, возобновляемыми источниками питания, например, солнечной энергией.
Хотя суммарное количество светодиодных осветительных устройств и, в частности, светодиодных источников света, в системе, и их конфигурация в ней будет зависеть от потребностей конкретного применения, преимущественно, комбинация настоящей системы и технологии линий питания обеспечивает способность управления и системы управления, имеющие 100000 или более отдельных осветительных устройств или LED. Настоящая система обеспечивает свободу в отношении разнесения любых светодиодных осветительных устройств, в частности, определенных здесь светодиодных источников света друг от друга, а также относительного размещения групп из одного или более осветительных устройств, или, в частности, LED, друг от друга в матрице.
Преимуществом контура обратной связи освещения является способность системы реагировать на уровни внешнего (связанного с неосветительной/несветодиодной матрицей) света, например, датчики света и потребности в освещении, например, датчики движения для обеспечения оптимальной эффективности на постоянной основе.
Преимуществами контура обратной связи неосветительного/несветодиодного устройства является способность системы реагировать на локальные факторы окружающей среды, например, датчики движения для эффективного подачи питания на неосветительные устройства, например, PC, экраны и т.п. в областях низкой активности по требованию.
Определенными здесь осветительными устройствами, в частности, светодиодными источниками света, и неосветительными устройствами для использования с настоящей системой можно управлять независимо с использованием технологии линий питания, или с использованием беспроводной линии связи с локальным PC или через интернет дистанционно, или с использованием комбинации технологий линий питания и беспроводной связи согласно потребностям конкретной системы, подлежащей управлению. Для осуществления такого управления, каждое осветительное устройство или светодиодный источник света, освещение или компоновка светодиодных источников света, или неосветительное/несветодиодное устройство для использования в системе согласуется с микросхемой регистрации, которую можно идентифицировать и которой можно управлять по отдельности.
Преимущественно, настоящая система обеспечивает в первый раз эффективную систему ʺвключай и работайʺ для сложных систем питания и освещения, которые могут проектироваться и изменяться пользователем в соответствии с желаемой адаптации системы, и затем отдельные светодиодные осветительные устройства, в частности, LED, или группы или осветительные устройства, в частности, LED, и одно или более неосветительных устройств могут регистрироваться и рутинно калиброваться, как подробно описано далее.
Иллюстративные конфигурации освещения для применения настоящей системы для обеспечения питания и освещения в коммерческих и домашних применениях рассмотрены далее и проиллюстрированы в чертежах. В целях исключения неоднозначного толкования, хотя эти фигуры иллюстрируют, как настоящая система питания и освещения может использоваться в конкретных применениях, эти фигуры не следует рассматривать как ограничивающие, и альтернативные коммерческие или домашние применения возможны и остаются в объеме настоящего изобретения.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Определенный здесь термин "одно или более энергопотребляющих устройств" означает одно или более светодиодных осветительных устройств и, опционально одно или более неосветительных/несветодиодных устройств. Когда здесь используется термин "одно или более осветительных устройств" и, опционально, "одно или более неосветительных/несветодиодных устройств" это означает одно или более энергопотребляющих устройств. В целях исключения неоднозначного толкования, светодиодные осветительные устройства и неосветительные устройства, управляемые посредством настоящей системы питания и освещения, включают в себя: несветодиодные источники света, которые получают питание мощностью DC; светодиодные источники света, определенные далее, в которых упомянутые LED могут управляться независимо, по отдельности, в одной или более группах, или как одна или более независимо управляемых матриц; и определенные здесь неосветительные/несветодиодные устройства, в которых упомянутые неосветительные/несветодиодные устройства могут управляться независимо, по отдельности или в одной или более группах. Особенно предпочтительными осветительными устройствами для применения здесь являются светодиодными источниками света. Термин "светодиодное осветительное устройство" включает в себя коммерчески доступные LED, а также осветительные приборы, включающие в себя один или более LED. Как подробно описано здесь, любое пригодное светодиодное осветительное устройство может использоваться в настоящей системе, включающей в себя LED, осветительные компоновки, включающие в себя, по меньшей мере, один LED, светильники, содержащие, по меньшей мере, один LED, одну или более групп LED, одну или более групп осветительных компоновок, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один LED, одну или более групп светильников, каждый из которых содержит, по меньшей мере, один LED, или одну или более матриц LED.
Иллюстративные осветительные устройства, включающие в себя один или более LED, пригодные для применения здесь в качестве одного или более светодиодных энергопотребляющих устройств, включают в себя светильники и другие коммерчески доступные светодиодные осветительные устройства. Светильник является другим термином для светодиодной осветительной компоновки. Светодиодная осветительная компоновка содержит один или более LED и средство, с помощью которого один или более LED удерживаются в осветительной компоновке. Когда светодиодный прибор является другим термином для самого LED, таким образом, когда здесь используется термин "светодиодный прибор", это означает LED. Примеры светодиодных осветительных компоновок, пригодных для применения здесь, включают в себя точечные светодиодные источники света, светодиодные прожекторы, полосковые светодиодные источники света или матрицы или полоски, содержащие LED.
Согласно аспекту, одно или более светодиодных осветительных устройств для применения в настоящих системах независимо выбираются из: светодиодных источников света; точечных светодиодных источников света, светодиодных прожекторов; матрицы LED, содержащей один или более светодиодных источников света; групп светодиодных источников света, точечных светодиодных источников света или светодиодных прожекторов; осветительных компоновок, включающих в себя, по меньшей мере, один LED; светильников, содержащих, по меньшей мере, один LED; полосковых светодиодных источников света; полосок, содержащих светодиодные источники света; или любой их комбинации.
Согласно другому аспекту, освещение в системе содержит матрицу LED, содержащую один или более светодиодных источников света, или группу светодиодных источников света, включающую в себя: один или более точечных светодиодных источников света; один или более светодиодных прожекторов; один или более полосковых светодиодных источников света; или одну или более полосок, содержащих светодиодные источники света; или любую комбинацию точечных светодиодных источников света, светодиодных прожекторов, полосковые светодиодные источники света или матрицы или полоски, содержащие LED.
Согласно еще одному аспекту, одно или более светодиодных осветительных устройств для применения в настоящих системах являются модульными 3-фазными светодиодными приборами, содержащими светодиодные осветительные элементы, которые могут быть соединены друг с другом пригодным соединителем, для сборки пригодного 3-фазного светодиодного прибора. Таким образом, когда здесь используется термин "модульный 3-фазный светодиодный прибор" это означает прибор, содержащий светодиодные осветительные элементы, которые могут быть соединены друг с другом пригодным соединителем, для сборки пригодного 3-фазного светодиодного прибора. Очевидно, что суммарное количество осветительных элементов в любом данном 3-фазном светодиодном приборе может увеличиваться путем использования дополнительных осветительных элементов и соединителей по желанию. Иллюстрация иллюстративного модульного 3-фазного светодиодного прибора, пригодного для применения в настоящих системах, обеспечена на фиг. 8.
Определенная здесь полоска LED является линейной полоской, которая включает в себя один или более LED, размещенных на равных расстояниях друг от друга и соединенных друг с другом пригодной проводкой. Для применения в указанных применениях далее, например, системах выращивания, такие полоски LED совмещены и соседствуют с пригодным T-образным держателем для обеспечения простоты применения в таких системах. Определенная здесь полосковая матрица LED на основе полосок LED означает одну или более соединенных полосковых матриц LED, которые являются целью общего средства управления. В целях исключения неоднозначного толкования, определенная здесь полосковая матрица LED включает в себя одну или более отдельных полосок LED, или группы отдельных полосок LED.
2
Неосветительные устройства, также именуются здесь несветодиодными/неосветительными устройствами, которые могут управляться посредством настоящей системы питания и освещения, являются любые конкретные неосветительные устройства, пригодные для применения в домашних или коммерческих применениях. В целях исключения неоднозначного толкования, любое низковольтное устройство может получать питание через предложенную в настоящее время систему посредством соединения в систему через характерную для устройства микросхему регистрации и локальный характерный для устройства инвертор/контроллер, включенный в ввод устройства с помощью пригодного разъема. Например, в иллюстративных домашних или коммерческих системах одно или более устройств, например, портативные компьютеры, персональные компьютеры (PC), принтеры, сканеры, диктофоны, телефонные автоответчики, зарядные устройства, включающие в себя зарядные устройства для мобильных телефонов, зарядные устройства для планшетов, зарядные устройства для мобильных игровых устройств, зарядные устройства для камер и фотоаппаратов, телевизоры, мониторы, электробритвы, машинки для стрижки, радиоприемники, сигнализаторы/детекторы дыма, сигнализаторы/детекторы CO, сигнализаторы и датчики безопасности и пр. могут получать питание с использованием настоящей системы.Звуковые системы, включающие в себя либо домашние системы окружающего звука, либо полного дома, а также крупномасштабные коммерческие или промышленные звуковые системы также являются пригодными конфигурациями для распределения мощности на и их дистанционного управления через настоящие шинные конфигурации и либо линию питания, либо локальную/ретрансляционную беспроводную технологию. В целях исключения неоднозначного толкования, термин "неосветительное устройство" включает в себя оборудование, пригодное для обеспечения питания низковольтным 3-фазным AC и, в частности, включает в себя маломощное моторизованное оборудование, в котором моторы пригодны для использования с низковольтной или сверхнизковольтной мощностью AC. Иллюстративное оборудование, пригодное для использования, в целом, именуемое малыми машинами, и включает в себя водяные насосы, автоматизированные сеялки и уборочные комбайны, упаковочные машины и пр.
В целях исключения неоднозначного толкования, особенно полезным применением настоящей системы питания и освещения является обеспечение питания для множества малых устройств на большой площади, с сопутствующим обеспечением соответствующего освещения, включая, в частности, их светодиодного освещения. Иллюстративные применения, где множество малых устройств используются на большой площади включает в себя серверы в одной или более серверных.
Согласно еще одному аспекту, настоящая система питания и освещения обеспечивает в первый раз систему, пригодную для использования для обеспечения питания множества осветительных устройств и/или неосветительных устройств, где освещение является матрицей LED, содержащей один или более светодиодных источников света, или группы светодиодных источников света, где матрица выполнена с возможностью получать питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC и
(i) где низковольтная 3-фазная мощность AC, распределяемая на матрицу, связана с сетевым трансформатором, который может располагаться снаружи или внутри;
(ii) где низковольтная 3-фазная мощность AC распределяется проводящими пустотелыми шинами, и, предпочтительно, где низковольтная 3-фазная мощность AC распределяется проводящими пустотелыми трубчатыми или, по существу, трубчатыми шинами;
(iii) где низковольтный 3-фазный AC, подаваемый на каждый светодиодный источник света или группу светодиодных источников света в матрице преобразуется в низковольтный DC на 3-фазном выпрямителе AC/DC, связанном с каждым светодиодным источником света или группой светодиодных источников света;
(iv) где система включает в себя средство для автоматического управления выходом матрицы LED в целом, или отдельных светодиодных источников света, или групп светодиодных источников света в матрице; и, опционально
(v) где шины выполнены с возможностью обеспечивать питание одно или более несветодиодных/неосветительных устройств в системе.
Согласно еще одному аспекту, настоящая система питания и освещения обеспечивает систему, непосредственно определенную выше, где матрица выполнена с возможностью получать питание от 3-фазного сверхнизковольтного источника питания AC.
Определенные здесь домашние применения являются жилыми зданиями, включающими в себя: например, дома и пристройки, связанные с домами, и включающими в себя сараи, гаражи, флигели, зимние сады и домашние теплицы и пр.
Определенные здесь коммерческие применения включают в себя использование системы для обеспечения питания и освещения в: промышленных зданиях; коммерческих зданиях, включающий в себя единичные розничные торговые точки и многочисленные розничные торговые точки в торговом центре или подобных площадках; производственные мощности, фабрики, склады, складские помещения и пр; жилое помещение, адаптированное или пригодное для стимулирования роста живых организмов, включающее в себя теплицы и пр., как подробно описано далее; здания, включающие в себя, в основном, офисы/помещения для работы за столом; здания и/или склады, пригодные обработки и/или хранения материалов; фабричные или производственные здания, пригодные для изготовления товаров; исследовательские центры; больницы; здания авиационных терминалов; и пр. Как очевидно специалисту в данной области техники, любое здание, где желательны эффективности в мощности и/или освещения, может быть адаптировано для использования с настоящей системой либо целиком, либо частично в зависимости от требований конкретного здания. В целях исключения неоднозначного толкования, когда термин "коммерческий" используется здесь в отношении применений настоящих систем питания и освещения это включает промышленные применения.
Определенные здесь промышленные применения являются применения, которые имеют шкалу. Шкала, определенная здесь в отношении любого конкретного электрического применения, является применением, которое требует входного уровня электрической энергии более 100 А.
Дополнительные коммерческие/промышленные применения включают в себя: уличное освещение; заливающее освещение; освещение в парках и общественных пространствах; освещение на автостоянке.
Определенное здесь удаленное положение означает либо положение, которое, хотя внутри здания, находится в удаленном положении относительно осветительной системы, например, технического помещения и т.п.
Иллюстративными применениями раскрытых здесь систем являются применения, связанные с выращиванием, включающие в себя огородничество, земледелие и аквакультуру, применения, связанные с обеспечением питания и освещения в установках, где удерживаются животные, в том числе, животноводческих, применения, связанные с развертыванием систем питания и освещения в крупномасштабных установках, имеющих потребность в динамическом, восприимчивом светодиодном освещении, и применения, где светодиодное освещение и питание находятся в непосредственной близости к людям.
Таким образом, в соответствии с дополнительным аспектом предусмотрен способ обеспечения управляемого питания и освещения или использования настоящей управляемой системы питания и освещения в применениях, независимо выбранных из:
(i) применений, связанных с выращиванием, включающих в себя огородничество, земледелие и аквакультуру;
(ii) применений, связанных с обеспечением питания и освещения в установках, где удерживаются животные, в том числе, животноводческих;
(iii) применений, связанных с развертыванием систем питания и освещения в крупномасштабных установках, имеющих потребность в динамическом, восприимчивом светодиодном освещении; и
(iv) применений, где светодиодное освещение и питание находятся в непосредственной близости к людям,
причем способ, или применение, содержит систему питания и освещения, содержащую одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC.
Согласно дополнительным аспектам, в вышеописанном способе, или применении, для обеспечения управляемого питания и освещения 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство, снижается понижающим устройством или сетевым понижающим трансформатором AC, и/или 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, меньше или равна 50 В AC RMS, и/или 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, распределяется проводящими шинами, и/или система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством, и/или связь по линии питания используются для управления каждым устройством.
Настоящие системы особенно преимущественны для применения в применениях, связанных с выращиванием, в том числе для садоводческих, сельскохозяйственных и аквакультурных установок выращивания, и применения, связанные с установками, где удерживаются животные, поскольку их можно использовать в непосредственной близости к материалу выращивания, растению, культуре, питательному веществу и т.п., а также в непосредственной близости к людям, и также в непосредственной близости к животным. Признаки систем, которые означают, что они могут располагаться в непосредственной близости к материалам выращивания, людям или животным, состоят в том, что системы могут использовать низковольтную 3-фазную мощность AC и, в частности, сверхнизковольтную (<=50 В AC RMS) мощность AC, а также том, что настоящие системы позволяют разносить светодиодное освещение для достижения оптимальной однородности в непосредственной, пригодной, близости к материалу выращивания, или к установке, где удерживаются животные, а также для обеспечения в первый раз очень низкого уровня искаженного света (нежелательного искажения в связи с электрическими гармониками или другими) в непосредственной близости к материалу выращивания, животным или людям.
Настоящие системы особенно преимущественны для применения в применениях, связанных с развертыванием систем питания и освещения в крупномасштабных установках, имеющих потребность в динамическом, восприимчивом светодиодном освещении, и включающих в себя применения розничной торговли например, торговые центры, супермаркеты, крупномасштабные строения, включающие в себя больницы и пр., благодаря сбалансированному 3-фазному источнику питания при всех условиях и комбинациях настроек освещения. Признаки настоящих систем которые означают, что они могут быть преимущественно развернуты в таких крупномасштабных установках, состоят в том, что их коэффициенты мощности близки к 1,0, и минимальной генерации гармоник.
Настоящие системы особенно преимущественны для применения в применениях, где светодиодное освещение и питание находятся в непосредственной близости к людям, поскольку они гарантируют безопасность пользователя и согласуются с электрическими стандартами здоровья и безопасности, но не требуют класса IP. Признаки системы, которые означают, что они могут быть преимущественно развернуты в непосредственной близости к людям, состоят в том, что системы могут использовать низковольтную 3-фазную мощность AC и, в частности, сверхнизковольтную (<=50 В AC RMS) мощность AC.
В целях исключения неоднозначного толкования, когда далее используется термин "локальный" он имеет свое обычное значение нахождения вблизи, поблизости, около, рядом, в непосредственной близости, совместно, если здесь не указано обратное. Когда термин "локальный" используется здесь в отношении относительного положения локальной PC, одного или более локальных датчиков, локальной/ретрансляционной беспроводной технологии, локального SMPS, локального отдельного контроллера, генератора локального Wi-Fi (RTM) и локальных микроконтроллеров, применимо это обычное значение.
В ряде случаев, когда термин "локальный" используется здесь, например в отношении средства для локального выпрямления, также именуемого здесь локальным преобразованием, как очевидно специалисту в данной области техники, выпрямляющие компоненты обычно заключены в оболочку светодиодного осветительного устройства, и, таким образом, локальны по отношению к устройству.
Когда термин "локальный" используется здесь в отношении средства для локального выпрямления и коррекции напряжения, также именуемых здесь локальным преобразованием и окончательной коррекцией напряжения, или средством локального выпрямления и локального управления напряжением, как очевидно специалисту в данной области техники, компоненты устройства выпрямления и коррекции/регулировки напряжения обычно заключены в оболочку светодиодного осветительного устройства, и, таким образом, локальны по отношению к устройству.
В отношении средства выпрямления или выпрямления и коррекции, если компоненты для выпрямления или выпрямления и коррекции, не заключены в устройство, то термин "локальный" имеет свое обычное значение нахождения вблизи, поблизости, около, рядом, в непосредственной близости, совместно, это можно дополнительный квалифицировать в отношении нахождения на расстоянии не более чем 1 м от энергопотребляющего устройства.
Как описано ниже, микросхема локальной регистрации LED обычно связана с одним или более, в общем случае, группой LED и, таким образом, совмещена с и локальна по отношению к одному или более LED.
В других случаях, когда термин "локальный" используется здесь, например в отношении средства для инверсии, компоненты инвертора могут быть заключены в оболочку светодиодного осветительного устройства, или могут быть совмещены с устройством и, таким образом, локальны по отношению к одному или более LED. Обычно локальное средство для инверсии располагается на расстоянии не более чем 1 м от осветительного устройства.
Термин "сверхнизковольтный" в отношении мощности, распределяемой, от понижающего устройства, например, понижающего трансформатора через шины на одно или более энергопотребляющих устройств, например, светодиодную осветительную матрицу и, опционально, одно или более определенных здесь несветодиодных/неосветительных устройств, означает напряжение AC, меньшее или равное 50 вольт (В) AC (<= 50 В AC) и, в частности, напряжение в пределах от 0 до 50 В, или от 12 до 50 В, или от 24 до 50 В. Некоторые местные нормы классифицируют < 50 В как сверхнизковольтный. Например, в UK на странице 36 17-го издания норм по проводке UK, в BS 7671:2008 поправка 3, сверхнизковольтный является напряжением, не превышающим 50 В AC т.е. <=50 В AC.
Термины однофазный и 3-фазный, в отношении используемых здесь источников электропитания заданы следующим образом: однофазный источник электропитания является источником синусоидальной волны переменного тока (AC); и 3-фазный источник электропитания является источником трех синусоидальных волн переменного тока (AC), где каждая синусоидальная волна сдвинуты по фазе на 120 градусов относительно двух других синусоидальных волн.
Термин "звезда" в отношении систем, имеющих 3-фазный источник электропитания AC означает систему, которая включает в себя три линейные (положительные) шины и одну нейтральную шину. Очевидно, что в сложных шинных сборках может существовать несколько секций первичной шины, каждая из которых имеет три линейные (положительные) шины и одну нейтральную шину.
Термин "треугольник" в отношении систем, имеющих 3-фазный источник электропитания AC означает систему, которая включает в себя три линейные (положительные) шины и не включает в себя нейтральную шину. Очевидно, что, в сложных шинных сборках может существовать несколько секций первичной шины, каждая из которых имеет три линейные (положительные) шины.
В целях исключения неоднозначного толкования, термин линейный проводник, используемый здесь в отношении шин означает положительную шину. Хотя термин ʺположительныйʺ, в общем случае, используется во всем мире, в UK, британские нормы проводки рекомендуют использовать термин "линейный проводник". Дополнительными терминами, имеющими то же значение, что и линейный проводник, что подтверждается BS 7671:2008 поправка 3 17-го издания норм по проводке UK, на странице 30, являются защитный проводник и/или проводник PEN. Таким образом, используемый здесь термин "линейный проводник" и/или линейная шина означает положительный проводник или шину, защитный проводник или шину, или в системах, в соответствии с настоящим изобретением, содержащих линейную и нейтральную шины, защитный заземленный нейтральный (PEN) проводник или шину.
Ниже описаны признаки настоящей системы и, в частности, управляемой системы питания и освещения для домашнего и/или коммерческого/промышленного применения, в частности, включающего в себя использование шинной сборки одной или более проводящих шин, и, в частности, включающего в себя использование использования шинной сборки одной или более проводящих трубчатых или, по существу, трубчатых шин, для распределения мощности, в которых мощность, подаваемая на осветительную систему, является 3-фазная мощность AC, в частности, низковольтную 3-фазную мощность AC, и, в частности, сверхнизковольтную 3-фазную мощность AC, обеспеченная через одно или более устройств понижения напряжения, и, в частности, через один или более понижающих трансформаторов, и при этом система питания и освещения включает в себя одно или более осветительных устройств с питанием DC, в частности один или более светодиодных источников света и, опционально, одно или более несветодиодных/неосветительных устройств, которые используют технологию линий питания для доставки шлюза связи.
Любой пригодное средство для осуществления 3-фазного выпрямления AC/DC может использоваться здесь в управляемых системах питания и освещения. Иллюстративным средством для выпрямления AC/DC, пригодным для использования здесь, являются диодно-мостовые выпрямители и активные синхронные выпрямители. Выбор пригодного выпрямителя для выбранного входа AC и желаемого выхода DC считается известным опытному исполнителю. Таким образом, предусмотрена определенная здесь управляемая система питания и освещения, в которой выпрямление AC/DC обеспечено посредством диодно-мостового выпрямления или активного синхронного выпрямления.
Каждая определенная здесь подключенная нагрузка означает каждое энергопотребляющее светодиодное осветительное устройство, группу светодиодных осветительных устройств или матрицу, содержащую светодиодные устройства, или неосветительное устройство, которое выполнено с возможностью получать питание выпрямленной мощностью DC, обеспеченной посредством 3-фазного выпрямления AC/DC 3-фазной мощности AC, в частности, распределяемое через шину(ы), как подробно описано далее. В целях исключения неоднозначного толкования, в системах, где освещение содержит одну или более матриц LED, каждая полоска LED, имеющая локальное средство выпрямления, будет содержать отдельную подключенную нагрузку.
Как подробно описано далее в соответствии с конкретным аспектом, управляемой системы питания и освещения согласно настоящему изобретению, 3-фазная мощность AC подается на осветительную систему через шины. В целях исключения неоднозначного толкования, и как рассмотрено здесь, где надлежащее альтернативное средство для распределения мощности на стороне AC может, опционально, использоваться, например, проводка, в частности, медная проводка в зависимости от требований конкретной системы.
Таким образом здесь дополнительно обеспечена управляемая система питания и освещения, в которой светодиодное освещение содержит одно или более светодиодных осветительных устройств или группу из одного или более светодиодных осветительных устройств или матрицу LED, содержащую светодиодные источники света, причем устройства или источники света выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем
(i) 3-фазная мощность AC, распределяемая на светодиодное освещение в целом, является низковольтной или сверхнизковольтной 3-фазной мощностью AC, связанной с сетевым трансформатором AC;
(ii) 3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами;
(iii) 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в низкое или сверхнизкое напряжение DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку, и, в частности, посредством выпрямителя AC/DC, связанного с каждым осветительным устройством или группа осветительных устройств; и
(iv) система включает в себя средство для автоматического управления выходом освещения в целом, или отдельных осветительных устройств, или групп осветительных устройств в системе; и, опционально
(v) шины выполнены с возможностью обеспечивать питание одного или более необязательных неосветительных/несветодиодных устройств в системе.
Как подробно описано здесь3-фазная мощность изменяется настоящей системой до подачи на одно или более светодиодных осветительных устройств, например, LED, светильники, светодиодные приборы, модульные компоновки и пр., как описано выше. 3-фазное электричество распределяется через пригодную систему шин на одно или более светодиодных осветительных устройств. Каждое светодиодное осветительное устройство содержит характерную для LED микросхему регистрации и средство для локального выпрямления AC в DC до подачи мощности на светодиодный прибор. В настоящих системах начальный сигнал мощности т.е. пониженная 3-фазная электрическая мощность AC, имеет три синусоидальные волны, причем каждая синусоидальная волна семещена по фазе на 120 градусов относительно двух других синусоидальных волн. Этот начальный сигнал 3-фазной пониженной мощности AC выпрямляется пригодным локальным средством выпрямления для обеспечения выпрямленного, выходного напряжения DC, которое используется для обеспечения согласованных уровней мощности между светодиодными осветительными устройствами в настоящих системах. локальное средство выпрямления размещено очень близко к LED в осветительных компоновок или приборов, и источником питания в осветительной системе является мощность DC. Пригодным средством для обеспечения такого локального выпрямления являются один или более возбудителей LED. Поскольку средство для отправки данных (линия питания) работает только на AC, AC должен располагаться вблизи освещения в системе для избавления от необходимости в дополнительной проводке или альтернативном средстве для направления командных сигналов на освещение. Иллюстративная система, осуществляющая локальное выпрямление, проиллюстрирована на фиг. 7.
Как подробно описано выше, заявитель установил, что выгодно использовать локальное средство выпрямления для 3-фазного выпрямления AC/DC. Таким образом, здесь раскрыта управляемая система питания и освещения, содержащая одно или более энергопотребляющих устройств, в которой, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством локального 3-фазного выпрямления AC/DC. В этих системах средство для локального выпрямления/выпрямляющие компоненты либо заключены в оболочку одного или более светодиодных осветительных устройств, и, таким образом, локальны по отношению к устройству, либо совмещены с одним или более светодиодных осветительных устройств, и в конкретном аспекте либо заключены в оболочку одного или более светодиодных осветительных устройств, либо отстоят не более чем на 1 м от одного или более светодиодных осветительных устройств.
Таким образом здесь дополнительно обеспечена управляемая система питания и освещения, в которой светодиодное освещение содержит одно или более светодиодных осветительных устройств или группу из одного или более светодиодных осветительных устройств или матрицу LED, содержащую светодиодные источники света, причем устройства или источники света выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем
(i) 3-фазная мощность AC, распределяемая на светодиодное освещение в целом, является низковольтной или сверхнизковольтной 3-фазной мощностью AC, связанной с сетевым трансформатором AC;
(ii) 3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами;
(iii) 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в низкое или сверхнизкое напряжение DC посредством локального 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку, и, в частности, посредством локального выпрямителя AC/DC, связанного с каждым осветительным устройством или группой осветительных устройств; и
(iv) система включает в себя средство для автоматического управления выходом освещения в целом, или отдельных осветительных устройств, или групп осветительных устройств в системе; и, опционально, шины выполнены с возможностью обеспечивать питание одного или более необязательных неосветительных/несветодиодных устройств в системе,
и при этом средство для локального 3-фазного выпрямления AC/DC заключено в оболочку одного или более светодиодных осветительных устройств или светодиодных источников света, или средство для локального 3-фазного выпрямления AC/DC располагается вблизи одного или более светодиодных осветительных устройств или группы из одного или более светодиодных осветительных устройств, или матрицы LED, содержащая светодиодные источники света, и, предпочтительно, отстоит не более чем на 1 м от устройства, группы устройств или матрицы. Здесь дополнительно раскрыта система питания и освещения, имеющая повышенную безопасность, причем средство для локального 3-фазного выпрямления AC/DC заключено в оболочку одного или более светодиодных осветительных устройств.
В общих чертах, 3-фазный возбудитель LED, пригодный для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения, работает следующим образом: входной 3-фазный источник питания AC, и обычно при 220 В - 415 В, в зависимости от требований конкретной системы, питает устройство понижения напряжения или трансформатор; более низкое выходное напряжение AC, выходит из трансформатора или устройства понижения напряжения и поступает на пригодный 3-фазный выпрямитель AC/DC, который выводит выпрямленное напряжение DC, представленный; на этой стадии все же можно наблюдать пульсацию напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя; ныне выпрямленное напряжение DC питает пригодную стопку возбудителей LED, содержащую одну или более микросхем возбудителя LED, микроконтроллер, и средство для обеспечения функциональных возможностей связи; стопка возбудителей LED выводит стабильный постоянный ток, который может быть линейным или модулированным по ширине импульса. Это стабильный постоянный ток, который возбуждает одно или более светодиодных осветительных устройств, например, матрицу светодиодных приборов.
Для осуществления этого хорошо сбалансированное масштабирование системы 3-фазного возбудителя LED, используемой в настоящих управляемых системах питания и освещения, как рассмотрено выше в большой установке, например, имеющей источник 3 фаз+нейтраль, все силовые нагрузки в осветительной системе т.е. одно или более светодиодных осветительных устройств, например, светодиодные осветительные приборы, находятся в общей электрической связи с 3 фазами питания и, опционально, с нейтральной линией, в зависимости от того, используется ли конфигурация звезды или треугольника. Применение системы 3-фазного возбудителя LED проиллюстрировано на фиг. 13, где дополнительно показано, что посредством использования настоящей системы 3-фазного возбудителя LED, когда источники света диммируются, все 3 фазы мощности остаются на 100% сбалансированными по всем комбинациям диммирования. Это необходимо для больших установок.
2
2
Заявитель установил, что использование пустотелых шин, как подробно описано здесь, и, в частности, использование трубчатых или, по существу, трубчатых пустотелых алюминиевых шин, в системах, где используются сильные токи, обеспечивает дополнительное преимущество в том, что требуется меньше трансформаторов, чем необходимо для традиционной системы на одном и том же уровне тока. Например, заявитель установил, что настоящие системы на основе полной длины шины 50 м трубчатых алюминиевых шин, в качестве первичных, вторичных и/или третичных шин, могут функционировать с 2, 3 или 4 трансформаторами, что в здании 50 м на 50 м приравнивает один трансформатор на 600 м одному трансформатору на 1250 м.
Люкс (Лк) является единица СИ измерения уровня освещенности, также известного как освещенность или освещение и измеряемого с использованием люксметра. Один люкс равен освещению поверхности, отстоящий на один метр от одной свечи. Один люкс (Лк) эквивалентен одному люмену, распределенному по площади в один квадратный метр. Люмен, также известный как световой поток, является стандартной единицей измерения полного количества света (пакетов или квантов), создаваемого источником света, например, LED. Например, 1000 люмен, сконцентрированные на площади в один квадратный метр, освещают этот квадратный метр с освещенностью 1000 люкс, хотя распределение той же 1000 люмен по десяти квадратным метрам, создает освещенность только 100 люкс.
2
2
2
2
Освещение магазина составляет от 200 люмен/м до 1000 люмен/м и обычно около 200 люмен/м для склада и 1000 люмен/м для супермаркетов. Склады и супермаркеты имеют относительно большую площадь, и для обеспечения желаемых уровней освещенности в супермаркетах обычно требуется большее количество осветительных компоновок, и увеличенное количество трансформаторов, что приводит к увеличению как начальных затрат на реализацию, так и текущих затрат на энергопотребление для системы.
2
2
2
Применение LED, способных обеспечивать 200 люмен/ватт в настоящих системах для создания светового потока 1000 люмен/м будет равен 5-6 ватт/м и потребует использования трансформаторов от 6 до 8 кВт. Заявитель установил, что настоящие системы, где используется 3-фазное напряжение, меньшее или равное 50 В AC, световой поток 10000 люмен/м может доставляться с использованием трансформаторов от 6 до 8 кВт и уровня тока от 50 и 100 А на фазу.
Таким образом, настоящее изобретение дополнительно предусматривает управляемую систему питания и освещения, содержащая одно или более энергопотребляющих устройств, в которой, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, меньшего или равного 50 В AC, причем 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом мощность распределяется трубчатыми или, по существу, трубчатыми шинами, и напряжение снижается с использованием понижающего устройства и, в частности, трансформатора от 6 до 8 кВт.
2
Это означает, что настоящие системы идеально подходят для использования в больших установках, например, супермаркетах и пр., где необходим высокий световой поток (люмен/м).
Шины
Шинные конфигурации для использования в настоящих системах используют 3 положительные/линейные шины и необязательную нейтральную шину (конфигурация звезды или треугольника) идущие совместно друг с другом. Настоящие системы могут использовать конфигурации линейных и нейтральной шин, которые проходят параллельно друг другу, которые не параллельны друг другу, или где шины обеспечены в концентрической конфигурации. Сегмент иллюстративной параллельной конфигурации положительных и нейтральной шин рассмотрен далее и проиллюстрирован в чертежах. Как подробно описано далее в отношении конкретных осветительных устройств, содержащих светодиодные осветительные матрицы в одной конфигурации+/ - электрические соединения от шин к локальным выпрямителей, связанных с каждой светодиодной T-образной полоской реализованы любым пригодным средством и, в частности, посредством зажимов от шины() к каждой полоске. В целях исключения неоднозначного толкования, хотя здесь описана конкретная конфигурация T-образных светодиодных полосок, любую пригодную форму полоски можно использовать в настоящих управляемых системах питания и освещения, включающий в себя традиционные, коммерчески доступные светодиодные полоски что также подробно описано здесь.
Согласно еще одному аспекту здесь предусмотрена система питания и освещения, подробно описанная выше в которой 3-фазный источник электропитания AC, в частности, низковольтный 3-фазный источник электропитания AC, в частности, сверхнизковольтный 3-фазный источник электропитания AC от устройства понижения напряжения, в частности, от трансформатора, которые могут располагаться внутри или снаружи, к шинной сборке, обеспечен в конфигурации звезды или треугольника.
Согласно еще одному аспекту здесь предусмотрена система питания и освещения, подробно описанная выше в которой 3-фазный источник электропитания AC, в частности, низковольтный 3-фазный источник электропитания AC, в частности, сверхнизковольтный 3-фазный источник электропитания AC, от устройства понижения напряжения, в частности, от трансформатора обеспечен посредством конфигурации звезды к первичной шинной сборке, содержащей три линейные шины и одну нейтральная шина, или посредством конфигурации треугольника к первичной шинной сборке, содержащей три линейные шины.
Согласно другому аспекту предусмотрено использование системы питания и освещения как подробно описано здесь, в крупномасштабных коммерческих применений, например, промышленные применения, и, в частности для крупномасштабного сельского хозяйства в помещении, в которой 3-фазный источник электропитания AC, в частности, низковольтный 3-фазный источник электропитания AC, в частности, сверхнизковольтный 3-фазный источник электропитания AC, от устройства понижения напряжения, в частности, от трансформатора обеспечен посредством конфигурации треугольника к первичной шинной сборке, содержащей три линейные шины и при этом входной уровень электрической энергии в системе больше 100 А.
Преимущества шинной конфигурации в отличие от настоящих коммерчески доступных осветительных систем включают в себя: использование устройств понижения напряжения, например, трансформаторов для осуществления снижения напряжения AC, объединенного с локальным выпрямлением /локальной коррекции напряжения для обеспечения пригодной системы питания и освещения, в частности, пригодной низковольтной системы питания и освещения, в частности, пригодной сверхнизковольтной системы питания и освещения; эффективности от 90 до 94%; средство для управления саморегулирующейся системы; обеспечение автоматической коррекции напряжения; способность управления матрицами, содержащими более 100000 осветительных устройств и, в частности, более 100000 LED, путем использования технологии линий питания; более эффективную систему проводки с обычно только окончательной проводкой к светодиодным устройствам на стороне DC, что необходимо и обеспечивается посредством медного провода; обеспечение матрицы LED по принципу ʺвключай и работайʺ; использование беспроводной(ых) линии(й) связи к локальным датчикам в системе как часть управления и дистанционного управления признаками в матрице(ах); и способность пропускать большие токи при низких или сверхнизких напряжениях AC на большие расстояния. Как подробно описано выше, использование 3-фазного источника питания AC, в частности, низковольтного 3-фазного источника питания AC, в частности, сверхнизковольтного 3-фазного источника питания AC с сопутствующим 3-фазным выпрямлением допускает использование меньших конденсаторов с сопутствующими преимуществами в отношении полных эксплуатационных затрат и эффективности системы, в отличие от однофазной системы.
В применениях, использующих настоящую систему, мощность первоначально обеспечивается от устройства понижения напряжения, в частности, от трансформатора, в систему главных шин содержащий одну или более главных шин, и после этого на одну или более вторичных шин и, опционально, на одну или более третичных шин. В целях исключения неоднозначного толкования, и как объяснено выше, используемые здесь шины могут использовать конфигурации линейных и нейтральной шин, которые проходят параллельно друг другу, которые не параллельны друг другу, или где шины обеспечены в концентрической конфигурации. Заявитель установил, что для эффективной конструкции системы, шинные сборки, использующие линейные шины и необязательные нейтральные шины, идущие параллельно друг другу, являются конкретным использованием. Этот признак рассмотрен и проиллюстрирован в чертежах далее.
В таких системах система главных шин, содержащая одну или более главных шин, означает одну или более положительных/линейных шин и необязательную нейтральную шину, идущие параллельно друг другу, и где шины соединены друг с другом, или соединяются, например, с вторичными шинами, или где та или иная из шины имеет форму или изгиб, чтобы надлежащим образом располагаться в коммерческом/промышленном или домашнем положении, то упомянутые шины могут не быть параллельны друг другу в таких соединениях, изгибах или секциях обратной формы.
Таким образом, настоящее применение обеспечивает систему питания и освещения для определенных выше коммерческих/промышленных и/или домашних применений, где мощность распределяется через проводящую шинную сборку, содержащую систему главных шин, содержащую одну или более главных шин, и после этого на одну или более вторичных шин и, опционально, на одну или более третичных шин.
Любые пригодные проводящие шины, также известные как шины, шины или шины, выполненные из любого пригодного проводящего материала, и, в частности, металлов, например, алюминия, меди или латуни, или их смесей, могут использоваться в настоящей шинной сборке. Шины для использования в коммерческих/промышленных и/или домашних системах здесь включают в себя; пустотелые шины; трубчатые или, по существу, трубчатые шины; пустотелые металлические шины; трубчатые или, по существу, трубчатые металлические шины; алюминиевые трубчатые или, по существу, трубчатые шины; алюминиевые пустотелые шины; медные трубчатые или, по существу, трубчатые шины; медные пустотелые шины; пустотелые шины с металлическим покрытием и их комбинации. Настоящие системы могут использовать разные шины для каждой из конфигураций главных, вторичных и третичных шин, или одного и того же материала для каждого, или любой другой комбинации пригодных материалов шины согласно требованиям конкретной системы питания и освещения.
Как рассмотрено далее, заявитель установил, что использование пустотелых проводящих шин имеет преимущество не только для обеспечения желаемой механической прочности совместно с гибкостью конструкции, но дополнительно обеспечивает преимущества скин-эффекта. Таким образом, согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение дополнительно содержит определенную здесь систему, имеющую проводящие шины, в частности, пустотелые проводящие шины, в частности, трубчатые или, по существу, трубчатые пустотелые шины, и, в частности, трубчатые или, по существу, трубчатые пустотелые шины, которые выполнены из Al или Cu или их смеси. В целях исключения неоднозначного толкования, это включает в себя системы, имеющие главные, вторичные и, опционально, третичные шины, причем каждая из главных, вторичных и, опционально, третичных шинных сборок независимо содержит Al или Cu шины, и, в частности, трубчатые или, по существу, трубчатые пустотелые Al или Cu шины.
Заявитель установил, что для оптимальных результатов предпочтительны пустотелые проводящие шины. Хотя любая пригодная форма таких пустотелых проводящих шин, включающих в себя трубчатую, квадратную или альтернативную форму, по желанию может использоваться, заявитель установил, что для оптимальных результатов предпочтительны трубчатые или, по существу, трубчатые пустотелые шины. Кроме того, заявитель установил, что использование трубчатых шин, в частности, алюминиевых трубчатых шин, имеют конкретное преимущество для обеспечения гибкой конструкции системы, например для использования в крупномасштабных системах выращивания. Трубчатые шины пустотелы внутри. Обычно трубчатые шины являются, по существу, круглыми в поперечном сечении и пустотелыми внутри. Хотя заявитель установил, что для оптимальных результатов круглые или, по существу, круглые трубчатые или, по существу, трубчатые шины предпочтительны, альтернативные трубчатые искривленный шины, имеющие эллиптические или овальные поперечные сечения, также могут использоваться в настоящих системах. Трубчатые или, по существу, трубчатые шины, имеющие любую толщину стенки и/или диаметр, пригодны для использования здесь. Когда термин трубчатый используется далее это означает трубчатый и/или по существу, трубчатый по определению, если не указано обратное. Внешняя поверхность т.е. стенка определенной здесь трубчатой или, по существу, трубчатой шины может быть сплошной, или может включать в себя отверстия или ямки или выемки.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение дополнительно содержит управляемую систему питания и освещения, содержащую одно или более энергопотребляющих устройств, в которой, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством выпрямления 3-фазный AC/DC, и при этом мощность распределяется пустотелыми проводящими шинами, причем шины являются трубчатыми или, по существу, трубчатыми шинами и независимо выбираются из трубчатых шин, которые являются, по существу, круглыми в поперечном сечении и пустотелыми внутри; трубчатые шины которые являются, по существу, эллиптическими в поперечном сечении и пустотелыми внутри; трубчатые шины, которые являются, по существу, овальными в поперечном сечении и пустотелыми внутри; и пустотелые трубчатые или, по существу, трубчатые шины, выполненные из непроводящего материала, которые покрыты проводящим металлом.
Шины для использования здесь дополнительно включают в себя пустотелые трубчатые или, по существу, трубчатые шины, выполненные из непроводящего материала, которые покрыты проводящим металлом, например, Al, Cu или латунью, и, в частности, Al или Cu также пригодны для использования здесь в качестве проводящих пустотелых шин. Непроводящее материалы, также известные как изоляторы, пригодные для использования здесь в шинах с металлическим покрытием, включают в себя стекло, фарфор, резину или композитные полимерные изоляторы. С точки зрения гибкости системы использование резины или композитных полимерных изоляторов как внутренней пустотелой сердцевины, на которую нанесен внешний металлический слой, предпочтительны в системах, использующих металлические шины с покрытием.
В целях исключения неоднозначного толкования и как подробно описано далее, система может дополнительно включать в себя медную проводку. Например, шинная сборка может включать в себя несколько соединенных трубчатых или, по существу, трубчатых проводящих алюминиевых шин для переноса 3-фазной мощности AC в системе, первоначально на средство для понижения напряжения и после этого для распределения пониженной 3-фазной мощности AC по шинной сборке на стороне AC средства выпрямления. Как подробно описано выше, главные или первичные шины имеют наибольший диаметр, вторичные шины имеют меньший диаметр, и если масштаб системы или параметры требуют третичных трубчатых или, по существу, трубчатых проводящих алюминиевых шин, то они будут иметь еще меньший диаметр. На стороне DC средства выпрямления 3-фазная мощность DC поступает на энергопотребляющее устройство через любое пригодное средство. В частности, когда светодиодное осветительное устройство непосредственно подключено к средству для выпрямления AC/DC т.е. устройство может быть свинченным со средством, или когда светодиодное осветительное устройство подключено к средству для выпрямления AC/DC и подвешено над пригодной линией. Когда устройство подвешено, соединение осуществляется через пригодную проводку устройства и, в частности через короткую трубчатую линию, в частности, через короткий медный провод. Длина короткого медного провода связана с падением напряжения. Заявитель установил, что если медный провод слишком длинный, то падение напряжения слишком велико, и светодиодные осветительные устройства в системе не будут функционировать правильно. Длина медного провода будет зависеть от конкретных требований к освещению в любой конкретной системе.
Здесь рассмотрены различные формы шины.
В целях исключения неоднозначного толкования выбор пригодной шины и, в частности, толщины стенки (для трубчатой или по существу шины, и/или диаметр шин будет зависеть от требований конкретной части коммерческой/промышленной и/или домашней системы питания и освещения, в которой она подлежит использованию, либо с точки зрения обеспечения необходимых уровней поддержки для осветительных устройств и, в частности, матрицы() LED, когда необходимо, или для обеспечения оптимальной стоимости на метр конкретной силовой нагрузки, обеспечиваемой на и распределяемой системой шин.
Таким образом металлические шины, включающие в себя Al и/или Cu шины, для использования здесь может быть спроектированы с большие диаметры и малые значения толщины стенки или малые диаметры и более высокие значения толщины стенки для достижения оптимальной стоимости на метр для каждой силовой нагрузки (тока). Выбор Al и/или Cu шин для использования в шинной сборке или в любом участке шинной сборки будет зависеть от требований конкретной системы, хотя Cu является особенно эффективным проводником, Al легче и может быть экономичнее, что может обеспечивать более гибкую конструкцию.
Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией здесь предлагается, что металлические шины, в частности Al и/или Cu шины, и, в частности трубчатые или, по существу, трубчатые Al и/или Cu шины для использования в шинных сборках здесь имеющих большие диаметры и малые значения толщины стенки предпочтительны для использования здесь поскольку, использование таких шин с переменным током (AC) обеспечивает желаемые свойства скин-эффекта в отличие от найденных для шин малых диаметров и более высоких значений толщины стенки. Предполагается, что использование предпочтительных шин для распределения 3-фазной мощности AC, в частности, низковольтной 3-фазной мощности AC, в частности, сверхнизковольтной 3-фазной мощности AC, достигает более высокой плотности тока между наружной поверхностью шины и глубиной скин-слоя шины, чем обеспечивается шинами, имеющими более высокие значения толщины стенки и меньшие диаметры. Можно использовать коммерчески доступный трубчатые шины любого пригодного диаметра и ширины. Иллюстративные шины для использования в качестве главных или первичных шин в системах питания и освещения здесь являются трубчатыми алюминиевыми шинами. Пригодные алюминиевые шины для использования здесь являются коммерчески доступными пустотелыми трубчатыми алюминиевыми шинами, включающими в себя трубчатые алюминиевые шины, доступные от Alcomet в диапазоне наружных диаметров от 10 мм до 250 мм, в частности, от 10 мм до 200 мм и, в частности, от 10 мм до 100 мм, или от 10 мм до 50 мм, или от 10 мм до 25 мм, или от 10 мм до 15 мм. Иллюстративные шины особенно, пригодные для использования здесь, являются алюминиевыми шинами диаметром 15 мм с толщиной стенки 1,6 мм. Заявитель установил, что использование таких 15 мм Al шин толщиной 1,6 мм распределяют мощность около 50 В AC при 100 А с падением напряжения около 0,03 В на метр (шины). Кроме того, когда используются трубчатые шины, заявитель установил, что количество светодиодных источников света, которые могут получать питание от системы, возрастает с увеличением диаметра шин.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение дополнительно содержит определенную здесь систему, имеющую проводящие шины, где отношение диаметра шин к толщине стенки составляет от 15:1 до около 7:1, от около 12:1 до около 8:1 и, в частности, от около 10:1 до около 9:1. В целях исключения неоднозначного толкования, где шины являются пустотелыми трубчатыми круглыми шинами, диаметр имеет свое обычное значение, и при этом шины являются, по существу, круглыми, эллиптическими или овальными, то диаметр является диаметром в самой широкой точке поперечного сечения.
Таким образом, согласно еще одному аспекту настоящее изобретение дополнительно содержит определенную здесь систему, имеющую проводящие шины, в частности проводящие трубчатые шины, которые выполнены из Al или Cu или их смеси, причем падение напряжения на метр шины на уровнях мощности AC около 50 В и 100 А составляет от 0,01 до 0,1 В, предпочтительно, где падение напряжения составляет от 0,02 до 0,1 В, более предпочтительно, где падение напряжения составляет от 0,02 до 0,05 В, и, в частности, от около 0,03 до 0,05 В. Заявитель установил, что конструкционная прочность достигнутая удалением центра сплошного проводника т.е. для обеспечения трубчатой (шиноподобной) конструкции допускает освещение, и, опционально, другие устройства, подключаемый к трубчатому проводнику с меньшей поддержкой, чем допускают системы, использующие традиционную сплошную проводящую проводку и сопутствующие приборы. Заявитель установил, что трубчатые шины, используемые в настоящее время, прочнее, чем традиционные осветительные системы и могут поддерживать больше LED и, опционально, других устройств. Кроме того, заявитель также установил, что удаление проводящего материала из центра сплошного проводника для обеспечения трубчатой (шиноподобной) конструкции также приводит к снижению вихревых токов в проводящем элементе трубчатой конструкции, и что эти вихревые токи выталкивают ток наружу трубчатого проводника т.е. 100% тока располагается в ʺстенкахʺ трубчатых проводников. Заявитель также установил, что путем использования трубчатых шин в настоящих системах ток по существу, располагается на внешних поверхностях/внешних оконечностях шин. Здесь предлагается, что удаление центра проводника позволяет больше использовать толщину стенки для данной площади поперечного сечения проводящего материала и, таким образом, негативное влияние скин-эффекта снижается.
Помимо многих технических преимуществ, обеспеченных настоящей системой и как описано здесь, заявитель считает, что использование настоящей системы также имеет возможность доставлять значительную экономию затрат. В частности экономию затрат можно вывести путем удаления центра сплошного проводника для создания трубчатой конструкции, путем использования сниженных количеств и размера конденсаторов и/или индуктивных компонентов. Не ограничиваясь использованием шин, в частности, трубчатых шин, многие из преимуществ 3-фазного локального выпрямления могут достигаться с использованием традиционных способов сплошной или многожильной проводки, когда они объединены с 3-фазным питанием AC, светодиодным освещением, 3-фазным выпрямлением AC/DC и управлением признаками настоящих систем.
Коммерчески доступные медные трубчатые или, по существу, трубчатые пустотелые шины могут использоваться на стороне AC сборок распределения мощности для использования в настоящих системах, либо как пустотелые трубчатые или, по существу, трубчатые пустотелые медные шины. Использование медных шин в настоящих шинных сборок, трубок и/или в качестве проводов, преимущественно позволяет облегчать размещение осветительных устройств, особенно светодиодных источников света в их выбранных зонах.
Медные провода также могут быть электрически соединены с настоящими шинными сборками, и как рассмотрено далее в отношении обеспечения мощности на светодиодные устройства на стороне DC для обеспечения дополнительного средства распределения мощности в настоящих системах. Поскольку это проводное распределение мощности DC следует распределение мощности AC на шинной сборке это также именуется здесь вспомогательным или дополнительным средством распределения мощности. В целях исключения неоднозначного толкования, и как рассмотрено далее, где медные провода используются в точках в системе, где расстояния очень малы, и токи очень слабы, и провод лишь распределяет мощность на вспомогательном уровне т.е. непосредственно на осветительное устройство, в частности, светодиодный источник света и т.п.
В целях исключения неоднозначного толкования, когда PCB подключен непосредственно к шине, например, путем применения T-образных полосок, как подробно описано далее в матрицах LED, использование медных проводов для осуществления соединений с отдельными осветительными устройствами или LED не требуется.
Во многих коммерческих/промышленных и/или жилых зданий, главные шины, обычно имеющие вертикальную или, по существу, вертикальную конфигурацию и могут располагаться снаружи, внутри или в центре. Этот признак проиллюстрирован в чертежах далее. Из этих главных шин мощность может затем распределяться на осветительные матрицы в системе через систему вторичных шин, содержащую несколько вторичных шин, или, опционально и альтернативно, медную проводку в качестве вспомогательного или дополнительного средства распределения мощности, на каждом этаже или уровне здания, имеющего горизонтальную или, по существу, горизонтальную конфигурацию. Третичный источник питания на стороне AC системы распределения мощности обычно содержит несколько третичных шин, или может опционально и альтернативно содержать медные провода в качестве вспомогательного или дополнительного средства распределения мощности, на низковольтном, или сверхнизковольтном 3-фазный AC на каждом этаже или уровне здания, имеющего горизонтальную или, по существу, горизонтальную конфигурацию.
Очевидно, что настоящая система обеспечивает желаемую гибкость конструкции шинных сборок для домашних и/или коммерческих/промышленных применений, с относительными конфигурациями главных, вторичных и третичных шинных систем, обеспечивающих способность встраивать заказные системы питания и освещения, которые являются экономичными, эффективными и управляемыми. В общем случае, размер (диаметр) шин снижается между главной и вторичной системами, и опять же между вторичной и третичной системами. Этот признак дополнительный проиллюстрирован и рассмотрен в чертежах.
Обычно мощность для осветительных устройств распределяется вторичной шинной конфигурацией и, таким образом в большинстве случаев эта конфигурация будет располагаться к потолку или крыше комнаты, или офиса, или склада или другой секции домашнего и/или коммерческого/промышленного здания, хотя система не включает в себя возможность обеспечения освещения от шин, подключенных к стенкам, или другим структурам для обеспечения освещения с альтернативных точек зрения, чем простые конфигурации вниз. Когда система требует этого, вторичная шинная конфигурация может быть связана с третичной шинной конфигурацией для дополнительного распределения мощности на освещение.
Третичные шины, или, опционально и альтернативно медные провода в качестве вспомогательного или дополнительного средства распределения мощности, при низком или сверхнизком напряжении дополнительно распределяет мощность от вторичных шин на осветительные устройства, как подробно описано выше, а также на неосветительные устройства (когда присутствуют) что также определено выше. Опять же, для неосветительных устройств свобода конструкции, обеспеченная настоящей системой, позволяет располагать эти шины согласно заказным потребностям пользователей здания, но в наиболее общем случае, третичные шины, обеспеченные для распределения мощности на неосветительные устройства, будут располагаться на, или вблизи, пола на каждом уровне коммерческого/промышленного и/или домашнего здания, в котором используется система. Для некоторых комнат, например, кухонь, третичная система может преимущественно располагаться выше рабочего стола/кухонной секции.
Согласно еще одному аспекту, системы питания и освещения, как подробно описано выше, могут дополнительно содержать покрытую шинную сборку, в которой покрытые положительные/ линейные и нейтральная шинные компоненты каждой из главных и вторичных шин проходят параллельно друг другу, или не параллельны друг другу, или располагаются концентрично друг другу, и при этом главные шины обеспечены в, по существу, вертикальной конфигурации, и при этом вторичные шины обеспечены в, по существу, горизонтальной конфигурации.
Пригодные шины для использования в настоящих системах включают в себя шины с покрытием, и, в частности, пластичные шины с покрытием. Любой пригодный коммерчески доступный пластичный материал покрытия, пригодный для использования на шинах, и, в частности могут использоваться покрытия, пригодные для использования с Al или Cu шинами. Для электрической и тепловой изоляции шины для использования в настоящих системах могут быть защищены любыми пригодными коммерчески доступными изолирующими материалами, например, термоусадочными покрытиями. Пригодная термоусадочная шинная трубка для использования здесь включает в себя BBIT термоусадочную шинную трубку от Raychem. Секция покрытой шины проиллюстрирована здесь в чертежах.
В системах, где устройство понижения сетевого напряжения, в частности, сетевой трансформатор располагается снаружи, и система главных шин располагается полностью или частично снаружи, затем главная шина опционально дополнительно покрывается пригодным слоем теплоизоляции/защиты от окружающей среды. Может использоваться любой пригодный коммерчески доступный материал теплоизоляции/защиты от окружающей среды, пригодный для использования на шинах, и, в частности материалы теплоизоляции/защиты от окружающей среды, пригодные для использования с Al или Cu шинами.
Когда одна система шин подключена к другой системе шин в шинной сборке для использования в настоящей системе питания и освещения, например, для создания соединения от вторичных шин к главным шинам, соединение может осуществляться путем обнаружения пластика в желаемой точки соединения главной шины для открытия металла и подключения к соответственно открытому металлическому аспекту вторичной шины. Когда нужно обеспечить электрическое соединение, например, для окончательной проводки на одно или более светодиодных осветительных устройств/светодиодных источников света, полосок LED, или полосок, содержащих один или более светодиодных источников света по мере необходимости конкретной системой и применением, к вторичным, или третичным шинам, точка соединения может просверливаться во вторичную, или третичную, шину для осуществления такого электрического соединения.
В целях исключения неоднозначного толкования, когда система главных шин располагается полностью или частично снаружи, подключение к вторичной системе может осуществляться, как предусмотрено выше.
Функциональные возможности связи по линии питания
Как подробно описано выше, изобретение предусматривает управляемую систему питания и освещения, включающую в себя осветительную систему, содержащую одно или более осветительных устройств как определено выше, и, в частности, матрицу LED, имеющую функциональные возможности связи.
Технология линий питания обеспечивает способность включать в себя функциональные возможности связи поверх существующей формы волны питания AC. Таким образом, помимо преимуществ и достоинств систем питания и освещения для осветительных устройств, в частности, LED, и также для неосветительных устройств, когда присутствуют, как подробно описано здесь, изобретение предусматривает в качестве дополнительного аспекта систему питания и освещения, как подробно описано здесь, имеющую функциональные возможности связи.
Технология линий питания, также известные как связь по линии питания (PLC), носитель в виде линии питания, цифровая абонентская линия в виде линии питания (PDSL), связь по сети электроснабжения, телекоммуникационная линия питания или сетевая связь по линии питания (PLN). В целях исключения неоднозначного толкования, и в соответствии с одним или более аспектами настоящие системы обеспечивают технологию связи через PLC по 3-фазной, AC шинной сборке, и, в частности, по низковольтной 3-фазной и, в частности, по сверхнизковольтной 3-фазной, AC шинной сборке. В настоящих системах питания и освещения комбинация технологии линий питания с шинами обеспечивает средство для одновременного переноса данных на шинной сборке, а также обеспечивает средство распределения для 3-фазной мощности AC, и, в частности средство распределения для низковольтной 3-фазного, и, в частности, сверхнизковольтной мощности AC.
Помимо желаемой управляемой, низкой стоимости, высоких преимуществ эффективности обеспеченных настоящими системами питания и освещения, использование технологии линий питания обеспечивает способность встраивать в такие системы уникальную идентификационную информацию и способность деактивировать установку и дополнительно повышать эффективность выполнения.
Согласно аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, содержащая одно или более энергопотребляющих устройств, в которой, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, в соответствии с любым одним или комбинацией описанных здесь аспектов, причем система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством, причем средством для автоматического управления выходом системы в целом или отдельных устройств или групп устройств в системе является средство для обеспечения автоматического независимого управления устройствами, и при этом каждое устройство для использования в системе согласуется с микросхемой регистрации, которую можно идентифицировать и которой можно управлять по отдельности.
Согласно еще одному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, содержащая одно или более энергопотребляющих устройств, в которой, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, в соответствии с любым одним или комбинацией описанных здесь аспектов, причем система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством, причем связи извлекаются из формы волны AC на каждой нагрузке, подключенной к системе посредством технологии линий питания совместно с связь, и микросхемы регистрации в устройствах, и при этом система может контролироваться и управляться дистанционно посредством комбинации линии питания и беспроводной технологии.
Согласно еще одному дополнительному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения в соответствии с любым одним или комбинацией описанных здесь аспектов, причем система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством, причем система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, распределяется проводящими шинами и при этом система управления обеспечена посредством технологии линий питания обеспеченный шинами.
Согласно еще одному дополнительному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения в соответствии с любым одним или комбинацией описанных здесь аспектов, причем система включает в себя средство для автоматического управления каждым устройством, причем система содержит одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством и при этом каждый отдельный светодиодный источник света, и/или несветодиодное устройство, когда присутствуют, или группа источников света и/или несветодиодных устройств, когда присутствуют, или матрица источников света и/или несветодиодных устройств, когда присутствуют, по отдельности или выборочно регистрируется, причем система может контролироваться и управляться в беспроводном режиме и дистанционно, причем отдельные LED, или полоски компоновок светодиодных источников света согласуются с микросхемой регистрации, и локальный выпрямитель и микросхема связи по линии питания или микросхема регистрации обеспечивает средство для связи с локальной/ретрансляционной беспроводной технологией и при этом LED и/или несветодиодные устройства, когда присутствуют, таким образом, пригодны для управления через интернет. В целях исключения неоднозначного толкования микросхемы регистрации для LED подробно описаны далее.
Таким образом, согласно еще одному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, в которой светодиодное освещение содержит одно или более светодиодных осветительных устройств или группу из одного или более светодиодных осветительных устройств или матрицу LED, содержащую светодиодные источники света, причем устройства или источники света выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, причем
3-фазная мощность AC, распределяемая на светодиодное освещение, связана с сетевым трансформатором AC, который может располагаться снаружи или внутри;
3-фазная мощность AC распределяется проводящими шинами, или шины являются проводящими трубчатыми или, по существу, трубчатыми шинами;
3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в низкое или сверхнизкое напряжение DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку, или где 3-фазная мощность AC преобразуется посредством выпрямителя AC/DC, связанного с каждым осветительным устройством или группа осветительных устройств; и
система включает в себя средство для автоматического управления выходом освещения в целом, или отдельные осветительные устройства, или группы осветительных устройств в системе.
Согласно еще одному аспекту в вышеописанной управляемой системе питания и освещения шины выполнены с возможностью обеспечивать питание одного или более неосветительных устройств в системе и дополнительно включает в себя, причем система дополнительно содержит технологию линий питания совместно со средством вычисления и регистрации в матрице, и несветодиодные устройства, и при этом система может контролироваться и управляться дистанционно.
В целях исключения неоднозначного толкования, адаптация шин для обеспечения снабжения питанием одного или более неосветительных устройств означает, что осветительная система может быть установлена, и неосветительные устройства можно добавлять в систему либо как временная мера, либо как часть базовой системы, по мере необходимости, в более позднее время, или когда конструкция системы требует, чтобы неосветительные устройства могли быть внедрены в систему на стадии установки.
Согласно особенно предпочтительному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, содержащая матрицу LED как подробно описано выше, причем система дополнительно содержит технологию линий питания совместно со средством вычисления и регистрации в матрице и при этом матрица выполнена с возможностью получать питание низковольтным AC, и, в частности сверхнизковольтным AC.
Очевидно, что вышеупомянутые системы, содержащие технологию линий питания совместно со средством вычисления и регистрации также можно обеспечить для управления и снабжения питанием альтернативных, несветодиодных осветительных устройств или для осветительной системы, использующей смесь LED и несветодиодных осветительных устройств.
Преимущества настоящей управляемой системы питания и/или освещения, которая дополнительно включает в себя технологию линий питания, в отличие от настоящих коммерчески доступных систем, включает в себя: использование устройств понижения напряжения, в частности, трансформаторы для осуществления снижения напряжения AC, объединенного с локальным выпрямлением /локальной коррекции напряжения для обеспечения пригодной низковольтной или сверхнизковольтной системы питания и освещения; эффективности от 90 до 94%; средство для управления саморегулирующейся системы; обеспечение автоматической коррекции напряжения; способность управления матрицами, содержащими более 100000 осветительных устройств и, в частности, более 100000 LED, путем использования технологии линий питания; более эффективную систему проводки с только окончательной проводки, на светодиодное устройство, что необходимо и обеспечивается посредством медного провода; обеспечение матрицы LED по принципу ʺвключай и работайʺ; а также потенциальное использование беспроводной(ых) линии(й) связи к локальным датчикам в системе как часть управления и дистанционного управления признаками в матрице(ах). Потенциальное использование комбинации технологии линий питания и беспроводной технологии (Wi-Fi (RTM)) рассматривается далее.
Кроме того, таким образом, управляемые системы, включающие в себя шины, понижающие устройства AC или понижающие трансформаторы, 3-фазный AC, особенно низкое или сверхнизкое напряжение AC, распределение мощности и технология линий питания, как подробно описано здесь, обеспечивают беспрецедентные эффективности в затратах на выполнение, в отличие от современных 24/7 контролируемых систем, а также менее капиталоемкие для установки, обычно примерно на 30% более дешевые, настоящая система питания и/или освещения обеспечивает в первый раз означает доставку заказного светодиодного освещения, и/или мощности на несветодиодные устройства (когда присутствуют) в коммерческих/промышленных и/или домашних применениях через систему, которая является надежной, эффективной, чувствительной и дистанционно управляемой.
2
2
Согласно еще одному аспекту, когда осветительные устройства содержат один или более светодиодных источников света, система питания и освещения изобретения предусматривает средство для независимого управления длиной волны, интенсивностью и фотопериодом каждого светодиодного источника света, или групп LED, в одной или более матрицах LED, используемых в настоящих системах на больших площадях от 1 м до 10000 м. Благодаря регистрации LED или групп LED после установки, или периодически после этого, излучаемая мощность полной системы, отдельных светодиодных источников света, групп светодиодных источников света, полосок LED или групп полосок LED, или одной или более матриц LED в системе в диапазоне входных токов известна.
Каждый зарегистрированный LED можно перекалибровать с использованием спектрорадиометра по мере необходимости. Этот процесс допускает повторяемость и регистрацию данных излучаемой мощности, доставляемой аспектом освещения настоящей системы, для измерения, и в первый раз обеспечивает информацию в реальном времени в качестве излучаемой мощности, доставляемой пользователям, либо в система, либо в отдельных секциях, сегментах, офисах, этажах, фабричных линиях или других таких заранее определяемых секторах системы, где эти отдельные площади в системе выравниваются к соответствующим LED или группами LED в одной или более матрицах LED, определенных здесь до этого и используемых в настоящей системе питания и освещения.
Таким образом, согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает систему управления для светодиодных осветительных устройств и неосветительные/несветодиодные устройства в определенной здесь системе, причем система управления включает в себя средство для регистрации данных для измерения излучаемой мощности и при этом система управления неосветительными/несветодиодными устройствами включает в себя средство для регистрации данных для измерения энергопотребления.
Согласно аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, содержащая одно или более энергопотребляющих устройств, в соответствии с любым одним или комбинацией упомянутых аспектов, причем, по меньшей мере, одно из энергопотребляющих устройств является светодиодным осветительным устройством, причем светодиодное осветительное устройство выполнено с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, причем система может содержать одно или более несветодиодных устройств, дополнительно включая средство для регистрации данных для измерения излучаемой мощности, по меньшей мере, одного светодиодного осветительного устройства, или отдельных светодиодных осветительных устройств, или групп светодиодных осветительных устройств в системе, и при этом, одно или более несветодиодных устройств, присутствующих в системе, дополнительно включают в себя средство для регистрации данных для измерения энергопотребления или излучаемой мощности.
Согласно еще одному аспекту предусмотрено средство для регистрации данных для измерения энергопотребления или излучаемой мощности путем регистрации каждого LED в матрице и предварительной калибровки LED спектрорадиометрами.
Настоящая система управления для системы питания и освещения для светодиодных осветительных устройств и несветодиодных устройств, когда присутствуют, по определению использует интеллектуальное программное обеспечение для управления данными, захватываемые и ретранслируемые в систему управления из различных источников, включающих в себя: микросхемы регистрации освещения; средство управления выпрямителем; микросхема связи по линии питания; беспроводная технология; локальные PC; другое средство захвата данных; или их смеси и комбинации для обеспечения адаптированных контроля и управления системы в целом.
Каждое осветительное устройство, предпочтительно, каждое светодиодное осветительное устройство, группа светодиодных осветительных устройств или светодиодных источников света, полоска LED, группа полосок LED, полоска, содержащая один или более светодиодных источников света, или группа полосок, содержащих один или более светодиодных источников света, в осветительной матрице, или несветодиодное устройство, или группа несветодиодных устройств, или комбинация светодиодных осветительных устройств, предпочтительно, светодиодные источники света, и несветодиодные устройства для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения можно управлять независимо с использованием технологии линий питания как подробно описано здесь, или когда требования системы требуют таких функциональных возможностей, управление может осуществляться комбинацией линии питания и беспроводной технологии, или через автономную беспроводную технологию с использованием беспроводной линии связи с локальным PC или через интернет дистанционно. Для осуществления такого управления для светодиодных источников света, или несветодиодных устройств, когда присутствуют, каждый светодиодный источник света или группа светодиодных источников света, в матрице, или каждое несветодиодное устройство или группа таких устройств, согласуется с микросхемой регистрации, которую можно идентифицировать и которой можно управлять по отдельности.
Как подробно описано здесь, заявитель также установил, что помимо технологии линий питания настоящая управляемая система питания и освещения, содержащая 3-фазный AC, предпочтительно низковольтный, и, в частности сверхнизковольтный AC распределяемый через шины на одно или более светодиодных осветительных устройств, и, в частности на одну или более матриц LED, и одно или более несветодиодных устройств (когда присутствуют), причем матрицы и/или устройства, имеющие микросхемы локальной регистрации, хорошо совместима с локальной/ретрансляционной беспроводной технологией. Для систем питания и освещения, которые требуют возможности беспроводной доставки сигнала значительной/высокой интенсивности, например в применениях, где необходим доступ в интернет, или где портативность интеллектуальных устройств для использования в системе необходима локальная/ретрансляционная беспроводная технология может преимущественно использоваться.
Устройства понижения напряжения
Как подробно описано выше, мощность AC от сетевого источника питания поступает на устройство понижения напряжения, и, в частности, на трансформатор, который могут располагаться снаружи или внутри. Мощность AC, поступающая на такое устройство, также известно как входное напряжение и может быть на любом уровне, если это отвечает возможностям устройства. Диапазоны входного напряжения будет изменяться в зависимости от географического положения, в котором настоящая система питания и освещения подлежит использованию, выбор пригодного устройства, имеющего необходимые возможности получать входное напряжение и способность обеспечения желаемого выходного напряжения, и, в частности, выбор устройства для получения входного напряжения и имеющего способность вывода низковольтного AC, или в частности, сверхнизкого напряжения AC менее 50 В AC, т.е. напряжения, подлежащего использованию оборудованием, электрически соединенным с выходной стороной устройства, считается известным надлежащим образом квалифицированному поставщику электроэнергии. Трансформаторы являются пригодными устройства понижения напряжения для использования здесь.
Трансформаторы, пригодные для использования здесь, имеют предельное входное напряжение до 415 В AC включительно. Заявитель установил, что хотя трансформаторы, имеющие любое выходное напряжение, пригодное для использования с любой конкретной конфигурацией питания и освещения для использования в настоящих системах можно использовать, причем использование трансформаторов, имеющих уровень выходного напряжения менее 50 В AC, особенно полезно как для обеспечения повышенной безопасности, так и для доставки преимуществ эффективности. Иллюстративные трансформаторы для использования в настоящих системах независимо выбираются из: 415-50 В; 240-50 В; или 230-50 В AC RMS трансформаторы по схеме звезды или треугольника. Очевидно, что такой трансформатор может иметь размер, позволяющий питать либо одно здание, либо несколько зданий, либо несколько секций в одном здании для обеспечения емкости в тысячи квадратных метров. По причинам безопасности такие трансформаторы обычно располагаются снаружи. Для оптимизации эффективности системы предпочтительны более крупные трансформаторы, и, таким образом, когда новая система питания и освещения для коммерческого/промышленного или домашнего применения проектируется, следует рассматривать современные и будущие возможности, чтобы гарантировать, что система проектируется для доставки как начальной, так и текущей эффективности. В общем случае, более крупные трансформаторы обеспечивают более высокую эффективность, обычно порядка 95-99% или более. Заявитель установил, что для достижения высокой эффективности требуются уровни, большие или равные 5 кВт, т.е. => 5 кВт.
Любое коммерчески доступное устройство понижения напряжения AC и, в частности, любой коммерчески доступный понижающий трансформатор AC, или комбинация таких устройств и/или трансформаторов может использоваться для подачи сниженных уровней мощности AC для использования в системах управления согласно настоящему изобретению. Очевидно, что выбор варианта надлежащего трансформатора будет зависеть от того, где в мире система подлежит развертыванию, например в UK приблизительно отношение понижения 10:1 особенно пригодно для использования, где желательны низкие или сверхнизкие уровни напряжения AC. Понижающие трансформаторы, выполненные с возможностью обеспечивать/иметь пригодное отношение понижения для обеспечения желаемых низких или сверхнизких уровней напряжения AC, обычно в пределах от около 24 В AC до около 50 В AC, особенно полезны. Понижающие трансформаторы AC, имеющие отношения понижения от: 5: 1; 10: 1; или отношения от около 5: 1 до около 10:1, для достижения низкого или сверхнизкого напряжения AC, и обычно между около 24 и 50 В AC особенно полезны для подачи мощности на настоящие системы управления LED для коммерческих или домашних применений, и особенно полезны для применений для управления светодиодного освещения в системах выращивания растений и/или животных.
Настоящая система питания и освещения обеспечивает освещение, в частности светодиодное освещение для коммерческих/промышленных и/или домашних применений, причем для конфигураций светодиодного освещения обеспечены, в частности, преимущества электрической и излучательной эффективности в отличие от традиционных систем помимо обеспечения мощности для несветодиодных устройств, когда присутствуют.
Для конфигураций светодиодного освещения настоящая система может обеспечивать электрические эффективности порядка: более около 80%; более около 85%; около 87% совместно с излучательными эффективностями (эффективностями стеновой розетки), для LED и несветодиодных устройств, электрически соединенных с системой, порядка: более около 30%; более около 35%; более около 40%; около 43%, в примерах, где LED имеет излучательную эффективность 50%.
Настоящие системы используют трансформаторы от 240/415 В AC к 24/50 В AC, которые могут иметь эффективность до 99% в крупном масштабе, совместно с локальными выпрямителями /локальным устройством коррекции напряжения (два этапа), связанные с каждым осветительным устройством в системе, в частности каждым светодиодным источником света, или группой светодиодных источников света, или с каждым несветодиодным устройством (когда присутствуют). Такие выпрямители можно выбирать для оптимальных уровней эффективности, и в идеале эффективности порядка около 95%. Благодаря использованию настоящих систем управления, имеющих эффективность 95%, настоящая система способна обеспечивать электрические эффективности порядка 87% (99% × 95% × 95%), что соответствует эффективности стеновой розетки до около 43% (50% × 87%), в примере, где LED имеет излучательную эффективность 50%.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает определенную здесь управляемую систему питания и освещения, которая включает в себя светодиодное освещение, и использует трансформаторы от 240/415 В AC к 24/50 В AC совместно с локальными выпрямителями /локальным устройством коррекции напряжения, связанным с каждым светодиодным источником света или группой светодиодных источников света, или с каждым несветодиодным устройством (когда присутствуют).
Представления домашних и коммерческих/промышленных систем, использующих эту эффективную систему питания и освещения, проиллюстрированы здесь в чертежах.
Для размещения коммерческих/промышленных систем, например, для примеров складов, имеющих очень большие площади в тысячи квадратных метров, заявители спроектировали модифицированную систему, в которой сетевое большое устройство понижения напряжения, в частности, большой сетевой трансформатор, может быть установлен в удаленной точке внутри склада, причем мощность распределяется на осветительную матрицу и любые несветодиодные устройства по желанию через шинную сборку, и имеющую определенные здесь признаки дистанционного управления. Только внутренний кабели к устройству понижения напряжения, трансформатору, должны отвечать требованиям IP, тогда как оставшаяся часть системы должна быть, как определено выше.
В целях исключения неоднозначного толкования, в настоящих системах питания и освещения для коммерческих/промышленных и/или домашних применений устройство понижения сетевого напряжения AC, трансформатор, может располагаться внутри или снаружи. Когда настоящая система включена в коммерческое/промышленное и/или домашнее здание, имеющее одно или более устройств понижения напряжения AC (трансформаторов), устройство понижения сетевого напряжения AC (трансформатор) может располагаться снаружи, в центральном положении относительно системы, или внутри либо в центре, или наверху либо внизу здания согласно требованиям конкретного здания. Центральное положение по определению включает в себя: позицию в центре системы; техническое помещение; центральное техническое помещение; позицию, центральную относительно группы комнат, этажей, офисов или зданий и пр., которые получают питание настоящей системой питания и освещения.
Таким образом, изобретение дополнительно предусматривает систему питания и освещения, пригодную для использования в коммерческих/промышленных и/или домашних применениях в соответствии с любыми из подробно описанных здесь аспектов, содержащую внешний или внутренний сетевой трансформатор AC, причем когда сетевой трансформатор AC находится внутри здания, он может располагаться в центре или наверху либо внизу здания, и при этом когда сетевой трансформатор AC находится снаружи, он располагается в центральном положении.
Заявитель установил, что хотя было бы вероятно уменьшение как количества, так и уровней преимуществ, связанных с эффективностью, безопасностью и стоимостью, в отличие от уровней, обеспеченных комбинацией 3-фазных понижающих устройств, и, в частности, 3-фазных трансформаторов и трубчатых шин в системах, использующих конфигурации светодиодного освещения, высоковольтная 3-фазная мощность также может распределяться непосредственно на локальные 3-фазные импульсные источники питания (SMPS) для обеспечения питания светодиодных источников света.
В таких конфигурациях светодиодного освещения, высоковольтный 3-фазный AC и SMPS для обеспечения питания LED, более эффективны, чем высоковольтный однофазный AC благодаря ослаблению эффекта пульсация, также требуют меньших конденсаторов, и имеют повышенный коэффициент мощности и сниженные гармоники в отличие от соответствующих однофазных систем. Эти конфигурации могут быть весьма привлекательны для модифицированных ситуаций или для кластеров мощных LED для новых зданий, уличного или заливающего освещения или любого другого применения, где бесконечно изменяемый ток и PWM не требуются.
Не ограничиваясь использованием устройств понижения напряжения, в частности, трансформаторов, в частности, низковольтных понижающих трансформаторов, многие из преимуществ 3-фазного локального выпрямления могут достигаться с использованием традиционных способов сплошной или многожильной проводки, когда они объединены с высоковольтным 3-фазным питанием AC, SMPS, светодиодным освещением, выпрямлением и признаками управления настоящих систем.
3-фазный SMPS теряет уровни эффективности когда не работает на проектных паспортных возможностях (паспортные возможности менее 50% имеют крутой, многокомпонентный спад эффективности). Заявитель установил, что большие 3-фазные трансформаторы дают гораздо более высокую эффективность в большом диапазоне нагрузок. Например, повышение эффективности >95% были продемонстрированы из увеличения паспортных возможностей от 15% до 100% нагрузок. Заявитель установил, что повышение паспортных возможностей, что особенно преимущественно в применениях, где требуется диммирование или модуляция светодиодного источника света. Заявитель также установил, что для оптимальных эффективностей системы предпочтительно распределять высоковольтную мощность AC от большого трансформатора на LED трубчатыми шинами.
Защита от скачков Электрической мощности навысоковольтной сторонетрансформатора
Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение предусматривает новую осветительную систему, пригодную для коммерческого/промышленного или домашнего использования, как определено выше, причем система дополнительно обеспечивает средство для защиты конфигураций освещения в системе от скачков электрической мощности путем использования оборудования защиты скачков для трансформатора на высоковольтной стороне трансформатора. Любое пригодное оборудование защиты от скачков, также известное как устройства защита от скачков, устройства подавления скачков, или оборудование подавления переходных скачков напряжения, способное защищать от скачков или всплесков в 3-фазном AC, предпочтительно, низковольтном AC, более предпочтительно, сверхнизком напряжении AC, подаваемом от трансформатора в систему можно использовать. Очевидно, что выбор любого конкретного оборудования защиты от скачков будет зависеть от конкретного уровня мощности 3-фазного AC, подаваемого на любую конкретную систему в соответствии с настоящим изобретением.
Таким образом, настоящее изобретение предусматривает новую осветительную систему, пригодную для коммерческого/промышленного или домашнего использования в соответствии с любым из определенных здесь аспектов, причем система дополнительно содержит средство для защиты конфигураций освещения в системе от скачков электрической мощности.
Сторожеваязащита от скачковнанизковольтной сторонетрансформатора
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает дополнительное средство для защиты конфигураций управляемого питания и освещения в системах, имеющих шины, от электрических скачков. Помимо оборудования защиты от скачков для трансформатора на высоковольтной стороне трансформатора т.е. входной стороне, как подробно описано выше, система дополнительно содержит определенную здесь сторожевую технологию, на низковольтной стороне трансформатора т.е. выходной стороне, которая сравнивает фактическую мощность, используемую на каждой шине, с предсказанной программным обеспечением. Отклонения от заранее заданных уровней могут поступать в систему управления для показа в качестве предупредительного сигнала, и любые заранее заданные большие отклонения можно конфигурировать для направления мощности на конкретную шину, или группу шин, которые не согласуются с заранее заданным распределением уровней мощности для защиты полной системы.
Определенная здесь сторожевая технология означает оборудование, которое совместимо с системой управления, эксплуатируемой для любой конкретной системой и способно контролировать и распределять уровни энергопотребление в одной или более точек в устройстве распределения мощности (шинах/проводке) настоящих систем в реальном времени. Можно использовать любое пригодное контрольное оборудование, например, ваттметр.
В качестве дополнительного признака, пригодные традиционные плавкие предохранители также могут быть установлены для обеспечения дополнительной меры безопасности, если уровни мощности распределяются на любую конкретную шину, или группу шин в системе превышают заранее определенный уровень. В целях исключения неоднозначного толкования такой заранее определенный уровень может изменяться в зависимости от характера конкретной системы, и соответствующей мощности переключения/частоты прерываний конкретного плавкого предохранителя, выбранного для использования.
Таким образом, настоящее изобретение предусматривает новую осветительную систему, пригодную для коммерческого/промышленного или домашнего использования в соответствии с любым из определенных здесь аспектов, причем система дополнительно содержит обеспечивает средство для защиты конфигураций освещения в системах от скачков электрической мощности, причем упомянутое средство содержит объединенное использование оборудования защиты от скачков, оборудования сторожевого таймера и, опционально, одного или более плавких предохранителей.
Функции питания и управления для LED и не-LED
Как подробно описано выше, заявитель установил, что проводящие трубчатые или, по существу, трубчатые шины, и, в частности, трубчатые, или по существу, трубчатые алюминиевые шины и 3-фазный AC, в частности, низковольтный 3-фазный AC, и, в частности, сверхнизковольтный 3-фазный AC, может преимущественно использоваться для обеспечения питания сложных систем питания и освещения, содержащих одно или более осветительных устройств, в частности, светодиодные источники света, по отдельности или группами, в одной или более осветительных матрицах опционально совместно с одним или более неосветительными/несветодиодными устройствами, в коммерческих/промышленных и/или домашних применениях, где технология 'линия питания', обеспеченная посредством шин, обеспечивает систему управления для осветительных устройств и необязательных неосветительных устройств в системе, и при этом система управления осуществляет связь с каждым отдельным осветительным устройством, или неосветительным/несветодиодным устройством (когда присутствуют), или их группами, или матрицей(ами) источников света путем использования одной или более микросхем регистрации для идентификации.
В частности, по существу, трубчатые алюминиевые шины и низковольтный или сверхнизковольтный 3-фазный AC используется для обеспечения питания систем, содержащих один или более светодиодных источников света и, опционально, одно или более несветодиодных устройств в коммерческих/промышленных применениях, где технология 'линия питания', обеспеченная посредством шин, обеспечивает систему управления для светодиодных источников света и необязательных несветодиодных устройств в системе, и при этом система управления осуществляет связь с каждым отдельным светодиодным источником света, или несветодиодным устройством (когда присутствуют), или их группами, или матрицей(ами) источников света путем использования одной или более микросхем регистрации для идентификации.
Любую матрицу LED, выполненную с возможностью связывания с 3-фазным AC через микросхему регистрации, можно использовать в системах питания и освещения здесь для коммерческих/промышленных и/или домашних применений. Здесь подробно описано средство, с помощью которого можно регистрировать такую(ие) матрицу(ы) LED.
Для неосветительных устройств, например, устройства зарядки для мобильного телефона, разъем устройства зарядки подключен к 3-фазному питанию AC которое преобразуется в DC пригодным инвертором, который может быть включен либо во ввод устройства, либо в разъем устройства зарядки. Каждое неосветительное устройство может независимо контролироваться и/или управляться с использованием беспроводной линии связи к локальному PC или через интернет дистанционно через комбинацию локального отдельного контроллера, содержащего пригодную заранее зарезервированную микросхему, которая включена либо во ввод устройства, либо в разъем устройства зарядки.
В целях исключения неоднозначного толкования, может использоваться любая коммерчески доступная беспроводная технология, которая обеспечивает возможность Wi-Fi (RTM), благодаря чему, несветодиодное устройство, например, компьютер, планшет или интеллектуальная форма и т.п. способно подключаться к интернету или подключаться в беспроводном режиме к другому несветодиодному устройству в определенной области т.е. в системе.
Как подробно описано далее, осветительные устройства, предпочтительно, светодиодные источники света, получают питание 3-фазного AC, распределяемого и подаваемого шинной сборкой, и как рассмотрено здесь. 3-фазный AC преобразуется в DC на каждом источнике света, или на каждой осветительной компоновке, или на конце каждой полоски светодиодных источников света посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и, в частности с использованием надлежащего выпрямителя. Это допускает независимый контроль и/или управление каждого светодиодного источника света, или групп светодиодных источников света, например в матрице(ах) LED.
Линия питания
Как подробно описано здесь, технология линий питания, связанная с шинной сборкой, преимущественно используется для обеспечения управления системой. Представления систем питания и освещения, включающих в себя технологию линий питания, рассмотрены и проиллюстрированы в чертежах.
Хотя вся цифровая связь опирается на хронирование, существуют многочисленные методологии для осуществления хронирования в разных методах связи. Заявитель установил, что на самой низком уровне, так называемом двоичном уровне, существует общая проблема во всех настоящих методах цифровой связи. По существу, это как узлы в сети связи могут отличать друг от друга начальную точку и конечную точку сообщения когда, в двоичной системе, данные, представляемые (видимые) системе, является постоянной строкой из 0 или 1.
В доступных в настоящее время системах связи на основе однофазных источников питания, которые используют линию питания, традиционные модемы линии питания отправляют данные (в систему и из нее) через линейный/рабочий проводник. Линейный или рабочий проводник ссылается на нейтральный проводник. Это означает, что в таких традиционных системах все узлы линии питания в сети получают питание от одних и тех же фазовых и нейтральных проводов. Эта традиционная конфигурация позволяет модемам линии питания пользоваться преимуществом частоты питания, например, 50 Гц в UK, и 60 Гц в USA. Затем каждый узел имеет простой способ синхронизации по времени без специальных проводов синхронизации. На основании этой традиционной конфигурации, волна питания пересекает нулевую точку в точности в одно время для каждого узла в сети, и осуществляется механизм хронирования.
В настоящих управляемых системах питания и освещения которые получают питание от 3-фазного источника питания AC, которое преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, где технология линий питания используется для обеспечения функциональных возможностей связи, данные в систему и из нее от модема линии питания отправляются по одному или более из линейных/рабочих проводников. Как подробно описано здесь существуют разные варианты 3-фазных источников питания, так называемые конфигурации или соединения звезды и треугольник. Когда используется соединение звездой, присутствуют рабочая и нейтральная линии, и в таких системах все узлы линии питания в сети получают питание от одних и тех же фазовых и нейтральных проводов. Это соединение звездой допускает синхронизацию по времени без специальных проводов синхронизации.
Заявитель установил, что когда используется соединение треугольником, невозможно обеспечивать желаемые функциональные возможности хронирования для обеспечения эффективной работы линии питания, поскольку 3-фазный источник питания не имеет нейтральной линией. Это означает невозможно осуществлять механизм для обеспечения необходимого ʺпересечения нулевой точкиʺ и, таким образом, обеспечивать синхронизацию по времени. Для решения этой проблемы заявитель разработал механизм хронирования, способный различать начальные точки и конечные точки сообщения (данных) в настоящих системах, получающих питание от 3-фазного источника питания AC, которое преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, где технология линий питания с использованием соединения треугольником, используется для обеспечения функциональных возможностей связи путем использования соответствующей электроники для линии питания, которая включает в себя средство для создания ʺвиртуальной нулевой точкиʺ, или средство для математического вычисления пересечения нулевой точки, или средство для изменения основных точек отсчета хронирования к другой части волны для доставки функциональных возможностей хронирования. Иллюстративные системы, использующие эту конфигурацию для обеспечения эффективных функциональных возможностей связи для системы, имеющей технологию линий питания и соединение треугольником, проиллюстрирован в чертежах.
В системах, где средство для обеспечения функциональных возможностей связи, является способом связи, осуществляемым с помощью шлюза линии питания, шлюз линии питания осуществляет связь с одним или более из светодиодных осветительных устройств, и также может осуществлять связь с одним или более неосветительных/несветодиодных устройств в системе (когда присутствуют). Средство, позволяющее устройствам в сети линий питания, доступных через интернет, обеспечивать дистанционное управление системы путем применения Wi-Fi (RTM), последовательной или Ethernet (RTM) связи, или другого рассмотренного здесь средства связи. В настоящих системах средство для передачи связи по линии питания от шлюза линии питания на одно или более энергопотребляющих устройств, включающих в себя одно или более светодиодных осветительных устройств, и одно или более неосветительных/несветодиодных устройств в системе, например, один или более светодиодных приборов, осуществляется через шинную конфигурацию. Заявитель установил, что использование 3 параллельных первичных трубчатых проводящих шин имеет особую важность в настоящих системах. Сегмент иллюстративной системы, имеющей функциональные возможности связи по линии питания, проиллюстрирован здесь на фиг. 3.
WI-FI/LI-FI
Дополнительные и/или альтернативные признаки системы управления, например, использование беспроводной линии связи с локальным PC или через интернет дистанционно подробно описаны далее.
Согласно еще одному аспекту, каждое осветительное устройство, предпочтительно, каждый светодиодный источник света, или несветодиодное устройство, когда присутствуют, здесь включающий в себя отдельные полоски LED, группы LED в матрице, одну или более матриц LED, отдельное неосветительное устройство, или группа неосветительных устройств может по отдельности управляться окончательно через интернет, причем все данные, собранные через облако.
Такое управление обеспечивается локальным PC, связанный с центральным микроконтроллером, который выполнен с возможностью беспроводной связи. Например, для светодиодной осветительной системы, каждая полоска LED, или более обычно, каждая группа полосок LED, или один LED в группе связанных LED, принимает беспроводной сигнал и распределяет команду на каждый отдельный LED в полоске или группе полосок LED, или каждый LED в группе связанных LED, через несколько низковольтных или сверхнизковольтных проводов управления, согласно потребностям конкретной системы, которые связывают полоски друг с другом. Одни и те же провода управления и беспроводные сигналы являются двунаправленными и способны отправлять команды и собирать данные от локальных датчиков и другого контрольного оборудования.
Дополнительные преимущества управляемых, недорогих, высокоэффективных систем питания и освещения настоящего изобретения, содержащих осветительные устройства и неосветительные устройства, в частности, светодиодные источники света и несветодиодные устройства, являются способностью встраивать в такие системы уникальную идентификационную информацию и способность деактивировать установку и дополнительно повышать эффективность выполнения путем использования комбинации Wi-Fi (RTM) и технологии линий питания.
Для LED, в частности, такие локальные контроллеры способны изменять напряжение и ток от нуля до обычно 200% LED спецификация конструкции, где 100% являются оптимальными или 'зоной наилучшего восприятия', где отношение излучаемой мощности к электрической мощности максимально. Всплеск тока над 'зоной наилучшего восприятия' может быть полезным, где 'внепиковые' затраты мощности доступны. Микроконтроллеры также могут работать в импульсном режиме для управления интенсивностью света и фотопериодом посредством широтно-импульсной модуляции (PWM). Они также могут одновременно изменять напряжение, ток и импульс.
Как рассмотрено выше, в отношении LED, для обеспечения преимущественного управления осветительной системой каждый LED, группа или полоска LED согласуется с микросхемой регистрации, которую можно идентифицировать и управлять по отдельности. После установки каждого LED, группы или полоски LED калибруется в диапазоне входных токов и ширин импульсов 'включения-отключения' с использованием особого спектрометра или спектрорадиометра, таким образом, позволяя системе управления доставлять и записывать длины волны, интенсивности и фотопериоды, доставляемые каждой полоской. Это позволяет производителям выбирать партии LED, подлежащие коррекции для компенсации производственных отклонений LED. Это также позволяет покупать гораздо больше партий LED, таким образом, снижая стоимость. С течением времени LED ухудшаются и требуют больше электрической мощности для одной и той же излучательной выходной мощности. Благодаря периодическому перевычислению, эти отклонения становятся известными и допускают регулировку. Дополнительно, путем сбора данных входной мощности с течением времени (лет) ухудшение можно предсказывать и замену полоски можно оптимизировать. Калибровка также позволяет идентифицировать отказы и совершать раннюю замену. Процесс калибровки также позволяет автоматизировать очистку LED с сопутствующими преимуществами для эффективности системы, а также добавочной экономией затарт для физической очистки.
Калибровка LED может осуществляться на производстве, после установки в систему, или по мере необходимости в течение срока службы LED, например, после закрепления светодиодного источника света или компоновки светодиодных источников света в матрицу. Для оптимальной эффективности управления LED для использования в настоящей системе следует калибровать до его регистрации. Любой пригодный процесс калибровки может использоваться для калибровки LED для использования в настоящих системах до их регистрации и применения. В иллюстративном процессе калибровки LED, пригодном для использования здесь осуществляются следующие этапы:
1. каждый LED, или если все LED в группе LED в матрице идентичны, то один LED из каждой группы по партии, будет вручную подключаться к источнику AC низкого или сверхнизкого напряжения через надлежащую шину или провод и вставляться в 'светозащитный кожух';
2. заранее заданная комбинация токов и последовательностей PWM будут проходить, и результирующие данные будут регистрироваться как связанные со всеми LED, используемыми в системе из этой партии. При наличии более сложных систем, содержащих разные группы LED и/или LED из разных партий, этапы 1 и 2 будут повторяться в отношении каждого LED из разных источников;
3. соответствующий результирующий набор данных будет выделяться микросхеме регистрации для каждой группы LED в матрице, которая содержит LED из зарегистрированного номера партии; и
4. после того, как система запускается и работает с калиброванными, зарегистрированными LED, в будущем, когда используются любая из этих комбинаций, данные будут известны и могут отображаться для площадей в здании/матрице под каждым LED или группой LED.
Как подробно описано выше светодиодные источники света для использования здесь в идеале, калибруются и регистрируются до использования матрицы. Каждый LED имеет 'микросхему последовательной идентификации' для обеспечения последовательной регистрации и это означает, что информация калибровки LED будет сохраняться в соответствии с этим уникальным номером.
Любое светодиодное осветительное устройство в настоящих системах питания и освещения, например LED, светильник или светодиодный прибор, может получать команду для осуществления конкретного события освещения в настоящих управляемых системах питания и освещения. Команды освещения поступают на физическое светодиодное устройство через микросхему регистрации LED. Микросхемы регистрации LED подробно описаны выше. Очевидно, что, в управляемой системе питания и освещения освещение, содержащее одно или более светодиодных осветительных устройств, например светильники или светодиодные приборы, команды освещения могут распределяться на микросхемы регистрации для отдельных светодиодных осветительных устройств, светильников или светодиодных приборов, или на микросхемы регистрации для групп соединенных между собой светодиодных осветительных устройств, светильники или светодиодные приборы, при желании, через пригодную шинную конфигурацию, в частности, проводящую трубчатую или, по существу, трубчатую шинную конфигурацию, и, в частности, конфигурацию 3 параллельных линейных или рабочих проводящих трубчатых или, по существу, трубчатых шин, которая распределяет мощность на осветительную систему, а также любые несветодиодные/неосветительные устройства, когда присутствуют, и также содержит сигналы данных для устройств в системе.
Управление данными/безопасность
Как рассмотрено выше, согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает управляемую систему питания и освещения для осветительных устройств и неосветительных устройств, в частности, светодиодных осветительных устройств, и несветодиодных/неосветительных устройств, когда присутствуют, в определенной здесь системе, где система управления освещением включает в себя средство для регистрации данных для измерения излучаемой мощности и при этом неосветительная система управления включает в себя средство для регистрации данных для измерения энергопотребления.
Как также рассмотрено выше, хотя суммарное количество источников света, в частности для светодиодных осветительных устройств в системе, и их конфигурация в ней будет зависеть от потребностей конкретного коммерческого/промышленного и/или домашнего применения, преимущественно, комбинация настоящей системы и технологии линий питания обеспечивает в первый раз способность управления и отдельное управление источниками света, в частности, LED в системах, имеющих 100000 или более отдельных источников света или LED.
Конкретное преимущество настоящей управляемой системы питания и освещения для светодиодных осветительных устройств и несветодиодных устройств в коммерческих/промышленных и/или домашних применениях, имеющих до 100000 или более отдельных LED и содержащих 3-фазный AC, в частности, низковольтную мощность AC, и, в частности сверхнизковольтную мощность AC, распределяемую через шины совместно с автоматизированным управлением упомянутыми устройствами посредством технологии линий питания в соответствии с любыми из подробно описанных здесь аспектов является обеспечение беспрецедентных уровней безопасности.
Для светодиодной осветительной системы для использования в управляемой системе питания и освещения настоящего изобретения, преимущественно система управления освещением включает в себя средство для регистрации данных для измерения излучаемой мощности матрицы LED в целом, или отдельных LED, или групп LED в матрице без непрерывной спектрорадиометрии.
Таким образом, путем связывания системы управления матрицей LED с датчиками движения и датчиками света, полная система управления, обеспечивающая в реальном времени или периодические наборы данных, которые позволяют достигать прогрессивной/текущей оптимизации и/или поддержания заранее заданных уровней выхода в системе.
Таким образом согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает управляемую систему питания и освещения для обеспечения эффективных уровней освещенности коммерческой/промышленной или домашней системе через матрицу LED как определено здесь ранее и при этом это признак того, что упомянутая система управления не нуждается в текущих измерениях длин волны, интенсивностей или фотопериодов LED.
Согласно еще одному аспекту упомянутая система управления может быть связана с измерителем естественного света для обеспечения средств управления для регулировки LED, когда уровни освещенности изменяются в коммерческой/промышленной или домашней среде.
Согласно предпочтительному аспекту системы питания и освещения имеют возможность обеспечения питания LED при уровнях напряжения, безопасных для операторов/обслуживающего персонала. Это достигается за счет подключения осветительной системы к сверхнизковольтному источнику питания AC. Сверхнизкое напряжение по определению является напряжением AC, меньшим или равным 50 В AC (<= 50 В AC), в частности 12-50 В AC, и обычно 24-36 В AC который поступает в систему через шины. Дополнительное преимущество безопасности, обеспеченное настоящей управляемой системой питания и освещения при использовании на низких уровнях напряжения AC, в отличие от доступных в настоящее время, состоит в том, что однажды установленные операторы, отвечающие за повседневное обслуживание здания, могут безопасно устанавливать и поддерживать все осветительные устройства, и, в частности, LED, поскольку они работают на сверхнизковольтный, 3-фазный AC. Это приводит к снижениями затрат на коммерческую/промышленную эксплуатацию. Например, полная эффективность осветительной системы, и матрицы LED, можно управлять для поддержания рабочих напряжений, которые оптимизируют выпрямление.
Таким образом согласно еще одному аспекту здесь предусмотрена система управления для использования в системе питания и освещения, содержащей одну или более матриц LED и одно или более несветодиодных устройств, определенных здесь, причем система управления включает в себя средство для регистрации данных для: измерения: излучаемой мощности матрицы LED в целом, или отдельных LED, или групп LED в матрице; измерения уровней освещенности в здании, или секции или этаже здания, в котором система питания и освещения используется через датчики света; измерение уровней мощности на один или более LED, групп LED в матрице, и/или отдельных или групп несветодиодных устройств в системе питания и освещения и при этом упомянутая система управления обеспечивает средство для управления рабочими напряжениями для поддержания эффективности 90% или выше.
Например, для осуществленияуправляемой системы питания и освещения в соответствии с настоящим изобретением в любом данном применении входной 3-фазный источник питания AC, требуются средство понижения напряжения, и средство для распределения мощности на одно или более потребляющих устройств и, в частности, одно или более светодиодных осветительных устройств, где происходит 3-фазное выпрямление AC/DC. Очевидно, что средство трансформации мощности и выпрямления может быть любым из рассмотренных здесь, и их можно легко применять для обеспечения питания разнообразных светодиодных осветительных устройств, а также неосветительных устройств, как определено выше. Мощность может распределяться на одно или более энергопотребляющих устройств, и, в частности на одно или более светодиодных осветительных устройств через проводящие шины, как явствует из вышеприведенного описания, альтернативное проводящее средство также можно использовать для распределения мощности в системах согласно настоящему изобретению. В таких системах, 3-фазный источник питания обеспечивает входную мощность на устройство понижения напряжения для преобразования входного напряжения в более низкое, источник питания пониженного напряжение, и эта низковольтная мощность распределяется на одно или более энергопотребляющих устройств, по меньшей мере, одно из которых является светодиодным осветительным устройством, например, светодиодным прибором, и, в частности, через проводящую шинную конфигурацию. Распределение этой низковольтной мощности на средство для обеспечения функциональных возможностей связи, например шлюз или модем линии питания, в частности обеспечивается главной шинной конфигурацией, имеющей 3 параллельные линейные и, опционально, одну нейтральную трубчатые шины. После этого мощность можно обеспечить через вторичную ветвь распределения шинной конфигурации, содержащей 3 параллельные трубчатые шины, и, опционально, одну нейтральную шину на одно или более светодиодных осветительных устройств, например, один или более светодиодных приборов. В таких системах шинная конфигурация обеспечивает один или более из линейных/рабочих проводников для обеспечения данных, подлежащих отправке в систему и из нее от модема линии питания.
Сегмент иллюстративной системы, который является вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрирован на фиг. 1.
Один шлюз
Как рассмотрено выше, настоящее изобретение дополнительно предусматривает средство для независимого управления каждого отдельного устройства в системе питания или освещения, причем упомянутое отдельное устройство является осветительным устройством, светодиодное устройство или несветодиодное устройство, а также средство для избирательного управления группой осветительных устройств, LED или группами несветодиодных устройств, или матрицами LED в системе питания и освещения. Очевидно, что такие осветительные системы, содержащие один или более LED могут содержать LED разных длин волны. Это достигается линиями управления низкого напряжения или сверхнизкого напряжения, технологией линий питания или беспроводной технологией, или комбинацией линии питания и беспроводной технологии под управлением центрального микроконтроллера.
Этот микроконтроллер также действует как общий шлюз для связи традиционных персональных компьютеров (PC). Эти данные могут предназначаться для изменения интенсивности или излучаемой мощности на каждой длины волны и фотопериода любого из, или любой комбинации LED в управляемой системе питания и освещения либо путем изменения тока, либо путем включения широтно-импульсной модуляции (PWM).
Способ связи между этим общим шлюзом (микроконтроллером) и PC может осуществляться проводным средством последовательный или Ethernet и т.д., или беспроводным, через Wi-Fi (RTM), snap, Zigbee (RTM), Xbee (RTM) или другими беспроводными протоколами.
В частности, использование комбинации технологии линий питания с центральным микроконтроллером для обеспечения центрального шлюза в системе управления для управляемых систем питания и освещения здесь особенно преимущественно с точки зрения защиты данных, в частности, по сравнению с доступными в настоящее время беспроводными системами.
Использование настоящей системы каналов на основе линии питания и центрального микрокомпьютера все данные от тысяч или десятков тысяч LED и/или несветодиодных устройств в настоящих управляемых системах питания и освещения через единый, общий шлюз, что значительно безопаснее, чем использование нескольких тысяч или десятков тысяч отдельных беспроводных линий связи, которые были бы необходимы с использованием доступной в настоящее время беспроводной технологии.
Помимо этого полезного аспекта защиты данных, использование двойной системы, объединяющей единый микропроцессор как общий шлюз и технологию линий питания шинной сборки обеспечивает систему, которую легче поддерживать и обновлять, чем имеющую потенциально тысячи разных каналов Wi-Fi (RTM). Иллюстрация и детали, связанные с применением шлюзовой технологии, обеспечены в чертежах.
В некоторых несветодиодных устройствах требуется возможность осуществления мобильной связи в системе, например портативных устройствах, имеющих интеллектуальную технологию, мобильных телефонах, портативных компьютерах, планшетах и пр. Специальные функциональные возможности управления для таких несветодиодных устройств, которые требуют возможности осуществления мобильной связи, могут обеспечиваться путем использования локального генератора Wi-Fi (RTM) для обеспечения возможности осуществления беспроводной связи с/передачи данных на/от мобильного(ых) устройства() для подключения к устройству с использованием радиочастотных беспроводных сигналов, где генератор Wi-Fi (RTM) получает питание посредством технологии линий питания, или, альтернативно, путем использования Li-Fi от указанных LED для обеспечения возможности осуществления беспроводной связи с/передачи данных на/от мобильного(ых) устройства с использованием беспроводной оптической сетевой технологии связи с использованием средства связи посредством видимого света (VLC), где указанные LED получают питание посредством технологии линий питания.
Соответственно, здесь предусмотрена управляемая система питания и освещения, имеющая средство для независимого управления каждым отдельным энергопотребляющим устройством в системе питания или освещения, причем упомянутое отдельное устройство является светодиодным устройством или несветодиодным устройством, а также средство для избирательного управления группой LED, или группами несветодиодных устройств, или матрицами LED в системе питания и освещения путем использования низковольтного и, в частности, сверхнизковольтного, 3-фазного AC, распределяемый через шины, как определено в соответствии с любым из вышеописанных аспектов, и автоматизированную систему управления, содержащую технологию линий питания и беспроводную технологию, под управлением центрального микроконтроллера.
Согласно еще одному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, имеющая средство для независимого управления каждым отдельным энергопотребляющим устройством в системе питания или освещения, причем упомянутое отдельное устройство является светодиодным устройством или несветодиодным устройством, а также средство для избирательного управления группой LED, или группами несветодиодных устройств, или матрицами LED в системе питания и освещения путем использования низковольтного и, в частности, сверхнизковольтного, 3-фазного AC, распределяемый через шины, как определено в соответствии с любым из вышеописанных аспектов, и автоматизированную систему управления, содержащую технологию линий питания и беспроводную технологию, под управлением центрального микроконтроллера и при этом упомянутая беспроводная технология независимо выбирается из: Wi-Fi (RTM); Li-Fi; комбинации Wi-Fi (RTM) и Li-Fi.
Для улучшенной защиты данных в управляемых системах питания и освещения здесь, которые требуют возможности осуществления беспроводной связи с несветодиодными устройствами, которые требуют функциональных возможностей мобильной сетевой связи, предусмотрена система, как определенная выше система, имеющая средство для независимого управления каждого отдельного устройства в системе питания или освещения, причем упомянутое отдельное устройство является светодиодным устройством или несветодиодным устройством, а также средство для избирательного управления группой LED, или группами несветодиодных устройств, или матрицами LED в системе питания и освещения путем использования низковольтного и, в частности, сверхнизковольтного, 3-фазного AC, распределяемый через шины, как определено в соответствии с любым из вышеописанных аспектов, и автоматизированную систему управления, содержащую технологию линий питания и беспроводную технологию, под управлением центрального микроконтроллера и при этом упомянутая беспроводная технология содержит средство для обеспечения беспроводного соединения Li-Fi от системы к одному или более несветодиодных устройств и беспроводного соединения Wi-Fi (RTM) от одного или более несветодиодных устройств к системе.
Система управления для несветодиодных мобильных устройств для которых система управления включает в себя возможность осуществления связи Wi-Fi (RTM) и Li-Fi, а также светодиодного освещения, управляемо через линия питания, проиллюстрирована и рассмотрена в чертежах.
В целях исключения неоднозначного толкования, это необходимо для функцийпередачи данных и управления. При наличии связи между устройством и системой, это служит для передачи функций управления и/или данных, и при наличии связи между системой и устройством, служит для передачи функций управления и/или данных. В одном варианте осуществления используется система Wi-Fi (RTM)/Li-Fi, где передача осуществляется одним способом для устройства и другим способом для системы.
Способность управления интенсивностью и фотопериодом каждой длины волны для каждого отдельного LED, групп LED, для каждой полоски LED или группы полосок, или одной или более указанных матриц LED в полной матрице допускает контуры обратной связи для изменения LED согласно условиям внешнего освещения в заранее определенной области коммерческой/промышленное или домашней системы, в которой используется настоящая управляемая система питания и освещения. Такой заранее определенной областью может быть все здание, одна или более комнат или этажей, или секций, или площадей или пространств в здании например, коридоров, и лестничных колодцев в здании, групп комнат или пространств, или один или более этажей, или любой другой конфигурацией LED по желанию. Это позволяет оптимально использовать мощность освещения путем оптимизации генерации фотонов LED.
Процесс оптимизации можно использовать когда система уже установлена и здание находится в эксплуатации, такой эволюционный процесс оптимизации удовлетворяет потребности в освещении в указанный период (минут, часов, дней, недель, месяцев) с использованием датчики света и/или движения причем результирующие данные собираются через систему управления. Обработка этих данных обеспечит основные заранее заданное уровни освещения в указанный период, которые затем можно контролировать и управлять для доставки текущего эффективного уровня освещенности путем связывания системы управления с оборудованием формирования изображения и регистрации света, допускающим контуры обратной связи для управления освещением в реальном времени.
LED
LED означает светодиод и любой пригодный LED может использоваться в осветительных матрицах для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения. Обычно LED для использования в любом конкретном применении, включающем в себя коммерческие, промышленные домашние системы или смешанные системы, определенные здесь, выбираются по их способности обеспечения света в желаемом диапазоне длины волны, или на конкретной длине волны для конкретной секции системы.
В управляемых системах питания и освещения здесь светодиодные источники света могут быть разнесены согласно предпочтениям пользователя и уровням света, необходимым в любой конкретной среде.
Любое коммерчески доступное светодиодное освещение, которое может быть выполнено с возможностью включения определенной здесь микросхемы локальной регистрации, может использоваться в настоящих управляемых системах питания и освещения. В целях исключения неоднозначного толкования, хотя настоящие управляемые системы питания и освещения, в основном относятся к обеспечению белого/широкоспектрального светодиодного освещения, причем светодиодное освещение обеспечивает заказной окрашенный свет LED либо на всех, либо некоторых сегментах или секциях системы, например, IR или UV, также может доставляться через настоящие системы путем использования конкретных LED.
Выбор конкретных LED для использования в настоящих системах будет зависеть от конкретных потребностей применения. Очевидно, что, в более сложных применениях разные конфигурации светодиодного освещения могут использоваться в разных секциях, комнатах, этажах, или иначе определенных сегментах здания или помещения, подлежащего освещения в соответствии с конкретными требованиями упомянутых секций, комнат, этажей и пр. Количество LED, которые могут быть включены в конфигурации освещения, например, матрица(ы) LED для управления с использованием настоящей системы питания и освещения ограничивается только относительной шкалой конкретного применения, в которой система подлежит применению.
Преимущественно, настоящая управляемая система питания и освещения обеспечивает светодиодное освещение, и, в частности матрицы LED, которые могут проектироваться для каждой области, для каждой комнаты, для каждой секции или для каждого этажа согласно потребностям конкретной среды в питании и освещении.
Использование настоящей управляемой системы питания и освещения допускает в первый раз потенциал для беспрецедентных количеств LED в одной или более матриц LED, для использования в крупномасштабных коммерческих/промышленных системах, содержащих миллионы LED. Преимущественно, настоящая система обеспечивает средство, с помощью которого светодиодным освещением и, в частности матрицами LED, можно управлять по отдельности, в группах, или всеми вместе практическим образом. Как подробно описано здесь, степень управления, обеспеченная с использованием настоящей системы, обеспечивает беспрецедентные уровни гибкости.
В целях исключения неоднозначного толкования, и согласно конкретному аспекту, каждый светодиодный источник света, или полоска, или каждая компоновка светодиодных источников света для использования в настоящих системах питания и освещения, содержит средство для локального преобразования и окончательной коррекции напряжения. Обычно это локальное средство для преобразования и коррекции содержит локальное средство, как определено выше, например, пригодное средство выпрямления для локального преобразования низковольтного, или сверхнизковольтного, 3-фазного AC в DC в LED.
Согласно особенно полезной конфигурации LED для использования здесь каждой полоски LED, или компоновка светодиодных источников света является полным блоком, содержащим LED, полоска или микросхема регистрации LED, локальный выпрямитель и, опционально, микросхему связи по линии питания.
В целях исключения неоднозначного толкования используемые здесь микросхемы линии питания, либо в вышеупомянутой особенно полезная конфигурация LED, либо используемые в системе управления для любых других светодиодных осветительных устройств здесь, выполнены с возможностью интерпретации инструкций, также известных здесь как данные или информация, для микросхем LED в осветительной системе. Микросхемы линии питания берут инструкции реального мира для осветительной системы т.е. 'включить', 'приглушить', 'мигать в течение указанного периода времени, X' и преобразует эти инструкции в простую команду для отправки на микросхемы LED. Микросхемы LED и микросхемы линии питания действуют совместно друг с другом для обеспечения адаптированного управления осветительной системой.
Как подробно описано выше, настоящие системы обеспечивают мощность и управление на одно или более энергопотребляющих устройств, причем, по меньшей мере, одно устройство является светодиодным осветительным устройством, очевидно, что, когда дополнительные неосветительные/несветодиодные устройства присутствуют, они также могут быть согласованы с микросхемами регистрации, характерными для устройства, также для облегчения управления инструкциями для этих устройств.
Обычно, LED для использования в любом конкретном аспекте управляемой системы питания и освещения, как подробно описано здесь, выбираются по их способности обеспечения света в желаемом диапазоне длины волны в конкретном коммерческом/промышленном и/или домашнем применение, где они должны использоваться, или на конкретной длине волны для обеспечения конкретного цвет в его секции.
Иллюстративные окрашенные и широкоспектральные LED для использования здесь независимо выбираются из LED, способных обеспечивать длины волны в пределах: от около 400 нм до около 700 нм; около 460 нм до около 640 нм; около 460 нм; около 560 нм; около 640 нм, где такие длины волны обеспечены отдельными LED, одним или более LED, размещенными в группе или полоске, или всеми LED в матрице.
Кроме того настоящая система может включать в себя один или более UV или IR LED, в качестве отдельных источников света, или в группах, или в качестве всей осветительной системы, в зависимости от применения, в котором такие IR или UV LED имеют длины волны менее около 400 нм или более около 760 нм соответственно, для обеспечения особых требований к освещению либо в конкретных сегментах либо в системе питания и освещения для коммерческого/промышленного и/или домашнего применения.
Таким образом, помимо LED, пригодных для обеспечения белого/широкоспектрального светодиодного освещения, матрица LED может включать в себя один или более инфракрасных светодиодов (IR-LED) совместно с белыми и/или широкоспектральными LED, или могут целиком содержать IR-LED. IR LED испускают свет более длинных волн, чем видимый свет, обычно на длинах волны, аналогичных используемым в блоках дистанционного управления. Таким образом, хотя не видимы невооруженным глазом, многие цифровые устройства могут обнаруживать IR LED, и, таким образом, IR LED имеют применения в системах, требующих активации датчиков света или удаленного запуска. IRED обычно имеют длины волны порядка от 770 нм до 950 нм и известны для использования в системах регистрации. IRED с длинами волны 770 нм, 870 нм, 880 нм, 940 нм, и/или 950 нм известны для использования, совместно с регистрацией неосветительных устройств, для различных применений, включающих в себя обнаружение дыма, и в ʺоптопереключенииʺ.
В целях исключения неоднозначного толкования, настоящие системы питания и освещения могут содержать смесь разных компоновок светодиодных источников света, также известных как светодиодные приборы или светодиодные осветительные устройства здесь, и/или смесь окрашенных, широкоспектральных, UV или IR LED, имеющих разные длины волны.
Термин 'около' означает, что любой LED или группы LED, которые обеспечивают длины волны, по существу, определенные здесь, являются LED, пригодными для использования здесь.
Таким образом, настоящее изобретение предусматривает новую систему питания и освещения, включающую в себя: компоновки светодиодных источников света, полосковые светодиодные осветительные приборы/ полосковые светодиодные источники света; полоски, содержащие светодиодные источники света; точечные светодиодные источники света, светодиодные прожекторы и их смеси.
Управление осветительной системой
Как подробно описано здесь, система включает в себя локальное средство для управления светодиодными осветительными устройствами, в частности, LED и несветодиодными устройствами (когда присутствуют) в системе питания и освещения путем использования пригодных микросхем регистрации и локальных инверторов которые могут иметь форму микросхемы. В целях исключения неоднозначного толкования автоматическая коррекция падения напряжения на LED или регистрируемой группе или полоске LED в системе управляется локальными инверторами на каждом LED, или группе или полоске LED, и микросхема(ы) регистрации позволяют идентифицировать и индивидуальное и/или групповое управление светодиодными источниками света или несветодиодными устройствами в системе через пригодную систему управления.
Хотя выбор любого конкретного светодиодного освещения будет зависеть от требований конкретного коммерческого/промышленного и/или домашнего применения подлежащий освещению, средство, с помощью которого оно может быть выполнено с возможностью работать с настоящей системой следующим образом:
1. Для обеспечения преимущественного управления системой каждого светодиодного источника света или группы или светодиодных источников света, или полоски светодиодных источников света, или полоски, содержащей светодиодные источники света, согласуется с микросхемой регистрации, которую можно идентифицировать и управлять по отдельности. Средство, с помощью которого такие микросхемы могут крепиться к любой конкретной полоске, подробно описаны выше и могут применяться для аффиксации микросхемы к отдельным светодиодным источникам света, или группам светодиодных источников света;
2. После установки каждый светодиодный источник света, или группе или полоске LED, калибруется в диапазоне входных токов и ширин импульсов 'включения-отключения' с использованием особого спектрометра или спектрорадиометра, таким образом, позволяя системе управления доставлять и записывать длины волны, интенсивности и фотопериоды, доставляемые каждым светодиодным источником света, группой светодиодных источников света, полоской светодиодных источников света, или полоской, содержащей светодиодные источники света. Выше подробно описано средство, с помощью которого может осуществляться такая калибровка.
Настоящая система управления для определенной(ых) здесь матрицы LED, использует интеллектуальное программное обеспечение для управления данными, захватываемые и ретранслируемые в систему управления из различных источников, микросхемы регистрации освещения, средство управления выпрямителем, микросхема связи по линии питания, беспроводная технология, локальные PC, или другое средство захвата данных, для обеспечения адаптированных контроля и управления полной системы выращивания в ответ на такой захват данных в реальном времени.
Согласно одному аспекту определенные здесь управляемые системы питания и освещения, в которых светодиодное освещение, включающее в себя одну или более полосок LED, или группы полосок LED, или группы LED, или отдельные компоновки светодиодных источников света /LED, согласуются с полоской регистрации, локальным выпрямителем и, опционально, микросхемой связи по линии питания.
Согласно альтернативному аспекту определенные здесь системы питания и освещения, в которых полоски LED, или группы полосок LED, или группы LED, или отдельные компоновки светодиодных источников света /LED согласуются с полоской регистрации, и локальный выпрямитель и при этом микросхема регистрации обеспечивает средство для связи с локальной/ретрансляционной беспроводной технологией.
Согласно еще одному аспекту предусмотрена система как определено выше, в которой каждое энергопотребляющее устройство, т.е. каждое отдельное светодиодное осветительное устройство, и/или несветодиодное устройство, когда присутствуют, или группа светодиодных осветительных устройств и/или несветодиодные устройства, когда присутствуют, или матрица светодиодных осветительных устройств и/или несветодиодные устройства, когда присутствуют, по отдельности или выборочно регистрируется, причем система может контролироваться и управляться в беспроводном режиме и дистанционно, где отдельный LED в светодиодном(ых) осветительном(ых) устройстве(ах), или LED в полосках компоновок светодиодных источников света согласуются с микросхемой регистрации, и локальный выпрямитель и микросхема связи по линии питания или микросхема регистрации обеспечивает средство для связи с локальной/ретрансляционной беспроводной технологией и при этом светодиодные осветительные устройства и/или несветодиодные устройства, когда присутствуют, таким образом, пригодны для управления через интернет.
Таким образом, настоящее изобретение дополнительно предусматривает способ адаптации коммерчески доступного светодиодного освещения для использования в новой системе питания и освещения и управления им как определено здесь.
/
Использованиев применениях, связанных с выращиваниемблизостью к живым организмам
Использование управляемых систем питания и освещения для светодиодного освещения в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, для использования в системах выращивания обеспечивает беспрецедентные эффективности в затратах на выполнение, в отличие от современных 24/7 контролируемых систем, а также менее капиталоемкие для установки, обычно примерно на 30% более дешевые. Настоящая управляемая система питания и освещения обеспечивает в первый раз надежную, эффективную, управляемую и чувствительную осветительную систему, использующую 3-фазную мощность AC, в частности, низковольтную мощность AC, и, в частности, сверхнизковольтную мощность AC, для использования в таких применениях, в частности, системах выращивания и, в частности, светодиодной осветительной системе управляемой мощности и содержащей матрицу LED для использования в непосредственной близости к живым организмам, материалам выращивания, людям или животным.
Настоящее изобретение также относится к разнесению светодиодных источников света в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, к применению в коммерческих или домашних системах выращивания для достижения оптимальной однородности в непосредственной, пригодной, близости к материалу выращивания, например, растениям.
Настоящая управляемая система питания и освещения обеспечивает очень низкий уровень искаженного света (нежелательного искажения в связи с электрическими гармониками или другими) в непосредственной близости к растениям, материалам выращивания, животным и/или людям.
Изобретение также относится к безопасной регулировке расстояния между материалом выращивания и конфигурацией освещения, в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, для использования в коммерческих или домашних системах выращивания, например между растениями и светодиодными источниками света.
2
2
Изобретение также относится к способу, который позволяет светодиодное освещение в настоящих системах питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, в коммерческой или домашней системе выращивания, подлежащей управлению по отдельности для длины волны, интенсивности и фотопериода по большим площадям поверхности от 1 м до свыше 10000 м в среде выращивания, обеспечивающей вспомогательный свет или только свет в камерах выращивания или многослойного выращивания.
Изобретение также относится к обеспечению автоматизированного управления, цифрового сбора и предоставления отчета, а также для контроля и управления длиной волны, излучательной интенсивностью, фотопериодом и другими параметрами выращивания в реальном времени и использования контуров обратной связи и эволюционных алгоритмов, связанных с параметрами выращивания и другими условиями в применениях настоящей системы питания и освещения, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, для использования в системах выращивания.
Исторически в коммерческих/промышленных теплицах, растения выращивались в различных формах освещения, например, натриевых лампах HID. Они располагаются высоко над растениями, обычно примерно в 2-4 метрах (м) над растениями, для равномерного распределения света и избежания повреждения от больших количеств тепла, вырабатываемого этими лампами.
Эти натриево-HID лампы обычно получают питание 240 В AC и обычно создают белый свет. Этим лампам хватает нескольких минут для достижения полной мощности, и длину волны освещение нельзя регулировать. Поэтому они подлежат использованию только в системах, имеющих длинные фотопериоды и длинные темные периоды. Внедрение технологии светодиодного (LED) освещения, и, в частности, увеличение отдачи мощности и снижение стоимости вызвало интерес к замене натриевых ламп HID светодиодными приборами. Кроме того, способность независимого управления каждой длиной волны и изменения интенсивностей и фотопериодов очень привлекательна. Существует техническая возможность использовать LED для регулировки фотопериодов от миллисекунд до часов. Производители светодиодного освещения спроектировали компактные светодиодные осветительные матрицы, использующие традиционные печатные платы (PCB), часто включающие в себя сотни мощных LED. Они отвечают требованиям IP и получают питание высоковольтным, обычно 240 В, AC.
Коммерческие системы выращивания требуют конкретного размещения полосок LED и LED на них, разнесенных конкретным образом для осуществления оптимального выращивания с эффективностью света.
Современные компактные светодиодные осветительные матрицы часто охлаждаются воздухом с помощью вентиляторов поскольку свыше 50% мощности обычно преобразуется в тепло, а не в излучаемую мощность. Помимо их высокой теплоотдачи, такие матрицы LED непригодны для использования в непосредственной близости к системам выращивания в силу способа распределения светодиодного источника света. В системах выращивания растений такие компактные матрицы LED обычно располагаются на высоте от 2 м до 4 м над выращиваемой культурой с сопутствующей потерей тепла и соответствующим влиянием на цикл выращивания растений. С целью увеличения эффективности были спроектированы меньшие, полосковые матрицы LED, которые могут располагаться гораздо ближе к выращиваемой культуре. Однако, поскольку LED в этих полосках размещены равномерно только одном направлении они все же должны располагаться, по меньшей мере, в 50 см над выращиваемой культурой для доставки необходимой однородности распределения света.
Заявитель установил, что необходимость в обеспечении управляемой системы питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, для использования в системах выращивания, и, в частности, необходимость в такой управляемой системе для подачи питания на полоски LED, которые способны однородно доставлять распределение мощности излучения которые могут располагаться ближе к материалам выращивания, чем допускают в настоящее время традиционные компактные или полосковые светодиодные осветительные матрицы. В частности, заявитель установил, что необходимо обеспечить управляемую систему питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, для использования в системах выращивания, содержащих полосковые светодиодные осветительные матрицы (полоски LED) которые доставляют однородную мощность с минимизированными путями света, которые способны удерживать тепло, сгенерированное вблизи (<50 см от) материала выращивания.
С коммерческой точки зрения, будет очевидно значительное преимущество, если такие модифицированные полоски LED для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения можно эксплуатировать в экономичном режиме. Для коммерческого применения в широком диапазоне применений, связанном с выращиванием, как определено выше, и, в частности, к применению в широком диапазоне условий роста такие полоски LED должны быть способны обеспечивать эти преимущества мощности и тепла, согласующиеся с соответствующими стандартами безопасности для использования в сухих, мокрых или влажных условиях. При условии увеличенной сложности коммерческих/промышленных систем выращивания, где диапазон разных культур может создаваться в одном месте, способность к дистанционному управлению длиной волны, интенсивностями излучения и фотопериодами таких полосок LED требуется для эффективных систем выращивания.
Многие коммерческие системы выращивания растений, например, тепличные и многотуннельные системы используют как искусственное освещение, а также естественное освещение. Для оптимальной эффективности доступного света, тень следует минимизировать, и количество естественного света, проходящего к выращиваемой культуре, следует максимизировать. Это невозможно ни с одной из доступных в настоящее время систем, поскольку, как рассмотрено выше, они должны располагаться на некотором расстоянии от выращиваемых организмов для защиты от перегрева, и это означает, что полная конструкция системы неэффективна. Коммерчески доступные светодиодные источники света получают питание постоянным током и это означает, что они обычно располагаются в непосредственной близости к инвертору AC/DC, обычно 230 В AC - 24 В DC. Как рассмотрено ранее здесь, при низковольтном DC существует значительное падение напряжения на коротких расстояниях, и это означают, что для эффективности системы в системах выращивания, в частности, инвертор AC/DC должен располагаться на расстоянии от полосок менее 5 м, и обычно около 2 м от полосок.
Когда доступные в настоящее время полоски LED располагаются в непосредственной близости к выращиваемым культурам, разнесение между каждым светодиодным источником света должно увеличиваться вдоль полосок для доставки необходимой однородности света, и соседние полоски LED должны располагаться ближе друг к другу для обеспечения необходимого тепла. Это требует использования увеличенного количества полосок LED с сопутствующим ростом затрат на установку и текущую эксплуатацию с сопутствующим увеличением опасности падения напряжения DC.
До сих пор попытки решения этой проблемы обеспечивали модифицированные системы, которые используют традиционные светодиодные источники света в традиционных полосках LED совместно с увеличенным количеством инверторов AC/DC меньшего размера, с увеличенными затратами на LED и инверторы и гораздо большими количествами высоковольтных проводов AC. Это особенно дорого стоит в коммерческих/промышленных системах выращивания, где все провода и инверторы должны отвечать требованиям IP, и также сложность таких систем означает, что меры, необходимые для управления каждая полоска, а также сгенерированные длина волны, интенсивность и фотопериод здесь становится непрактичными и даже потенциально опасными в случае любого отказа.
Таким образом, необходимо обеспечить полоски LED, пригодный для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения, которые способны однородно доставлять распределение мощности излучения, которые могут располагаться ближе к материалам выращивания, чем доступные в настоящее время традиционные компактные или полосковые светодиодные осветительные матрицы и которые преодолевают недостатки, связанные с увеличенным разнесением доступных в настоящее время светодиодный источник света/увеличенными конфигурациями полоски LED. В частности, необходимо обеспечить полосковые светодиодные осветительные матрицы (полоски LED), пригодные для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения, которые доставляют однородную мощность с минимизированными путями света безопасным и эффективным образом, которые способны удерживать тепло, сгенерированное вблизи (<50 см от) материала выращивания.
Заявитель разработал усовершенствованную матрицу LED для использования с настоящими управляемыми системами питания и освещения, которые используют 3-фазный источник питания AC, причем матрица LED пригодна для использования в непосредственной близости к организмам, способным расти, например, растениям. Любой LED, пригодный для использования в системах выращивания может использоваться в настоящих усовершенствованных матрицах LED. Иллюстративные LED для использования в системах, пригодных для выращивания растений, как определено здесь, независимо выбираются из LED, способных обеспечивать длины волны в пределах: от около 400 нм до около 750 нм; от около 460 нм до около 640 нм; от около 460 нм; от около 560 нм; от около 640 нм, где такие длины волны обеспечены отдельными LED, одной или более полосок LED, размещенных в группе, или всеми полосками LED в матрице. В частности, LED, способный обеспечивать длины волны от около 400 до около 420 нм для доставки светодиодного освещения фиолетовый #1 или фиолетовый #2, или длины волны около 455 нм для доставки синего светодиодного освещения, длины волны около 530 нм для доставки зеленого светодиодного освещения, или длины волны от около 6600 нм до около 730 нм для доставки гиперкрасного или красного освещения пригодны LED для использования в любом из применений для управляемых систем питания и освещения, использующих 3-фазную мощность AC, в частности, низковольтную 3-фазную мощность AC и, в частности, сверхнизковольтную 3-фазную мощность AC, как определено здесь.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, настоящее изобретение дополнительно предусматривает способ конфигурирования и управления светодиодным освещением в однородном и безопасном режиме в непосредственной близости к живым организмам и такая конфигурация пригодна для использования в управляемых системах питания и освещения, использующих 3-фазную мощность AC, как подробно описано выше.
Таким образом, описана усовершенствованная матрица LED для использования с настоящей управляемой системой питания и освещения для использования в системах выращивания, где упомянутая матрица LED содержит несколько отдельных алюминиевых полосок, размещенных параллельно, причем один или более отдельных светодиодных источников света могут быть разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем каждая отдельная полоска удалена на аналогичное расстояние от каждой отдельной соседней полоски и при этом полный шаблон LED, обеспеченный матрицей LED, приближается к однородной сетке и при этом полоски LED выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC, и, в частности, сверхнизковольтного 3-фазного источника питания AC.
Как подробно описано выше, использование настоящей управляемой системы питания и освещения с использованием 3-фазная мощность напряжения AC, в частности, низкого напряжения AC, в частности, сверхнизкого напряжения AC, в соответствии с настоящим изобретением устраняет необходимость в использовании высоковольтных источников питания AC. Заявитель установил, что особенно преимущественно, чтобы управляемые системы питания и освещения были выполнены с возможностью стимулирования роста живых организмов, поскольку это означает, что больше не нужно, чтобы высоковольтное питание AC располагалось вблизи среды выращивания в теплице или другой камере выращивания, и в идеале допускает удаление любого высоковольтного AC во внешнее положение.
Использование настоящих управляемых систем питания и освещения, использующих 3-фазную мощность напряжения AC, в частности, низкого напряжения AC, в частности, сверхнизкого напряжения AC, преимущественно позволяет использовать усовершенствованные, управляемые матрицы LED, как подробно описано выше, в непосредственной близости к выращиваемым организмам, например, растениям, тепличным культурам, овощам, латуку, фруктам, помидорам, огурцам, цветам, водорослям, микроорганизмам. В целях исключения неоднозначного толкования эти усовершенствованные, управляемые матрицы LED также пригодны для использования в стимулировании или управлении ростом организмов, которые способны расти в башне выращивания. как подробно описано далее, усовершенствованные, управляемые матрицы LED можно использовать в непосредственной близости к выращиваемым организмам без опасностей, относящихся к теплу и/или распределению света, связанных с современными системами, хотя решение проблем безопасности и проблем значительной стоимости, связанных с доступными в настоящее время матрицами LED.
В целях исключения неоднозначного толкования, термины матрица(ы) LED, или усовершенствованная(ые) матрица(ы) LED, или настоящая(ие) матрица(ы) LED, определенные здесь в отношении матрицы() LED, пригодных для использования в системах выращивания, означает управляемую(ые) матрица(ы) LED, где такое управление обеспечивается через управляемую систему питания и управления освещением, содержащую 3-фазную мощность AC, в частности, низковольтную 3-фазную мощность AC, в частности сверхнизковольтную 3-фазную мощность AC, связанную с устройством понижения сетевого напряжения, и, в частности, сетевым трансформатором, в котором 3-фазная мощность AC распределяется через проводящие шины и при этом система включает в себя средство для автоматического управления выходом матрицы LED, как подробно описано выше.
В целях исключения неоднозначного толкования определения терминов, используемых в отношении применений, связанных с выращиванием, далее соответствуют определениям, обеспеченным выше, если не указано обратное.
Близость и относительное положение матрицы LED кматериалам выращивания
Непосредственная близость по определению означает, что матрицы LED, пригодные для управления настоящей системой питания и освещения, могут располагаться на расстояниях: менее 50 см; от около 5 см до около 25 см; от около 5 см до около 20 см; от около 5 см до около 15 см; от около 5 см до около 10 см; от материалов выращивания в применениях, связанных с выращиванием, как определено выше, и, в частности, от выращиваемых организмов в системе выращивания.
Таким образом использование управляемой системы питания и освещения с использованием 3-фазной мощности AC как подробно описано выше совместно с управляемые матрицы LED, в частности управляемые матрицы LED, пригодные для использования в применениях, связанных с выращиванием как описано ниже, дополнительно обеспечивает гибкую систему, которая позволяет выборочно располагать матрицы LED в соответствии с предсказанными требованиями к выращиванию для выбранного материала выращивания в применениях, связанных с выращиванием, например, в соответствии с предсказанными высотами выращивания для конкретных организмов в выбранном цикле выращивания. Преимущественно, и как рассмотрено далее, настоящее изобретение предусматривает гибкую систему, которая позволяет располагать разные группы полосок LED в матрице на разных высотах друг с другом для размещения выращивания любых разных материалов/организмов/растений, или разных стадий в цикле выращивания конкретного материала/организма/растения в зависимости от требований конкретного садоводческого, сельскохозяйственного или аквакультурного применения.
Также здесь предусмотрена управляемая система питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием, причем освещение содержит одну или более матриц LED, причем каждая матрица LED содержит одну или более полосок, причем один или более отдельных светодиодных источников света разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем светодиодные полоски выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC и при этом:
(i) 3-фазная мощность AC, распределяемая на матрицу снижается внешним устройством понижения напряжения;
(ii) 3-фазная мощность AC распределяется проводящими трубчатыми шинами;
(iii) 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждую полоску, преобразуется в низковольтный DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC мощности, подаваемой на каждую подключенную нагрузку, причем каждая полоска является подключенной нагрузкой;
(iv) система включает в себя средство для автоматического управления выходом матрицы LED в целом или отдельных светодиодных источников света или групп светодиодных источников света в матрице; и
(v) опционально, одна или более матриц LED располагается на расстояниях менее 50 см от выращиваемых организмов в системе выращивания.
Согласно еще одному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием, как определено непосредственно выше, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство, снижается устройством понижения сетевого напряжения AC.
Согласно еще одному аспекту, в вышеописанной управляемой системе питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство, снижается понижающим трансформатором сетевого напряжения AC и при этом мощность является 3-фазным сверхнизким напряжением (<=50 В) AC RMS.
Согласно еще одному аспекту, в вышеописанной управляемой системе питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое светодиодное осветительное устройство, снижается сетевым понижающим трансформатором AC, мощность является 3-фазным сверхнизким напряжением (<=50 В) AC RMS и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, распределяется проводящими шинами, причем шины являются трубчатыми или, по существу, трубчатыми.
Относительное положение полосок LED в матрицах в отношении материалов выращивания или организмов может изменяться согласно характеру используемой системы выращивания. Иллюстративные конфигурации относительного положения полосок LED в матрицах в отношении материалов выращивания или организмов независимо включают в себя:
- системы выращивания, в которых полоски LED матрицы располагаются на пригодном расстоянии над выращиваемыми организмами или материалами;
- системы выращивания, в которых полоски LED матрицы вертикально расположены и расположены на пригодном расстоянии от вертикально расположенных выращиваемых организмов или материалов;
- системы выращивания, в которых конфигурация полосок LED располагается на пригодном расстоянии под выращиваемыми организмами или материалами;
- и системы выращивания, в которых матрица LED располагается, по существу, неподалеку от выращиваемых организмов или материалов и располагается под пригодным углом для обеспечения тепло и света для выращивания.
В целях исключения неоднозначного толкования по существу перпендикулярный, как определено здесь, включает в себя системы, имеющие матрицу, размещенную под углом 90° к выращиваемым организмам или материалам, а также системы, в которых матрица располагается таким образом, что, по существу, обеспечивают эквивалентные параметры выращивания, тепло и свет, связанные с перпендикулярной конфигурацией. Такие системы могут включать в себя матрицы под углом 90° +/- 5°.
Например, в системах выращивания, где полоски LED вертикально расположены, полоски могут располагаться по одну сторону любого одного ряда поддерживаемых растений; по обе стороны любого одного ряда поддерживаемых растений; или может располагаться для обеспечения полосок между растениями, поддерживаемых в ряду относительно конфигурации полосок LED.
Согласно одному аспекту, настоящее изобретение предусматривает определенную здесь управляемую систему питания и освещения для использования в системе выращивания, включающей в себя одну или более матриц LED, где каждая матрица LED содержит несколько параллельно размещенных алюминиевых полосок, причем отдельные светодиодные источники света могут быть разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем каждая отдельная полоска удалена на аналогичное расстояние от каждой отдельной соседней полоски, и при этом полный шаблон LED, обеспеченный матрицей LED, приближается к однородной сетке, и при этом полоски LED выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC и при этом каждая матрица LED связана с одним или более блоков выращивания.
Блок выращивания по определению включает в себя вертикально или по существу, вертикально размещенные стопки лотков или полок, а также горизонтально или по существу, горизонтально размещенные ряды лотков или полок, на которых располагается выращиваемый организм, причем упомянутые лотки или полки выполнены с возможностью удержания гидропонных, аэропонных, или лотковых или котелковых систем выращивания или почвенных систем. В целях исключения неоднозначного толкования, блоки выращивания по определению дополнительно включают в себя лотки или полки, которые присутствуют в промежуточных позициях между вертикальными стопками или горизонтальными рядами, например, по существу, лотков или полок, которые располагаются под углами от более 5° до менее 85° от горизонтальной позиции т.е. от около 6° до около 84° от горизонтальной (плоской) позиции. Термин "по существу, относительно вертикально или горизонтально" по определению включает в себя стопки или ряды, ориентированные под углом до и включительно 5° от горизонтальной позиции, или 90° +/- 5° от вертикальной позиции.
Усовершенствованные матрицы LED, пригодные для использования с управляемыми системами питания и освещения здесь, можно использовать в разнообразных применениях, связанные с выращиванием, как определено выше, и, в частности, к применению в широком диапазоне систем выращивания включающий в себя системы, имеющие доступ к естественному свету, например, теплицы или политуннели, а также системы без доступа к естественному свету, например, закрытые башенные системы.
Преимущественно, настоящая управляемая система питания и освещения обеспечивает в первый раз эффективную систему ʺвключай и работайʺ для сложных систем LED для использования в системах для стимулирования роста живых организмов, которые могут проектироваться и изменяться работником в соответствии с желаемой системой выращивания для адаптации и затем отдельные LED, или группы LED могут регистрироваться и рутинно калиброваться, как подробно описано здесь.
Иллюстративные конфигурации освещения для использования настоящих матриц LED в теплицах и поддерживаемых системах выращивания рассмотрены далее.
Очевидно, что преимущественная гибкость конструкции и управления, обеспеченной настоящей управляемой системой питания и освещения совместно с исключительными эффективностями, желаемый шаблон сетки, доставляемый через матрицы LED, как подробно описано далее и признаки повышенной безопасности в отличие от доступных в настоящее время компактных полосковых LED, в связи с использованием 3-фазного AC с локальным выпрямлением что также подробно описано здесь, делают эту систему привлекательной для использования в областях, отличных от систем выращивания.
Таким образом, настоящее изобретение дополнительно предусматривает матрицу LED, пригодную для использования с настоящей системой питания и освещения и пригодную для использования в коммерческих/промышленных и/или домашних применениях, где матрица LED содержит несколько параллельно размещенных алюминиевых полосок, причем отдельные светодиодные источники света могут быть разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем каждая отдельная полоска удалена на аналогичное расстояние от каждой отдельной соседней полоски и при этом полный шаблон LED, обеспеченный матрицей LED, приближается к однородной сетке и при этом полоски LED выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного низковольтного источника питания AC. В целях исключения неоднозначного толкования меры управления отдельными LED, или группами LED в этой матрице LED, определены здесь в отношении матриц LED для использования в применениях, связанных с выращиванием.
Настоящее изобретение также детализирует систему управления для использования определенными здесь с матрицами LED, причем система управления включает в себя средство для регистрации данных для измерения излучаемой мощности матрицы LED в целом, или отдельной полоски LED, или групп полосок LED в матрице без непрерывной спектрорадиометрии. В целях исключения неоднозначного толкования, средство для регистрации данных для измерения излучаемой мощности матрицы LED в целом или отдельной полоски LED, или групп полосок LED в матрице определено выше.
Как подробно описано далее, предусмотрена матрица LED, пригодная для использования в применениях, связанных с выращиванием и, в частности, для использования в системах выращивания, содержащих несколько полосок, размещенных параллельно, причем отдельные светодиодные источники света могут быть разнесены на любое расстояние в продольном направлении каждой отдельной полоски, причем каждая отдельная полоска удалена на аналогичное расстояние от каждой отдельной соседней полоски и при этом полный шаблон LED, обеспеченный матрицей LED, приближается к однородной сетке и при этом полоски LED выполнены с возможностью получать питание 3-фазным низковольтным AC и, в частности, через 3-фазный сверхнизковольтный источник питания AC.
Конфигурация LEDдля использования вматрицахв применениях, связанных с выращиванием
Преимущественное использование настоящей управляемой системы питания и освещения для управления матрицами LED, имеющими потенциально миллионы LED подробно описано выше. Эти преимущества в равной степени применимы для использования в применениях, связанных с выращиванием.
Пригодная матрица LED для использования в применениях, связанных с выращиванием, содержит несколько параллельно размещенных алюминиевых полосок. Несколько параллельно размещенных алюминиевых полосок по определению означает множество отдельных полосок, где каждая отдельная полоска, по существу, параллельна, по меньшей мере, одной другой отдельной полоске. В отличие от современных коммерческих систем, количество LED, которые могут быть включены в эти матрицы LED, ограничивается только шкалой системы выращивания, к которой нужно применять матрицы.
Здесь рассмотрены иллюстративные конфигурации одной или более линейных полосок LED, для размещения на пригодной полоске-держателе. Как подробно описано здесь, гибкость настоящей системы означает, что существует высокая степень свободы в отношении конфигурации полосок LED, и, как очевидно специалисту в данной области техники, это означает, что любые другие желаемые конфигурации, отличные от представленных здесь также возможны.
2
2
2
2
Эти матрицы LED здесь могут распределять 3-фазная мощность AC, в частности, низковольтную 3-фазную мощность AC, эффективно на больших площадях выращивания от 1 м до свыше 10000 м путем использования пригодных устройств понижения напряжения, и, в частности, трансформаторы, например, большие 3-фазные понижающие трансформаторы AC. Как подробно описано выше, в общем случае, более крупные трансформаторы обеспечивают желаемые эффективности, обычно порядка 95-99% или более и заявитель установил, что для достижения высокой эффективности требуются уровни, большие или равные 5 кВт, т.е. => 5 кВт. Иллюстративные 3-фазные понижающие трансформаторы AC мощностью 150 киловатт (кВт) или выше, или 200 кВт, пригодные для использования здесь, может обеспечивать эффективности от 95 до 99%. Соответственно, использование такого трансформатора в управляемой системе питания и освещения, как подробно описано здесь, совместно с одной или более из этих матриц LED могут питать систему выращивания, например, коммерческую/промышленную теплицу 5000 м роста культуры или 7000 м полной площади.
Устройства понижения напряжения для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения, и поэтому для использования в отношении применений, связанных с выращиванием, подробно описаны выше. В частности, заявитель установил, что понижающие трансформаторы от 240/415 В до <= 50 В AC RMS могут преимущественно использоваться в применениях, связанных с выращиванием, в частности выращивание растений. Очевидно, что пригодное понижающее устройство, например, понижающий трансформатор, может иметь размер для питания многочисленных мест выращивания, например, многочисленных теплиц, для обеспечения емкости в тысячи квадратных метров. По причинам безопасности такие понижающие устройства обычно располагаются снаружи. Для оптимизации эффективности системы предпочтительны более крупные трансформаторы, и, таким образом, когда новая система выращивания проектируется, следует рассматривать современные и будущие возможности, чтобы гарантировать, что система проектируется для доставки как начальной, так и текущей эффективности. В общем случае, более крупные трансформаторы обеспечивают более высокую эффективность, обычно порядка 95% - 99% или более.
Как подробно описано здесь, использование настоящей управляемой системы питания и освещения, содержащей 3-фазную мощность AC, и, в частности, 3-фазную мощность AC низкого или сверхнизкого (<=50 В AC RMS) напряжения, совместно с управляемыми матрицами LED, что также подробно описано здесь, обеспечивает преимущества эффективности, например, электрические эффективности как подробно описано выше. Согласно предпочтительному варианту осуществления, настоящие управляемые системы питания и освещения для использования при выращивании используют трансформаторы 240 В AC в 24/50 В AC, которые могут иметь эффективность до 99% в крупном масштабе, совместно с локальными выпрямителями /локальным устройством коррекции напряжения на каждой полоске LED. Такие выпрямители можно выбирать, как рассмотрено выше.
Таким образом, комбинация управляемой матрицы LED, пригодной для использования в настоящей управляемой системе питания и освещения с использованием низкого или сверхнизкого (<=50 В AC RMS) напряжения, 3-фазный AC, как подробно описано выше, преимущественно обеспечивает беспрецедентные преимущества эффективности, усовершенствованное выпрямление и увеличенную безопасность, а также преодоление недостатков, связанных с многочисленными возбудителями, и проводка 240 В AC, необходимая доступным в настоящее время системам питания и освещения, пригодным для использования в применениях, связанных с выращиванием и, в частности в среде выращивания. В частности, доступные в настоящее время матрицы типа компактной полоски LED требуют, чтобы возбудители 240 В AC в 24 В DC располагались очень близко к полоскам LED, обычно в пределах 2 м, ввиду собственных ограничений возбудителей 240 В AC в 24 В DC. Это означает, что на коммерческой/промышленной шкале, системы выращивания на основании доступной в настоящее время технологии требуют тысяч полосок LED, тысяч возбудителей и тысяч метров дорогостоящей проводки 240 В AC просто, чтобы работать.
Преимущественно, настоящие системы, которые содержат уникальную комбинацию подачу низковольтного 3-фазного AC на полоски LED от дистанционно расположенного трансформатора AC успешно преодолевает эти проблемы, при этом дополнительное преимущество состоит в том, что автоматическая коррекция падения напряжения на любой полоске в системе управляется локальными инверторами на каждой полоске. Также как рассмотрено здесь, настоящая система уникально способна к размещению локальных контроллеров для управления током и широтно-импульсной модуляцией (PWM). В частности, контроллеры для управления током и/или PWM могут располагаться на полосках.
Представление системы выращивания, использующей эту эффективную систему питания, проиллюстрировано в чертежах, и иллюстративные тепличные системы обеспечены в примере 1.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает дополнительное средство для защиты усовершенствованных матриц LED в конфигурациях освещения, пригодных для использования в системах выращивания от скачков электрической мощности путем использования оборудования защиты скачков для трансформатора на высоковольтной стороне трансформатора. Средство для обеспечения такой защиты от скачков подробно описано выше.
Таким образом, настоящее изобретение предусматривает новую и усовершенствованную светодиодную осветительную систему, пригодную для использования в системах выращивания в соответствии с любым из определенных здесь аспектов, причем система дополнительно обеспечивает средство для защиты конфигураций освещения в системах от скачков электрической мощности.
В частности настоящее изобретение предусматривает новую и усовершенствованную светодиодную осветительную систему, пригодную для использования в системах выращивания в соответствии с любым из определенных здесь аспектов, причем система дополнительно обеспечивает средство для защиты конфигураций освещения в системах от скачков электрической мощности, причем упомянутое средство содержит объединенное использование оборудования защиты от скачков, оборудования сторожевого таймера и, опционально, одного или более плавких предохранителей. Для размещения в теплицах, имеющих очень большие площади выращивания в тысячи квадратных метров, заявители спроектировали модифицированную систему, в которой большой трансформатор установлен на высоком уровне внутри теплицы, причем только кабели к трансформатору иметь класс IP, и оставшаяся часть системы такая же, как определено выше.
Для теплиц, имеющих очень большие площади выращивания, или любой другой системы, где используется усовершенствованная матрица LED и настоящая управляемая система питания и освещения, содержащая 3-фазную мощность AC низкого или сверхнизкого (<=50 В AC RMS) напряжения, которая имеет большую площадь, проводящие шины не только обеспечивают средство для распределения 3-фазной мощности AC низкого или сверхнизкого (<=50 В AC RMS) напряжения на средство выпрямителя на полосках LED, но и преимущественно также используется для обеспечения опорной конструкции, на которой располагаются T-образные полоски, содержащие полоски LED и дополнительные компоненты.
Любые пригодные шины, ранее определенные здесь и, в частности, из металлов, например, алюминия, меди или латуни или их смесей могут использоваться в применениях настоящей управляемой системы питания и освещения, которая относится к выращиванию. Форма, детали коммерчески доступных трубчатых шин, и примеры пригодных шин, пригодных для использования в применениях, связанных с выращиванием, подробно описаны выше. В целях исключения неоднозначного толкования, выбор пригодной шины и, в частности, толщины стенки и/или диаметр шин будет зависеть от требований конкретного применения в котором их нужно использовать.
В целях исключения неоднозначного толкования каждый из аспектов и признаков шин, подробно описанных выше, в равной степени применим для использования в отношении систем выращивания. Трубчатые или, по существу, трубчатые шины особенно полезны для использования в применениях, связанных с выращиванием, и трубчатые или, по существу, трубчатые круглые шины особенно полезны.
Помимо обеспечения средства для распределения 3-фазного низковольтного, в частности, 3-фазного сверхнизковольтного питания AC в применениях, связанных с выращиванием, шины также могут использоваться для размещения T-образных полосок, и, таким образом, светодиодного освещения, обеспеченного одной или более матрицами LED, как описано здесь в другом месте. Эта комбинация настоящей управляемой системы питания и освещения, дополнительно содержащей матрицу LED, размещенную на шинах, обеспечивает надежную, эффективную, управляемую и чувствительную матрица LED с использованием 3-фазной низковольтной, в частности, сверхнизковольтной мощности AC, которая пригодна для использования в непосредственной близости к живым организмам или материалам.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение дополнительно содержит систему выращивания, как определено выше, имеющую проводящие шины одного или более из Al и Cu или их смесей.
Иллюстративные шины для использования в качестве главных или первичных шин в системах выращивания здесь являются трубчатыми, или, по существу, трубчатыми, алюминиевыми шинами.
Для электрической и тепловой изоляции шины для использования в применениях, связанных с выращиванием, могут быть защищены любыми пригодными изолирующими материалами, как подробно описано выше, и управляемая система питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием, также может включать в себя дополнительное средство для защиты от электрических скачков, помимо использования оборудования защиты трансформатора от скачков на высоковольтной стороне трансформатора, такое дополнительное средство также подробно описано выше.
LEDна T-образных полосках и размещенныена шинах
Помимо светодиодных осветительных устройств, подробно описанный выше, настоящие управляемые системы питания и освещения, в частности, системы для использования в применениях, связанных с выращиванием и, в частности для применения в коммерческих/промышленных системах выращивания, могут включать в себя светодиодные T-образные полоски. Пригодные светодиодные полоски рассмотрены далее. Иллюстративные T-образные полоски и использование таких иллюстративных T-образных полосок для размещения нескольких LED соединенных друг с другом, а также применение таких полосок в светодиодной осветительной матрице для использования в системах выращивания раскрыты в WO2016/027095 и проиллюстрированы на фиг. 11, 12 и 14. Раскрытия WO2016/027095, в той степени, в которой они относятся к иллюстративным конфигурациям освещения, использующим LED, размещенные на T-образных полосках, и их использованию в системах выращивания как указано на фиг. 11, 12 и 14, включены в данное описание в порядке ссылки.
Таким образом здесь дополнительно обеспечена управляемая система питания и освещения для использования в применениях, связанных с выращиванием и, в частности для применения в коммерческих/промышленных системах выращивания или для домашнего использования, содержащего одно или более светодиодных осветительных устройств, причем одно или более светодиодных осветительных устройств выполнены с возможностью получать питание от 3-фазного источника питания AC, где 3-фазная мощность AC, подаваемая на каждое осветительное устройство или группу осветительных устройств, преобразуется в мощность DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC, и при этом 3-фазная мощность AC, подаваемая на систему, распределяется трубчатыми шинами и при этом одно или более из светодиодных осветительных устройств являются одной или более светодиодных T-образных полосок.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает систему питания и освещения причем освещение включает в себя LED, размещенные на T-образной полоске-держателе, выполненной из проводящего материала и при этом упомянутые полоски размещены на шинах и проводят низковольтную, или, в частности, сверхнизковольтную 3-фазную мощность AC от шины к LED, таким образом, действуя как вторичные или третичные шины.
Отдельные полоски LED, пригодный для использования с такими T-образными полосками, содержат конфигурацию одного или более LED которые соединены друг с другом пригодной проводкой. В ходе эксплуатации, полоски LED совмещены и соседствуют с пригодной, по существу, T-образной полоской-держателем. Пригодные полоски-держатели имеют, по существу T-образную форму для прочности, легки и обычно имеют ширину менее 20 мм. T-образные полоски-держатели могут быть выполнены из любого пригодного проводящего материала, который имеет достаточную прочность для поддержки LED в течение срока эксплуатации полоски, LED или системы, и, как рассмотрено в отношении использования в системах выращивания далее, T-образные полоски-держатели, имеющие возможность действовать как теплоотводы, особенно полезны. Иллюстративным материалом T-образной полоски-держателя для использования здесь являться алюминий.
Количество LED на каждой полоске LED может составлять минимум 1, а максимальное количество определяется напряжением DC, доступным от выпрямителя, деленным на прямое напряжение, необходимое для каждого LED. Например, при максимальном безопасном напряжении 50 В AC RMS, которое будет преобразовываться в 74 В DC при том, что прямое напряжение типичного красного LED равно 2,2, это будет 33 LED.
Каждый LED поверхностно монтируется на пригодной PCB, которая подключена к алюминиевой T-образной полоске путем термально-эффективного адгезионного связывания.
Эти T-образные светодиодные полоски особенно пригодны для использования в системах питания и освещения для использования вблизи живых организмов, например, в коммерческих/промышленных системах выращивания, как подробно описано далее.
Такие T-образные полоски особенно пригодны для размещения на шинах, как показано линейной секцией линейной T-образной полоски в WO2016/027095 на фиг. 11, 12 и 14. Кроме того такие T-образные полоски могут изгибаться, скручиваться или иным образом манипулироваться для обеспечения заказных полосок LED для использования здесь, при условии, что область полоски, подлежащей размещению на шинах остается нетронутой и сохраняет первоначальную форму.
T-образные полоски также должны быть способны действовать как теплоотвод для рассеяния отходящего тепла от LED, чтобы LED работали на своей проектной температуре.
Каждая такая T-образная полоска, или группа полосок, включает в себя микросхему регистрации и локальный инвертор, которые могут иметь форму микросхемы. В целях исключения неоднозначного толкования, автоматическая коррекция падения напряжения на любой полоске в системе управляется локальными инверторами на каждой полоске, и микросхема(ы) регистрации позволяют идентифицировать и индивидуальное и/или групповое управление полосок в матрице(ах) через пригодную систему управления.
Когда несколько алюминиевых T-образных полосок должны размещаться параллельно, это означает множество отдельных полосок, где каждая отдельная полоска, по существу, параллельна, по меньшей мере, одной другой отдельной полоске. Количество LED, которые могут быть включены в любую полоску, ограничивается только относительной длиной полоски и размером компоновки LED. Преимущественно, настоящая управляемая система питания и освещения, пригодная для использования в коммерческих/промышленных системах выращивания и/или домашних системах выращивания, определенных в соответствии с любым из вышеописанных аспектов, дополнительно включает в себя одну или более матриц LED, размещенных на алюминиевых T-образных полосках, которые могут проектироваться для каждой области, для каждой комнаты, для каждой секции или для каждого этажа согласно потребностям конкретной среды в питании и освещении.
Относительное разнесение LED на полосках-держателях и относительное разнесение полосок-держателей друг от друга будет определять полный шаблон LED, обеспеченный матрицей.
Настоящие системы питания и освещения, как определено выше, могут включать в себя матрицы LED, содержащие одну или более полосок LED, причем каждая полоска LED включает в себя микросхему локальной регистрации и локальный инвертор, причем упомянутые полоски LED могут независимо выбираться из: отдельных T-образных линейных алюминиевых полосок, содержащих LED, групп таких T-образных полосок LED, размещенных параллельно, или альтернативных матриц LED, содержащих отдельные T-образные изогнутые, скрученные или иным образом манипулируемые алюминиевые T-образные полоски, или группы таких изогнутых алюминиевых полосок, содержащих LED в непараллельных конфигурациях, или группы изогнутых полосок в непараллельных конфигурациях. В целях исключения неоднозначного толкования термин "локальный" в отношении микросхем регистрации для светодиодных полосок соответствует ранее данному определению для микросхем регистрации для LED. Термин "локальный" в отношении инвертора соответствует ранее данному определению.
Матрица LED,размещеннаяна T-образных полоскахдля использованияв применениях, связанных с выращиванием
Согласно предпочтительному аспекту предусмотрена управляемая система питания и освещения, определенная в соответствии с любым из вышеописанных аспектов, пригодная для использования в применениях, связанных с выращиванием, и, в частности в системах выращивания, причем одна или более матриц LED, используемых в упомянутой системе, располагается на алюминиевых T-образных полосках, и при этом отдельные LED могут быть разнесены на любое расстояние в продольном направлении отдельной полоски-держателя. Как подробно описано выше, относительное разнесение LED на полосках-держателях и относительное разнесение полосок-держателей друг от друга будет определять полный шаблон LED, обеспеченный матрицей. Для использования в применениях, связанных с выращиванием, заявитель установил, что регулярный, сетчатый шаблон освещения, однородная сетка, полезен для обеспечения согласованных уровней освещения по площади, подлежащей освещению. Заявитель установил, что полный шаблон LED, который приближается к однородной сетке, обеспечивается матрицами LED, где LED разнесены на аналогичные расстояния друг от друга в двух направлениях. Однородный сетчатый шаблон обеспечен последовательностью светодиодных полосок в матрицах LED, содержащих несколько полосок, где LED в каждой отдельной полоске разнесены на аналогичные расстояния друг от друга, причем LED размещены на алюминиевых T-образных полосках, причем обычно каждая светодиодная алюминиевая T-образная полоска отстоит на аналогичное расстояние от соседней светодиодной полоски.
Каждая отдельная полоска LED содержит линейную конфигурацию одного или более LED, соединенных друг с другом пригодной проводкой и при этом полоски LED совмещены и соседствуют с пригодной проводящей и, по существу, T-образной полоской-держателем. Пригодные полоски-держатели имеют, по существу T-образную форму для прочности, легки и обычно имеют ширину менее 20 мм.
Максимальное количество LED, расположенных на светодиодной алюминиевой T-образной полоске, определяется безопасным, доступным напряжением источника питания полоски LED; минимальное количество LED на полоске равно 1 (одному).
Эта конфигурация LED обеспечивает почти правильную сетку, позволяющую размещать LED в полоске(ах) очень близко к выращиваемому материалу, и, например, в системах выращивания вблизи выращиваемой культуры, например, не далее 5 см от культуры.
Использование настоящей управляемой системы питания и освещения, которая использует низковольтную или сверхнизковольтная мощность AC с матрицами LED в применениях, связанных с выращиванием избавляет от необходимости в каком-либо дорогостоящем электрическом оборудовании класса IP внутри области, подлежащей освещению, в том числе, внутри теплицы или камеры выращивания. Использование настоящей управляемой системы питания и освещения, которая использует низковольтную или сверхнизковольтная мощность AC с матрицами LED в применениях, связанных с выращиванием, означает более низкие напряжения, и обычно для повышения безопасности можно использовать напряжения менее 30 В AC, или даже менее 20 В AC.
В целях исключения неоднозначного толкования, все ссылки здесь на термин "полоска" в рабочей матрице LED или в иллюстративной матрице LED, пригодной для использования в системах выращивания, означает полную полоску, содержащую по существу, T-образную полоску-держатель с присоединенными к ней одной или более полосок LED. В целях исключения неоднозначного толкования, можно использовать альтернативные проводящие полоски-держатели разных форм, имеющие пригодные свойства прочности и легкости, или альтернативные T-образные полоски-держатели, содержащие смешанные материалы, будь то смесь разных проводящих материалов или смесь проводящих и непроводящих материалов.
Для систем выращивания растений, которые используют искусственный и естественный свет, эта, по существу T-образная конструкция совместно с меньшими расстояниями между средами выращивания и усовершенствованной светодиодной осветительной матрицей преимущественно обеспечивает увеличенные уровни естественного света. При этом T-образные полоски-держатели должны быть достаточно прочными и жесткими для прохождения между точками крепления, которые обычно отстоят друг от друга на расстояние от около 2 м до около 4 м. Эти точки крепления могут представлять собой тросы с высокой прочностью на растяжение или другое надлежащее потенциально подвижное крепежное средство, имеющее возможность подъема и спуска согласно высоте культуры. В предпочтительном варианте осуществления, трубчатые или, по существу, трубчатые шины которые обеспечивают распределение низковольтной мощности на осветительную систему, дополнительно содержат крепежное средство. Например, трубчатые шины, как рассмотрено далее, могут быть включены в настоящие системы с пригодным средством для регулировка высоты.
Как рассмотрено выше для систем выращивания, имеющим очень большую площадь, алюминиевые трубчатые шины, которые могут быть изолированными, преимущественно используются для обеспечения необходимой поддержки T-образных светодиодных полосок, а также переноса источника энергии от трансформатора на локальные выпрямители через пригодные соединения.
Как рассмотрено выше, T-образные полоски в данном случае также должны быть способны действовать как теплоотвод для рассеяния отходящего тепла от LED для обеспечения LED в усовершенствованных матрицах LED для использования в системах выращивания, использующих определенную здесь управляемую систему питания и освещения, для работы на своей проектной температуре. Преимущественно, когда система используется в среде выращивания растений, T-образные полоски позволяют рассеивать такое отходящее тепло обратно в систему выращивания в качестве полезного тепла благодаря непосредственной близости матрицы LED к выращиваемой культуре.
T-образные полоски преимущественно выполнены с возможностью обеспечения достаточной ширины, чтобы внешний свет мог проходить через полоски и достигать выращиваемой культуры.
Количество LED на каждой полоске и средство для монтажа LED на T-образные полоски подробно описаны выше.
Таким образом, согласно еще одному аспекту настоящее изобретение предусматривает усовершенствованную, управляемую матрицу LED, как определено выше, для использования в системах выращивания, которая не включает в себя PCB и не требуют класса IP.
Альтернативно, микроскопические однокомпонентные PCB могут быть соединены последовательно или полную длину полоски PCB можно использовать в системах выращивания здесь, с сопутствующими затратами.
Функции питания и управления для применений, связанныхс выращиванием
В применениях для настоящей управляемой системы питания и освещения, которые относятся к выращиванию, где светодиодное освещение обеспечивается одной или более матрицами, причем матрицы содержат несколько светодиодных T-образных полосок, как подробно описано выше, каждая полоска LED в матрице электрически соединена с низковольтным/сверхнизковольтным 3-фазным источником питания AC, распределяемым путем распространения мощности от шинной сборки, через главную, вторичную и третичную шины, когда присутствуют, на T-образную проводящую полоску и после этого на полоску LED или на проводящий элемент или аспект T-образной полоски, которая электрически соединена с полоской LED, и затем на отдельные выпрямители для преобразования в низковольтный DC посредством 3-фазного выпрямления AC/DC. Эта конфигурация означает отсутствие необходимости в классе IP. Низковольтный 3-фазный AC преобразуется в DC на конце каждой полоски с использованием надлежащего 3-фазного выпрямителя AC/DC.
Каждая полоска LED или группа полосок LED в матрицах LED для использования настоящей системы в применениях, связанных с выращиванием, допускает независимого управления. Средство для обеспечения управления полосками LED определено выше и содержит технологию линий питания или беспроводную технологию или их комбинацию через беспроводную линию связи на локальный PC и/или через интернет дистанционно.
Также как подробно описано выше, для обеспечения преимущественного управления системой каждая полоска или группа полосок согласуется с микросхемой регистрации, которую можно идентифицировать и которой можно управлять по отдельности. Каждая полоска LED калибруется, как подробно описано здесь, для обеспечения системы управления для доставки и записи длин волны, интенсивностей и фотопериодов принимаемых выращиваемым материалом, например, конкретной культурой, от каждой полоски LED.
Как подробно описано выше, отдельные светодиодные источники света для использования в настоящих системах, включающий в себя управляемые матрицы LED, использующие T-образные полоски-держатели для нескольких соединенных между собой LED, в идеале, калибруются и регистрируются до начала эксплуатации системы. Каждая полоска LED имеет 'микросхему последовательной идентификации' для обеспечения последовательной регистрации на этой недорогой проводной сети, и это означает, что информация калибровки LED будет сохраняться в соответствии с этим уникальным номером.
После того, как система выращивания запускается и работает с калиброванными, зарегистрированными LED, в будущем, когда используются любая из этих комбинаций, данные будут известны и могут отображаться для циклов выращивание под каждой полоской LED или группой полосок LED.
Адаптированный контроль и управление полной системы в применениях, связанных с выращиванием, обеспечивается интеллектуальным программным обеспечением, как подробно описано выше, и в целях исключения неоднозначного толкования это интеллектуальное программное обеспечение также используется в системе управления для управляемых матриц LED, размещенных на T-образных полосках, также определенных здесь.
Технология линий питания, как подробно описано выше, обеспечивает способность включать в себя функциональные возможности связи поверх существующей формы волны питания AC в применениях настоящей системы, связанных с выращиванием.
В целях исключения неоднозначного толкования, преимущества, подробно описанные ранее как обеспеченные через использование управляемой системы питания и освещения, как подробно описано выше, и, в частности, обеспечение: средства для независимого управления длиной волны, интенсивностью и фотопериодом каждой полоски LED или групп полосок LED, в матрицах LED; средства для регистрации данных для измерения излучаемой мощности матрицы LED в целом, или отдельной полоски, или групп полосок в матрице без непрерывной спектрорадиометрии; средства для независимого управления каждой отдельной полоски или группа полосок, содержащих одну или более линий LED разных длин волны равномерно; средства для отдельной регистрации LED для управления окончательно посредством технологии интернет, причем все данные, собранные, управляемые и/или администрируемые через микросхему связи по линии питания или беспроводную технологию; в равной степени применимы, когда такие системы используются совместно с управляемыми матрицами LED в применениях, связанных с выращиванием здесь.
Путем связывания системы управления для матрицы LED с пригодными датчиками, и, в частности датчиками, связанными с выращиванием, например, датчиками растения и датчиками света, полная система управления, обеспечивающая в реальном времени иили периодические наборы данных, которые позволяют достигать прогрессивной/текущей оптимизации и/или поддержания заранее заданных уровней выхода в системе в применениях, связанных с выращиванием.
Обычно длины волны, обеспечиваемые полосками LED в усовершенствованных матрицах LED для использования в применениях, связанных с выращиванием, определенных здесь, являются красным 640 нм, синим 460 нм и зеленым 560 нм, хотя возможны многие другие длины волны в зависимости от конкретной выбранной конфигурации.
Таким образом, согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение предусматривает управляемую систему для обеспечения эффективных уровней освещенности для использования в применениях, связанных с выращиванием, в частности, системы выращивания растений, через усовершенствованную матрицу LED, как определено выше и при этом это признак того, что упомянутая система управления не нуждается в текущих измерениях длин волны, интенсивностей или фотопериодов LED.
В применениях, связанных с выращиванием настоящая система для управления питания и освещения также может быть связана с измерителем естественного света для обеспечения средств управления для регулировки отдельных LED в матрицах LED, когда уровни освещенности изменяются в среде выращивания, например, теплице.
Поскольку светодиодные источники света имеют эффективность 30-60% (отношение излучаемой мощности к электрической входной мощности) вырабатываются большие количества тепла. Благодаря размещению оптически эффективного теплового экрана непосредственно над полосками в матрице можно удерживать больше этого тепла в среде выращивания и меньше выбрасывать в свободное пространство теплицы.
2
2
Аналогично, уровнями влажности и CO можно управлять в применениях настоящей системы, связанных с выращиванием, например в системах выращивания растений, путем использования автоматизированных вентиляторов в соответствии с уровнями влажности и CO в 'свободном пространстве' теплицы.
Конкретный признак, связанный с применением настоящих систем для обеспечения управляемой мощности и однородного светодиодного освещения в применениях, связанных с выращиванием, является способность обеспечения питания LED при напряжении, безопасном для операторов, особенно в присутствие влаги и воды. В таких системах это достигается за счет подключения полосок LED к 3-фазному низковольтному источнику питания AC, 12-50 В AC, обычно 24-36 В AC. Это позволяет располагать высоковольтный источник питания либо снаружи теплицы в целом, либо на высоком уровне внутри или снаружи теплицы в закрытой системе без естественного света. Это низковольтное 3-фазное питание AC обеспечивается простым понижающим 3-фазным трансформатором AC, который обычно может располагаться либо на высоком уровне в теплице, либо снаружи. Преобразование из низковольтного 3-фазного AC в низковольтный DC, необходимое для обеспечения питания каждой полоски, обеспечивается 3-фазным выпрямителем AC/DC на конце каждой полоски. Дополнительное преимущество безопасности, обеспеченное с использованием настоящей системы для обеспечения усовершенствованного, управляемого и однородного светодиодного освещения для систем выращивания, в отличие от доступных в настоящее время, состоит в том, что когда система уже установлена, операторы, управляющие выращиванием растений, или отвечающие за повседневное обслуживание среды выращивания растений, могут безопасно устанавливать и поддерживать все LED поскольку LED работают только на низковольтном 3-фазном AC. Это приводит к дополнительному снижению стоимости коммерческой/промышленной эксплуатации.
2
Таким образом, согласно еще одному аспекту, здесь предусмотрено использование системы управления, как определено выше, в применениях, связанных с выращиванием, причем освещение содержит определенную здесь матрицу LED, причем система управления включает в себя средство для регистрации данных для: измерения: излучаемой мощности матрицы LED в целом, или отдельной полоски, или групп полосок в матрице; измерения роста организмов в системе через датчики растения; и/или измерение уровней освещенности в системе выращивания через датчики света, и при этом система включает в себя средство для автоматизированного управления одним или более из: относительной высоты одного или более тепловых экранов в системе выращивания растений; одного или более вентиляторов в связи с уровнями влажности и CO в системе выращивания растений, и при этом упомянутая система управления обеспечивает средство для управления рабочими напряжениями для поддержания эффективности 90% или выше.
Согласно еще одному аспекту каждая отдельная полоска LED или группа полосок LED в матрицах LED для использования настоящих систем в применениях, связанных с выращиванием может по отдельности регистрироваться для управления окончательно посредством технологии интернет, причем все данные, собранные, управляемые и/или администрируемые через микросхему связи по линии питания или беспроводную технологию.
Способность управления интенсивностью и фотопериодом каждой длины волны на каждой полоске допускает контуры обратной связи для изменения LED согласно условиям внешнего освещения в применениях, связанных с выращиванием, например в теплицах, или условиям культуры в закрытой среде выращивания. Это позволяет оптимально использовать мощности путем оптимизации генерации фотонов LED с оптимальным фотосинтезом.
Этот процесс оптимизации может эволюционировать либо путем экспериментирования, либо путем внедрения гиперспектрального формирования изображения для измерения всех аспектов стресса растений. Эти данные можно собирать через систему управления, связанную с оборудованием формирования изображения и регистрации света, допускающим контуры обратной связи для управления освещением в реальном времени.
По мере внедрения эволюционных алгоритмов и измерения входных финансовых затрат и выходов культуры, суммарные производственные затраты можно минимизировать. Дополнительно, изменяющиеся полные затраты мощности можно учитывать для минимизации затрат мощности.
Этот подход, по сравнению с натриевыми лампами HID или матрицами LED с фиксированным выходом, позволяет снизить требование к нагреву в теплицах или в закрытых средах выращивания. В закрытых системах, повышенная эффективность системы снижает необходимость в охлаждении.
ЧЕРТЕЖИ
Иллюстративные примеры шин и управляемых систем питания и освещения, использующих низковольтную 3-фазную мощность AC, распределяемую через шины, пригодные для использования в коммерческих/промышленных и/или домашних применениях, проиллюстрированы далее. В частности, примеры таких систем, имеющих алюминиевые шины, на низковольтном 3-фазном AC, используемом для обеспечения питания светодиодных источников света, по отдельности или группами, в одной или более матрицах LED и возможность обеспечения питания несветодиодных устройств, где технология 'линия питания', обеспеченная посредством шин, обеспечивает систему управления для осветительной системы, и при этом система управления осуществляет связь с каждым отдельным светодиодным источником света/группой или матрицей, или несветодиодных устройств путем использования одной или более микросхем регистрации для идентификации, а также конкретные аспекты признаков таких систем проиллюстрированы и рассмотрены со ссылкой на фиг. 16-19, представленные ниже.
В целях исключения неоднозначного толкования, хотя фиг. 16-19 иллюстрируют применение системы питания и освещения в соответствии с аспектом изобретения в конкретных средах, конкретные признаки системы распределения мощности и матрицы LED, проиллюстрированные здесь и, как рассмотрено здесь ниже, в равной степени применимы для использования в альтернативных коммерческих/промышленных и/или домашних системах. Таким образом, следующие фиг. 16-19 обеспечивают иллюстративные примеры конкретных вариантов осуществления аспекта настоящего изобретения и не подлежат ограничению ими.
Как рассмотрено выше, настоящая управляемая система питания и освещения пригодна для использования в разнообразных применениях. Иллюстративные применения для такого использования, и иллюстративные примеры систем выращивания, включающих в себя матрицу LED, пригодную для питания и управления настоящей системой, раскрыты в WO2016/027095 на фиг. 16, 17, 18 и 19. Раскрытия WO2016/027095, в той степени, в которой они относятся к иллюстративным конфигурациям освещения, указанным на фиг. 16, 17, 18 и/или 19, включены в данное описание в порядке ссылки.
Иллюстративные примеры систем выращивания, включающих в себя новую и отвечающую изобретению матрицу LED, что также подробно описано здесь, а также конкретные аспекты признаков упомянутой матрицы проиллюстрированы и рассмотрены в отношении фиг. 14-18, представленных далее.
2
2
2
2
2
В целях исключения неоднозначного толкования, хотя фиг. 14-18 иллюстрируют применение матрицы LED и системы управления, для использования в системе выращивания в соответствии с настоящим изобретением в конкретной среде, теплица площадью до 10000 м или более, где матрица LED используется для дополнения естественного освещения в разное время дня, конкретные признаки матриц LED, проиллюстрированных здесь и, как рассмотрено здесь ниже, в равной степени применимы для использования в меньших теплицах, имеющих площади выращивания от 1 м до 10000 м, в качестве вспомогательного источника света, для использования в темных системах выращивания от 1 м до 10000 м и более и, в частности, для использования в камерах выращивания, многослойных системах выращивания или башнях интегрированной системы выращивания (IGS), которые не используют естественный свет в процессе выращивания.
Таким образом, следующие фигуры обеспечивают иллюстративные примеры конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения и не подлежат ограничению ими.
Описание чертежей
Фиг. 1: демонстрирует пример реализованной управляемой системы питания и освещения в соответствии с настоящим изобретением. В общем случае фиг. 1 демонстрирует входной 3-фазный источник питания AC, средство понижения напряжения и распределение мощности на осветительное устройство, где происходит 3-фазное выпрямление AC/DC. Только частичное представление осветительной системы проиллюстрировано на фиг. 1. Очевидно, что средство трансформации мощности и выпрямления, проиллюстрированное и рассмотренное в настоящем описании, можно легко применять для обеспечения питания разнообразных осветительных устройств, а также неосветительных устройств. Кроме того, хотя в конкретном сегменте системы, проиллюстрированном на фиг. 1, мощность распределяется на осветительное устройство через проводящие шины, как явствует из вышеприведенного описания, альтернативное проводящее средство также можно использовать для распределения мощности на одно или более осветительных или неосветительных устройств в системах согласно настоящему изобретению, из которых сегмент одного варианта осуществления проиллюстрирован на фиг. 1.
В частности, фиг. 1 демонстрирует 3-фазный источник (1) питания, который обеспечивает входную мощность на устройство (2) понижения напряжения для преобразования входного напряжения в более низкий, низковольтный источник питания, и низковольтная мощность распределяется на осветительное устройство, светодиодный прибор (3) через проводящую шинную конфигурацию (4)/(6). Фиг. 1 также демонстрирует распределение низковольтной мощности через 3 главные параллельные первичные проводящие трубчатые шины (4), на средство для обеспечения функциональных возможностей связи, в этом примере посредством шлюза или модема (5) линии питания, и после этого через вторичную ветвь распределения шинной конфигурации (6), содержащей 3 параллельные трубчатые шины, на светодиодный прибор, только две из этих параллельных шин видны на фиг. (3) т.е. шинная конфигурация обеспечивает один или более из линейных/рабочих проводников для обеспечения данных, подлежащих отправке в систему и из нее от модема (5) линии питания.
Как показано на фиг. 1, все три шины в главной (4) и вторичной (6) шинных конфигурациях являются трубчатыми, и как подтверждено на фиг. 5 шины для использования здесь являются трубчатыми имеют внутреннюю полость. Как показано на фиг. 6, диаметр первичных/главных шин обычно больше, чем у вторичных шин, которые, в свою очередь, имеют больший диаметр, чем у любых третичных шин (если присутствуют). Очевидно, что относительные размеры главных, вторичных и любых третичных шин, подлежащих использованию в любой конкретной системе питания и освещения, будут изменяться согласно потребностям конкретной системы.
Средство для 3-фазного выпрямления AC/DC 3-фазной мощности AC для подачи питания DC на осветительную систему описано выше, и иллюстративное средство выпрямления проиллюстрировано на фиг. 7.
Преимущества использования системы, показанной на фиг. 1, описаны выше и, в частности, в примере 2.
Фиг. 2: демонстрирует кривые зависимости эффективности от выхода мощности, так называемые кривые эффективности, полученные из использования 3-фазного трансформатора (A), или традиционного импульсного источника питания (B) используются в настоящих системах, и, в частности, в системе, воплощенной на фиг. 1. Вертикальная шкала указывает эффективность от 0 до 100%, выходной мощности/входной мощности, и горизонтальная шкала указывает выходную нагрузку от 0 до 100%. Сравнение кривой эффективности, полученной из использования 3-фазного источника питания AC с кривой эффективности для традиционного источника питания демонстрирует более высокую полную эффективность и также более высокую эффективность на загрузке. 3-фазный подход (A) дает прибл. 97% эффективность при нагрузке выше 15%. Традиционный однофазный подход (B) в целом, дает эффективность 85% при нагрузке выше 40%.
Фиг. 3: демонстрирует секцию системы, проиллюстрированной на фиг. 1, и, в частности средство для обеспечения функциональных возможностей связи, которое в этом примере является способом связи, осуществляемым с помощью шлюза (5) линии питания. Шлюз (5) линии питания осуществляет связь с одним или более осветительных устройств, а также одним или более неосветительных устройств в системе (не показаны), и средство, позволяющее устройствам в сети линий питания, доступных через интернет, обеспечивать дистанционное управление системы путем применения Wi-Fi (RTM), последовательной или Ethernet (RTM) связи (не показано). Как показано на фиг. 3, средство для передачи связи по линии питания от шлюза (5) линии питания к одному или более осветительных устройств или неосветительных устройств в системе, например, светодиодному прибору (3) на фиг. 1, осуществляется через 3 параллельные первичные трубчатые проводящие шины (4) в этом примере.
Фиг. 4: демонстрирует вид в разрезе сплошной цилиндрической шины (7). На фиг. 4, 'скин-эффект' вокруг оконечностей шины указан более темной областью к внешнему краю ближе к внутренней части поверхности (7a), и вихревые токи, которые способствуют 'скин-эффект', проиллюстрированы более светлой областью, присутствующей в центре шины (7b).
Фиг. 5: демонстрирует вид в разрезе трубчатой пустотелой шины, пригодной для использования в настоящей управляемой системе питания и освещения. В частности, на фиг. 5 показывает, что 'скин-эффект' снижается вокруг оконечностей шины показан (5a) и подтверждает, что в такой пустотелой шине внутренний материал, который будет охватывать вихревые токи, в цилиндрических шинах, которые способствуют 'скин-эффекту', удаляется и заменяется внутренней полостью трубчатой шины (5b).
Фиг. 6: демонстрирует, как светодиодный прибор (3) может получать команду для осуществления конкретного события освещения в настоящих управляемых системах питания и освещения. Команды освещения поступают на физический светильник через микросхему (8) регистрации LED. Очевидно, что, в управляемой мощности освещение осветительной системы, содержащей одно или более осветительных устройств, светодиодные приборы в этом примере, команды освещения могут распределяться на микросхемы регистрации для отдельных осветительных устройств или светодиодных приборов, или на микросхемы регистрации для групп соединенных между собой осветительных устройств или светодиодных приборов, при желании, через трубчатую шинную конфигурацию (4), (6), которая распределяет мощность на осветительную систему и также содержит сигналы данных (не показаны).
C
D
D
Фиг. 7: демонстрирует, как 3-фазная мощность изменяется настоящей системой до подачи на светильник, показанный на фиг. 6. 3-фазное электричество (C) распределяется через систему (4), (6) шин на светильник, который содержит светодиодный прибор (3), микросхему (8) регистрации LED и средство (8a) для локального выпрямления AC в DC до подачи мощности на светодиодный прибор (3). Как показано на фиг. 7, начальный сигнал мощности () т.е. пониженная 3-фазная электрическая мощность AC, имеет три синусоидальные волны, где каждая синусоидальная волна сдвинуты по фазе на 120 градусов относительно двух других синусоидальных волн. Также как проиллюстрировано на фиг. 7, мощность AC сигнал выпрямляется локальным средством (8a) выпрямления для обеспечения выпрямленного, выходного напряжения DC (), которое можно использовать для обеспечения согласованных уровней мощности между осветительной системой, содержащей одно или более светодиодных осветительных устройств, т.е. светодиодный(е) прибор(ы) (3). Размещение локального средства (8a) выпрямления очень близко к LED в приборе, и источник питания в осветительной системе представлен входной мощностью DC (). Как показано более подробно на фиг. 12 далее, локальное средство выпрямления содержит один или более возбудителей LED. Поскольку средство для отправки данных (линия питания) работает только на AC, AC должен располагаться вблизи освещения в системе для избавления от необходимости в дополнительной проводке или альтернативном средстве для направления командных сигналов на освещение.
Фиг. 8: демонстрирует составные части иллюстративного модульного 3-фазного светодиодного прибора, пригодного для использования в настоящей управляемой системе питания и освещения. Прибор содержит осветительные элементы (9a), которые могут быть соединены друг с другом соединителем (9b) для сборки пригодного 3-фазного светодиодного прибора. Очевидно, что суммарное количество осветительных элементов в 3-фазном светодиодном приборе может увеличиваться путем использования дополнительных осветительных элементов и соединителей по желанию.
Фиг. 9: демонстрирует блок-схему традиционного однофазного возбудителя LED. Однофазный источник питания AC (обычно 110-240 В) (F) питает импульсный блок (9) питания. Коммутируемый источник питания преобразует AC DC и выводит почти совершенное напряжение DC (G). Стопка (10) возбудителей LED берет это питание DC и с использованием линейного диммирования или широтно-импульсной модуляции (H) возбуждает матрицу LED (11).
Фиг. 10: демонстрирует различия между выходными сигналами, наблюдаемыми в традиционном однофазном выпрямлении. Фиг. 10a демонстрирует синусоидальную волну для традиционного однофазного выхода AC. Фиг. 10b демонстрирует модифицированный выходной сигнал, наблюдаемый после выпрямления AC/DC традиционного однофазного выхода AC и из траектории очевидно, что нулевая мощность присутствует в 3 точках каждого выпрямленного цикла. Фиг. 10c демонстрирует, как добавление конденсаторов (не показаны) может удерживать энергию в нулевых точках в выпрямленном цикле.
Фиг. 11: демонстрирует проблемы балансировки, которые наблюдаются при масштабировании традиционных, однофазных возбудителей LED для использования в больших установках. Большие установки с использованием входного источника питания одна фаза+нейтраль, как указано в точке (I), и 3 независимые однофазные силовые нагрузки AC равномерно степени распределяются между 3 фазами на стадии проектирования системы т.е. планирования установки, как указано точкой (J). В целях исключения неоднозначного толкования, на стадии проектирования инженер-электрик должен планировать балансировать однофазные нагрузки между 3 фазами. Невозможно делать это, если нагрузки изменяются. Каждый возбудитель LED подключен к нейтральной линии питания для формирования электрический обратный путь. Когда источники света диммируются, как указано точкой (K) фазы питания могут становиться заметно несбалансированными, как показано разными уровнями питания 100%, 70% и 50% из трех линейных/рабочих проводников соответственно. Как рассмотрено выше, такие дисбалансы неприемлемы.
Фиг. 12: демонстрирует блок-схему для иллюстративного и предпочтительного 3-фазного возбудителя (13) LED, пригодного для использования в настоящих управляемых системах питания и освещения. Входной 3-фазный источник питания AC, как указано (L), и обычно при 220 В - 415 В питает устройство понижения напряжения или трансформатор (14). Более низкое выходное напряжение AC, представленное (M), выходит из трансформатора или устройства понижения напряжения (14) и поступает на 3-фазный выпрямитель AC/DC (15), который выводит выпрямленное напряжение DC, представленное (N). Пульсация напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя (15) все же можно наблюдать и иллюстрировать верхней полуволной на графике/траектории N, тогда как нижняя линия графика/траектории N демонстрирует нуль вольт /ось. Выпрямленное напряжение DC питает стопку (16) возбудителей LED, содержащую одну или более микросхем (16a) возбудителя LED, микроконтроллер (16b) и средство (16c) для обеспечения функциональных возможностей связи. Стопка (16) возбудителей LED выводит стабильный постоянный ток, который может быть линейным или модулированным по ширине импульса и представлен (O). Этот стабильный постоянный ток (O) возбуждает матрицу (17) светодиодных приборов (8).
P
Фиг. 13: демонстрирует хорошо сбалансированное масштабирование системы 3-фазного возбудителя LED, используемой в настоящих управляемых системах питания и освещения, и, как рассмотрено выше и проиллюстрировано на фиг. 12. На фиг. 13 система возбудителя LED реализована в большой установке (не показана), имеющей a источник 3 фаз+нейтраль, как указано в точке (I), фазами 1, 2 и 3 и нейтральной линией N. Все силовые нагрузки в осветительной системе т.е. светодиодные осветительные приборы, представленные (3a), (3b) и (3c) соответственно, находятся в общей электрической связи с 3 фазами питания, и, опционально, с нейтральной линией, в зависимости от того, используется ли конфигурация звезды или треугольника, как указано в точке (). Также как проиллюстрировано на фиг. 13, в точке (Q), когда источники света диммируются, например, до 50% и 70%, все 3 фазы мощности остаются на 100% сбалансированными. Очевидно, что эта 100% балансировка 3 фаз мощности работает по всем комбинациям диммирования. Это необходимо для больших установок.
Фиг. 14: демонстрирует, как мощность для управляемой системы питания и освещения в соответствии с настоящим изобретением может распределяться на практике от сетевого источника энергии, и в этом примере от сети, через один или более трансформаторов на шинную сборку в здании для обеспечения питания и освещения на светодиодное освещение. Как показано, сетевое питание, на уровне питания сети электроснабжения т.е. 240 В или 415 В AC, по мере необходимости положением системы, обеспечиваются сетью (R) на трансформатор (который может располагаться снаружи или внутри согласно требованиям системы питания и освещения), трансформатор (S) обеспечивает первое понижение напряжения AC до меньшего или равного 50 В AC RMS, и эта низковольтная 3-фазная мощность AC затем распределяется через шинную сборку, содержащую несколько первичных (T), вторичных (U) и третичных (V) пустотелых трубчатых линейных и нейтральных шин, причем каждый набор линейных и нейтральных шин (конфигурация звезды) размещены параллельно друг другу. Набор параллельных линейных и нейтральных шин проиллюстрирован для первичных шин (T1, T2), хотя для вторичной и третичной шин только линейные шины из соответствующих пар показаны в целях фигуральной наглядности. В целях исключения неоднозначного толкования в шинной сборке, проиллюстрированной на фиг. 14, первичные шины имеют наибольший диаметр, и третичные шины имеют наименьший диаметр. Средство соединения между первичной и вторичной шинам и/или между вторичной и третичной шинами не показано. Такие соединения могут подвергаться влиянию любого из средств, подробно описанных в настоящем описании. Низковольтная 3-фазная мощность AC распределяется от первичных шин на вторичные шины и после этого на третичные шины. Показаны три подвесные светодиодные осветительные устройства, один из которых обозначен (W), которые электрически соединены с третичными шинными системами (V) на стороне AC медной проводкой (X), которая обеспечивает 3-фазную мощность DC на светодиодные осветительные устройства. Каждое светодиодное осветительное устройство соединено с локальным средством (Y) управления напряжением для обеспечения управления второго пониженного напряжения. В целях исключения неоднозначного толкования такое локальное средство управления напряжением подробно описано в настоящем описании.
Хотя иллюстративная система на фиг. 14 включает в себя нейтральную шину (T2), очевидно, из рассмотрения систем изобретения, как подробно описано выше, что, присутствие нейтральной шины является необязательным признаком, зависящим от того, используется ли конфигурация звезды или треугольника. В целях исключения неоднозначного толкования, здесь дополнительно обеспечена система, как показано на фиг. 14, без нейтральной шины (T2), где конфигурация треугольника используется для системы первичных шин (T).
Фиг. 15: демонстрирует, как шлюз линии питания и PC, связанный с интернетом, используются в иллюстративной управляемой системе питания и освещения в соответствии с настоящим изобретением для управления данных на и от одного или более устройств в системе. В целях исключения неоднозначного толкования, хотя фиг. 15 демонстрирует систему, имеющую светодиодное освещение, эту иллюстративную установку также можно использовать для обеспечения управляемой мощности на одно или более несветодиодных устройств. Как подробно описано выше в отношении фиг. 14, в системе, проиллюстрированной на фиг. 15, высоковольтное сетевое питание снижается до менее 50 В AC RMS путем использования пригодного трансформатора при том, что результирующая низковольтная 3-фазная мощность AC распределяется через шинную сборку, содержащую несколько первичных, вторичных и третичных пустотелых трубчатых линейных и нейтральных шин, причем каждый набор линейных и нейтральных шин размещены параллельно друг другу.
Фиг. 15(a) - вид в разборе шлюза (Z) линии питания в системе первичных шин и который демонстрирует в схематической форме: связь между персональным компьютером или другим подходящим устройством обработки и интернетом; и демонстрирует данные, наложенные на форму волны AC (Z1).
Фиг. 15(b) - дополнительный вид в разборе шлюза (Z) линии питания, который демонстрирует в схематической форме данные (Z2) на третичной шине (V).
Также на фиг. 15 проиллюстрировано несколько компоновок светодиодных источников света, каждое из которых соединено с микросхемой локальной регистрации LED, которая принимает командные сигналы для освещения, как подробно описано здесь.
Фиг. 16: демонстрирует блок (18) малых офисов, имеющий многочисленные этажи, в котором сетевой трансформатор (2) AC располагается снаружи или на крыше здания, этот большой трансформатор (2) AC принимает мощность от любого пригодного источника 240 В или 415 В AC, в зависимости от соответствующего источника энергии, когда система подлежит осуществлению, например, линия питания, источник солнечной энергии, возобновляемые источники энергии, например энергия ветра. Главные шины, используемые в этой иллюстративной системе (19), покрыты пластиком, как показано на фиг. 16a, и как указано более толстой линией, также снабжены дополнительным изолирующим/защитным покрытием от соединения с сетевым трансформатором AC наверху здания до точки ввода в здание (18). Трансформатор преобразует эту входную мощность 240 В или 415 В AC в меньше или равное 50 В AC RMS до ввода в здание (18) причем преобразованная таким образом мощность распределяется через каждый уровень здания, т.е. на каждый этаж офисов в здании (не обозначен), а также подвал, через систему шин, в частности, через первичную и вторичную шины (19)/(19b). На каждом уровне мощность поступает на светодиодные осветительные устройства, которые в этой иллюстрации являются матрицами (20) LED через вторичные шины (19b), которые обеспечивают мощность для электрической связи полосок LED в матрице друг с другом. Очевидно, что светодиодными осветительными устройствами могут быть любые пригодные устройства, как подробно описано здесь например, один или более светодиодных приборов (3), или в частности, одну или более полосок LED.
Фигура также демонстрирует средство для обеспечения функциональных возможностей связи, в этом примере в виде шлюза (5a) линии питания, связанного с центральным микроконтроллером (5b), который выполнен с возможностью беспроводной связи с локальным PC (не показан) и каждой полоской LED, или более обычно, каждая группа полосок в матрице(ах), выполнена с возможностью приема беспроводного сигнала и, таким образом, могут распределять команду на каждый отдельный LED, или каждую отдельную полоску, через последовательность вторичных шин (19b), которые связывают полоски друг с другом. В этой конфигурации беспроводные сигналы являются двунаправленными и способны отправлять команды и собирать данные от локальных датчиков и другого контрольного оборудования.
Фиг. 16a: демонстрирует сегмент управляемой системы питания и освещения в здании (18) и, в частности обеспечивает подробно описанный вид компонентов покрытой линейной и покрытой нейтральной шины, проходящих параллельно друг другу в секции вторичной трубчатой покрытой шинной конфигурации (19b), как показано в отношении блока (18) малых офисов на фиг. 16. Фиг. 16a также демонстрирует детальный вид секции первичного (19) и вторичного (19b) компонентов шинной сборки на нижних уровнях здания и демонстрирует компоненты покрытой линейной и покрытой нейтральной шины каждой из главных и вторичных шин, где вторичные шины сгруппированы по три и проходят параллельно друг другу, и демонстрирует, по существу, вертикальную конфигурацию главных шин, и, по существу, горизонтальную конфигурацию двух групп параллельных вторичных шин на каждом из двух уровней здания. Для простоты только две из трех параллельных линейных шин проиллюстрированы на фиг. 16. Трансформатор (2a) внизу здания просто является иллюстрацией, что система будет работать либо с внешним трансформатором, расположенным на крыше здания, либо с внутренним трансформатором. Технология (5) линий питания также проиллюстрирована на фигуре. В целях исключения неоднозначного толкования только одна из трех линейных шин во вторичной шинной конфигурации показана для наглядности на фиг. 16a.
Фиг. 17: демонстрирует жилое здание (21), имеющее два этажа, в котором сетевой трансформатор (2) AC располагается снаружи и на стороне здания, этот большой трансформатор (2) AC принимает мощность от любого пригодного источника 240/415 В AC таким же образом, как ранее проиллюстрировано и описано для блока (18) малых офисов и преобразует входную мощность AC в меньшую или равную 50 В AC RMS до ввода в здание (21), причем преобразованная таким образом мощность распределяется через каждый этаж дома, через систему главных, первичных шин (19), причем мощность обеспечивается на матрицы (20) LED на каждом уровне через вторичные шины (19b), которые связывают полоски LED в матрице(ах) друг с другом, как подробно описано для системы на фиг. 16. В целях исключения неоднозначного толкования LED в этой системе управляются через интернет со сбором данных через облако. В целях исключения неоднозначного толкования, трансформатор могут располагаться внутри или снаружи.
Центральный микроконтроллер (22), который выполнен с возможностью беспроводной связи связан с локальным PC (не показан) и каждой полоской LED или, более обычно, каждой группой полосок в матрице(ах) принимает беспроводной сигнал и распределяет команду на каждую отдельную полоску через последовательность вторичных шин (19b). Эти беспроводные сигналы являются двунаправленными и способны отправлять команды и собирать данные от локальных датчиков и другого контрольного оборудования. Технология (5) линий питания также проиллюстрирована на фигуре.
Хотя внутренние конфигурации LED и питания в здании (21) проиллюстрированы только для правой стороны здания, очевидно, что управляемая система питания и освещения полностью работоспособна во всем здании через надлежащую шину, матрицу(ы) LED и низковольтную проводку, связанный с микроконтроллером (22) с возможностью беспроводной связи.
Фиг. 18: демонстрирует два блока (23a) и (23b) коммерческих/промышленных офисов, имеющие объединенную систему питания и освещения, в которой сетевой трансформатор (2) AC располагается снаружи и поверх блока (23a). В целях исключения неоднозначного толкования трансформатор может также располагаться внизу блока. Этот большой трансформатор (2) AC принимает мощность от любого пригодного источника 240/415 В AC таким же образом, как указано для блока (18) малых офисов и жилого здания (21) как рассмотрено и проиллюстрировано выше, для преобразования входной мощности AC в меньшую или равную 50 В AC RMS до ввода в блок (23a), причем преобразованная таким образом мощность распределяется через каждый этаж блока, через главную, первичную шинную конфигурацию (19), причем мощность обеспечивается на матрицы (20) LED на каждом уровне через вторичные шины (19b), которые связывают полоски LED в матрице LED друг с другом. В целях исключения неоднозначного толкования LED в этой системе также могут по отдельности управляться окончательно через интернет, причем все данные, собранные через облако в соответствии с системой питания и освещения как рассмотрено и проиллюстрировано здесь в отношении блока (18) малых офисов.
Локальные микроконтроллеры (22), выполненные с возможностью беспроводной связи, располагаются в каждом здании и связаны с локальным PC (не показан) и каждой полоской LED или, более обычно, каждой группой полосок в матрице (20) LED принимает беспроводной сигнал и распределяет команду на каждую отдельную полоску через последовательность вторичных шин (19b) которые связывают полоски друг с другом. Эти беспроводные сигналы являются двунаправленными и способны отправлять команды и собирать данные от локальных датчиков и другого контрольного оборудования.
Хотя внутренние локальные микроконтроллеры (22) в блоках (23a) и (23b) показаны на уровне земли, очевидно, что они могут располагаться в любой пригодной позиции в блоках по соображениям удобства.
Исключительно в целях иллюстрации, конфигурация внутреннего распределения мощности и освещения в управляемой системе питания и освещения для блока (23a), содержащего главную, первичную шинную конфигурацию (19), которая распределяет мощность на матрицы (20) LED от сетевого трансформатора (2) наверху блока (23a) через шинную конфигурацию, имеющую последовательность главных, первичных шин (19) и вторичных шин (19a), причем управление блоком обеспечивается технологией (5) линий питания и локальными микроконтроллерами (22) с возможностью беспроводной связи, показана в виде в разборе в левой стороне фигуры.
Аналогично, для здания 23b внутреннее распределение мощности и освещения в управляемой системе питания и освещения обеспечивается от дополнительного трансформатора (2) на главную, первичную шинную сборку (19) и, таким образом на несколько вторичных шин (19a) и матриц (20) LED, причем управление блоком (23b) также обеспечивается технологией (5) линий питания, и локальный микроконтроллер (22) с возможностью беспроводной связи также показан в виде в разборе в правой стороне здания 23b.
В целях исключения неоднозначного толкования, дистанционное управление любым из блоков (23a) или (23b) может осуществляться здесь по отдельности или индивидуально с использованием системы управления.
Фиг. 18a: обеспечивает детальный вид внутренней системы в блоке (23a). Как можно видеть из фиг. 18 и 18a, позиция трансформатора (2) может быть либо внешним трансформатором, расположенных наверху здания, либо внутренним трансформатором (2a).
Фиг. 19: демонстрирует один офис в блоке (23a) и, в частности, подвешенную матрицу (20) LED с мощностью, распределяемой от трансформатора (2) через главную, первичную шинную конфигурацию (19) и вторичную шинную конфигурацию (19b) с беспроводной системой управления и управлением, обеспечиваемым микроконтроллером (22) с возможностью беспроводной связи и технологией (5) линий питания. Для простоты иллюстрации только первичная и вторичные шины указаны только единичными линиями, а не двумя наборами из 3 трубчатых шин, размещенных параллельно.
Фиг. 20:демонстрирует участок управляемой системы питания и освещения в соответствии с настоящим изобретением, и, в частности площадь комнаты, или офисное пространство, где комбинация беспроводных технологий LI-FI и WI-FI (RTM) используются для подключения к и передачи данных обратно в систему управления от мобильных несветодиодных устройств, имеющих интеллектуальную технологию, смартфона и портативного компьютера. Фиг. 20 дополнительно демонстрирует участок светодиодной осветительной матрицы, определенной выше, где светодиодное освещение обеспечивается несколькими подвесными источниками света.
Фиг. 21: демонстрирует теплицу (24), включающую в себя матрицу LED, питаемую и управляемую системой питания и освещения, как подробно описано здесь. Проиллюстрирован канал питания, изнутри теплицы к потенциальным источникам коммерческой/промышленной высоковольтной мощности AC в место теплицы.
Теплица (24) показана сбоку и сверху, в этом иллюстративном примере теплица имеет ширину, по меньшей мере, 24 м и пригодна для размещения системам выращивания, которая может быть гидропонной или иной, причем упомянутые системы выращивания разнесены обычно на 2, 4 или 8 м между собой. На площади теплицы (24a) предусмотрена схема для матрицы (25) LED, имеющей три секции, обеспеченные тремя поддерживаемыми структурами (25a), (25b), (25c), на которых располагаются светодиодные полоски/группы полосок (не показаны). Структуры (25a), (25b) и (25c) являются трубчатыми пустотелыми шинами, подвешенными на потолке теплицы (24) подходящим средством, и, как показано, обеспечивают равные промежутки между тремя секциями матрицы (25) LED т.е. между группами полосок (не показаны), которые располагаются на соответствующих шинных структурах (25a), (25b) и (25c). подвешенные таким образом и совмещенные секции матрицы (25) LED располагается над и в непосредственной близости к трем отдельным площадям выращивания (не показаны), причем очевидно, что эти площади выращивания располагаются внизу и имеют, по существу, аналогичную площадь с площадями каждой секции матрицы. В этом примере трехсекционная матрица располагается в 5 см - 10 см над площадью выращивания.
Три секции матрицы LED проиллюстрированы как прямоугольники конкретной площади, но очевидно, что абсолютные форма и размеры либо полной матрицы, либо секций в полной матрице могут изменяться в широких пределах в зависимости от необходимого использования с разными площадями выращивания, как подробно описано выше.
Три больших трансформатора (2) AC располагаются вне теплицы, и каждый из них принимает мощность от любого пригодного источника 240/415 В AC, например, линии питания, источника солнечной энергии и возобновляемых источников энергии, например, энергия ветра. Эти трансформаторы (2) преобразовывают эту входную мощность AC в меньшую или равную 50 В AC RMS до ввода в теплицу (24), причем преобразованная таким образом низковольтная 3-фазная мощность AC обеспечивается через шинную сборку, имеющую одну или более главных шин для обеспечения мощности на каждую из трех секций матрицы (25) LED, поддерживаемых шинными структурами (25a), (25b) и (25c). Очевидно, что поддерживающие шинные структуры (25a), (25b) и (25c) по существу содержат систему вторичных шин для распределения мощности от первичных или главных шин к матрице (25) LED совместно с локальными выпрямителями/локальным устройством коррекции напряжения, связанным с LED (не показаны), что подробно описано выше. Например, каждая полоска LED для использования в любой группе полосок LED в матрице (25) может включать в себя локальный выпрямитель (не показан) на одном конце и быть электрически соединенной с источником энергии через поддерживающую (вторичную) шину.
ПРИМЕРЫ
Следующие иллюстративные примеры описывают конкретные варианты осуществления настоящих систем. Модификации возможностей используемых трансформаторов и системы, подлежащей снабжению мощностью и светом и, опционально, теплом, когда необходимо, с помощью определенных здесь осветительных систем для использования в таких системах включены в объем настоящего изобретения. В частности, хотя система, проиллюстрированная в примере 1, продемонстрирована имеющей преимущественное применение в системах, где необходимые тепло и свет для выращивания обеспечиваются частично или целиком определенной здесь матрицей LED, следует понимать, что такие системы, включающие в себя такие конфигурации светодиодного освещения, имеют применения в областях, отличных от систем выращивания. Такие другие области или применения подробно описаны выше.
Пример 1 - дерево распределения при низковольтном 3-фазном AC и сильных токах
2
2
2
2
В случае тепличной системы, проиллюстрированной на фиг. 21, использование большого трансформатора AC мощностью 10 кВт (киловатт) и определенной выше матрицы LED обеспечивает достаточное тепло и свет для покрытия площади выращивания от около 100 м до около 200 м. Использование трансформатора AC более низкой мощности, 4 кВт, с определенной выше матрицей LED, соответственно, будет обеспечивать нагрев и освещение меньшей теплицы, имеющей площадь выращивания от около 40 м до около 80 м.
2
2
.
С использованием трубчатых алюминиевых шин, трансформатор AC можно увеличить до 150 кВт или более. Это обеспечит достаточную мощность для более значительных площадей выращивания от 1500 м до 3000 м
Сравнительный пример теплицы
2
2
Доступные в настоящее время системы требуют локальных возбудителей DC, каждый из которых имеет мощность от около 200 Вт до около 300 Вт (ватт) с последующим снабжением энергией только площади от 2 м до 4 м на возбудитель. Это означает, что для доставки тепла и света в малую теплицу, как указано в примере 1, потребуется до 40 таких возбудителей, тогда как для обслуживания большей площади в примере 1, потребуется до 100.
Из этих примеров следует, что новая система здесь имеет возможность доставлять не только значительно большее покрытие освещением, чем доступно в настоящее время, но и одновременно обеспечивать эффективности в отношении нагрева и освещения через уникальную управляемую матрицу LED.
Пример 2 - управляемая система питания и освещения
Система, проиллюстрированная на фиг. 1, является реализованной управляемой системой питания и освещения в соответствии с настоящим изобретением. Эта система включает в себя входной 3-фазный источник питания AC, средство понижения напряжения и распределение мощности на осветительное устройство, где происходит 3-фазное выпрямление AC/DC. Хотя лишь частичное представление иллюстративной осветительной системы проиллюстрировано на фиг. 1, любое пригодное средство трансформации мощности и выпрямления, проиллюстрированное и рассмотренное в настоящем описании, можно легко применять для обеспечения питания разнообразных осветительных устройств, а также неосветительных устройств из такой конфигурации. В этом конкретном сегменте системы мощность преимущественно распределяется на осветительное устройство через проводящие шины. Как явствует из вышеприведенного описания, альтернативное проводящее средство также можно использовать для распределения мощности на одно или более осветительных или неосветительных устройств в таких системах.
В системе примера 2, 3-фазный источник питания обеспечивает входную мощность на устройство понижения напряжения для преобразования входного напряжения в более низкий, низковольтный источник питания, и низковольтная мощность распределяется на пригодное светодиодное осветительное устройство, в этом случае светодиодный прибор, через проводящую шинную конфигурацию главных и вторичных шин. Низковольтная мощность распределяется через 3 главные параллельные первичные проводящие трубчатые шины на пригодное средство для обеспечения функциональных возможностей связи, в этом примере посредством шлюза или модема линии питания, и после этого через вторичную ветвь распределения шинной конфигурации, содержащей 3 параллельные трубчатые шины на светодиодный прибор. Как подробно описано выше, шинная конфигурация обеспечивает один или более из линейных/рабочих проводников для обеспечения данных, подлежащих отправке в систему и из нее от модема линии питания.
Заявитель установил, что использование трубчатых шин для всех трех шин в главных и вторичных шинных конфигурациях, а также любых необязательных нейтральных шин, когда присутствуют. Заявитель также установил, что выгодно использовать шины, в которых диаметр первичных/главных шин обычно больше, чем у вторичных шин, которые, в свою очередь, имеют больший диаметр, чем у любых третичных шин (если присутствуют). Очевидно, что относительные размеры главных, вторичных и любых третичных шин, подлежащих использованию в любой конкретной системе питания и освещения, будут изменяться согласно потребностям конкретной системы.
Средство для 3-фазного выпрямления AC/DC 3-фазной мощности AC для подачи питания DC на светодиодную осветительную систему примера 2 описано ниже. 3-фазный AC, в частности, AC низкого или сверхнизкого напряжения, распределяется через систему проводящих шин на один или более светодиодных устройств, например, светильник, который содержит светодиодный прибор, микросхему регистрации LED и средство для локального выпрямления AC в DC до подачи 3-фазной мощности DC на светодиодный прибор. начальный сигнал пониженной 3-фазной мощности AC выпрямляется локальным средством выпрямления для обеспечения выпрямленного, выходного напряжения DC, которое можно использовать для обеспечения согласованных уровней мощности в осветительной системе. Заявитель установил, что для генерации желаемых функциональных возможностей связи и эффективностей локальное средство выпрямления размещено очень близко к LED в осветительном приборе или светильнике.
Преимущества в эффективности, полученные из использования системы в соответствии с настоящим изобретением, и, в частности примера 2, показаны и рассмотрены со ссылкой на фиг. 2. Сравнение кривой эффективности, полученной из использования 3-фазного источника питания AC, как подробно описано здесь, с кривой эффективности для традиционного источника питания демонстрирует более высокую полную эффективность и также более высокую эффективность на загрузке. 3-фазный подход дает прибл. 97% эффективность при нагрузке выше 15%. Традиционный однофазный подход в целом, дает эффективность 85% при нагрузке выше 40%.