Устройство стабилизации и регулировки напряжения "Гелиос-Диммер"

Устройство относится к области энергосбережения и может быть использовано для регулировки освещенности ламп в линии освещения и поддержания данного напряжения в определенных пределах, а также стабилизации питания уличных и промышленных осветительных приборов.
Из уровня техники известны следующие технические решения:
- Диммер-стабилизатор «Iluest+» (http://www.per-svstems.ru/statya_iluset), представляющий собой систему управления любыми световыми сетями освещения. Устройство сочетает в себе цифровую систему управления и схемотехнику. В качестве электронного ключа в схеме используются симисторы, управляемые микропроцессором. Процессор производит контроль перехода напряжения через ноль. В энергозависимой памяти микропроцессора заложен алгоритм, позволяющий программировать оператором изменение напряжения во времени, а также осуществлять автоматическую коррекцию питания потребителей по установленным профилям.
Недостатком данного устройства является: недостаточная надежность, так как в данном устройстве присутствует один микропроцессор, который «управляет» переключениями обмоток симисторов и отрабатывает заранее заложенные алгоритмы управления.
- Полезная модель «IP-диммер» (RU 80295, опубл. 27.01.2009), областью применения полезной модели является автоматизация, в частности система управления освещенности по локальной вычислительной сети - Ethernet. IP-диммер, содержащий Ethernet-модуль, обеспечивает наиболее полное управление освещенности по локальной вычислительной сети Ethernet. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей локальной сети Ethernet для управления освещенностью за счет использования новых возможностей аппаратных и программных частей устройства. Это достигается тем, что в устройство введен блок симисторов, по одному на каждый канал нагрузки, блок синхронизации, сетевой фильтр, разъем для подключения нагрузки.
Недостатками полезной модели являются: невозможность управления лампами уличного освещения типа ДРЛ и ДНАТ.
- Наиболее близким техническим решением является патент «Light dimmer for Gas Discharge» (MX 2013002343, опубл. 07.11.2013). Описан световой диммер для ламп газового разряда, который выполняет постепенное изменение напряжения, подаваемого на этот тип ламп, имеющих обмотки трансформатора с напряжением пропорционально проценту затухания, которое частично можно сократить при переходе с насыщенным сердечником.
Недостатками изобретения является то, что одна из составляющих этого устройства - электромеханическая часть, которая является ненадежной вследствие износа в процессе работы и потребует затраты на обслуживание и ремонт.
Задачей предлагаемой полезной модели является контроль напряжения уличных осветительных установок, исключение перерасхода электроэнергии и увеличение срока службы ламп, без замены оборудования (светильников, проводов).
Поставленная задача решается с помощью использования устройства стабилизации и регулировки напряжения, располагающегося между трансформаторной подстанцией, питающей осветительные установки, и самой линией освещения с осветительными установками, позволяющего путем плавного регулирования и стабилизации переменного напряжения в осветительных установках, сократить потребление электроэнергии при использовании газоразрядных ламп высокого давления и значительно увеличить срок их службы, а также за счет переключения входных и выходных обмоток автотрансформатора с помощью симисторных ключей. Переключение происходит в автоматическом режиме в зависимости от величины входного напряжения и заданного выходного напряжения. Потребление электроэнергии снижается за счет изначальной стабилизации завышенного напряжения питающей трансформаторной подстанции и принудительного снижения питающего напряжения.
Сущностью заявленной полезной модели является то, что к четырем входным и четырем выходным обмоткам автотрансформатора (не показаны на чертеже) подключены силовые симисторные ключи. Путем определенного включения симисторных ключей реализованы три режима работы: норма, экономия, минимум. Существует возможность автоматического дистанционного переключения устройства на нужный режим. Кроме того, в верхней части устройства стабилизации и регулировки напряжения «Гелиос-Диммер» расположены переключатели, отвечающие за дополнительный режим «байпас», позволяющие при их переключении полностью отключить силовые цепи устройства, отвечающие за режимы экономии, и переключение питания нагрузки от входного напряжения, для того, чтобы устройство оставалось работоспособным в случае поломки автотрансформатора, силовых симисторных ключей и микроконтроллера управления.
Увеличение срока службы осветительных приборов осуществляется за счет алгоритмов, заложенных в устройстве и обеспечивающих плавное разжигание ламп при нормальном напряжении, а затем снижающих значение напряжения питания согласно установкам. Таким образом, светильники работают в щадящем режиме и срок их службы увеличивается на 20-25%.
В ночное время напряжение питающей сети может быть значительно выше номинального. Стабилизация напряжения питания в это время позволяет сократить случаи выхода из строя оборудования на 40%.
Управление характеристиками стабилизации напряжения (уровня горения) как в ручном режиме (непосредственно на устройстве), так и в составе автоматизированной системы управления (удаленного по каналам GSM/GPRS, Enthernet и др. цифровым каналам связи из диспетчерского пункта), осуществляется путем исполнения микроконтроллером задающих сигналов от переключателей ручного управления либо от блока управления всем устройством.
Самодиагностика работы силовых частей устройства осуществляется посредством микроконтроллеров, установленных в этих силовых частях, и обеспечивает нормальное функционирование системы освещения.
Устройство поясняется графической частью:
на фиг. 1 - общая конструкция и расположение элементов в устройстве стабилизации и регулировки напряжения,
на фиг. 2 - корпус устройства стабилизации и регулировки напряжения.
Устройство стабилизации и регулировки напряжения состоит из корпуса, в который встроен вводной автоматический выключатель 1 (фиг. 1), отвечающий за нахождение диммера в рабочем режиме, подсоединенный к автоматическим включателям нагрузки 2 (фиг. 1), отвечающим за работу диммера. К автоматическим включателям нагрузки 2 (фиг. 1) подсоединены автоматические выключатели микроконтроллеров диммирующих модулей 3 (фиг. 1) и автоматический выключатель блока автоматизированного управления 4 (фиг. 1), позволяющие защищать цепи питания этих блоков от короткого замыкания. В верхней части устройства расположен счетчик электрической энергии 5 (фиг. 1), отвечающий за данные расходуемой линии уличных осветительных установок энергии и отправляющий информацию в базу данных для последующего контроля. Переключатели режима «байпас» 6 (фиг. 1), расположенные справа от счетчика электронной энергии 5 (фиг. 1), позволяют при их переключении полностью отключить силовые цепи устройства, отвечающие за режим экономии, чтобы устройство функционировало в случае поломки диммирующих модулей.
Справа, в верхней части корпуса устройства расположен блок автоматизированного управления 7 (фиг. 1), позволяющий диммеру функционировать в автоматическом режиме и принимать удаленные команды диспетчера. В нижней части корпуса устройства располагается автотрансформатор 8 (фиг. 2), обеспечивающий ступенчатое понижение напряжения.
На поверхности корпуса располагается переключатель режимов работы блока 9 (фиг. 2), позволяющий переключать его в режимы норма, экономия, минимум. Силовые симисторные ключи 10 (фиг. 2), позволяющие микроконтроллерам диммирующих модулей подключать необходимые обмотки автотрансформатора и тем самым подавать необходимое напряжение на выход диммера и на линию освещения. Светосигнальные индикаторы 11 (фиг. 2), расположенные на поверхности корпуса справа от переключателя режимов работы блока 9 (фиг. 2), с помощью которых микроконтроллеры диммирующих модулей обозначают результаты тестирования и опроса, а также режимы работы.
Устройство стабилизации и регулировки напряжения работает следующим образом: устройство стабилизации и регулировки напряжения установлено вблизи и подключено к питанию трансформаторной подстанции. К нему в свою очередь подключены линии наружного освещения.
После осуществления монтажа устройство стабилизации и регулировки напряжения остается включенным в рабочем режиме. Для этого включается вводной автоматический выключатель 1, автоматические выключатели нагрузки 2, автоматический выключатель блока автоматизированного управления 4, автоматические выключатели микроконтроллеров диммирующих модулей 3.
После подачи напряжения на устройство стабилизации и регулировки напряжения GSM модуль выходит на связь с сервером. В то же самое время он производит опрос состояния всех датчиков с платы ввода-вывода и высылает информацию об их состоянии на сервер.
При отсутствии возможности выхода на связь устройство стабилизации и регулировки напряжения работает в автономном режиме, полностью обеспечивая работоспособность силовой части по заданным заранее графикам горения (включая солнечный календарь и заданные уровни диммирования). Устройство стабилизации и регулировки напряжения также накапливает в постоянной памяти все события, происходящие на объекте. При восстановлении связи GSM модуль высылает все сохраненные события на центральный сервер и поддерживает с ним дальнейшую связь для обеспечения возможности работы в реальном времени (телеметрия), сигнализации статусов и состояний, а также изменения графиков горения по требованию диспетчера. При недостаточной температуре, устройство стабилизации и регулировки напряжения автоматически включает обогреватель.
После подачи напряжения на микроконтроллеры диммирующих модулей (не показаны на чертеже), микроконтроллеры начинают производить тестирование силовых симисторных ключей 10 на обрыв и пробой, а также опрос подключенных датчиков. После окончания тестирования и опроса микроконтроллеры диммирующих модулей передают информацию о тестировании и опросе в устройство стабилизации и регулировки напряжения по шине RS-485. Также по результатам тестирования и опроса микроконтроллеры диммирующих модулей обозначают с помощью светосигнальных индикаторов 11 на поверхности корпуса о результатах тестирования и опроса. Затем устройство стабилизации и регулировки напряжения переходит в ждущий режим готовности. В данном режиме диммирующие модули (не показаны на фиг. ) полностью готовы отрабатывать команды, поступающие от устройства стабилизации и регулировки напряжения.
При поступлении команды на включение освещения в необходимом режиме от устройства стабилизации и регулировки напряжения, микроконтроллеры диммирующих модулей с помощью силовых симмисторных ключей 10 подключают необходимые обмотки автотрансформатора 8 и тем самым подают необходимое напряжение на выход устройства стабилизации и регулировки напряжения и на линию освещения.
При изменении положения переключателей режима «байпас» 6 полностью отключаются силовые цепи устройства.
Переключатель режимов работы блока 9 работает в трех режимах: норма, экономия, минимум, и позволяет механически или дистанционно установить нужный режим работы осветительных установок.
Автоматический контроль и учет электроэнергии, необходимый для оценки количества потребленной электроэнергии в каждом из режимов работы, осуществляется за счет установки в устройстве счетчика электроэнергии 5. Автоматический контроль состояния и функционирования как самого устройства, так и сетей уличного освещения, представлен блоком автоматизированного управления 7.
Принятые технические решения позволяют без существенной модернизации сетей наружного освещения сократить затраты на электроэнергию на 40%, увеличить срок службы осветительных установок и ламп за счет стабилизации и регулирования напряжения.
Таким образом, поставленная задача осуществлена.