ES A1 ESPAÑA 11. Número de publicación: Número de solicitud: G05F 1/66 ( ) H02J 3/18 ( )

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1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA Número de publicación: Número de solicitud: Int. CI.: G0F 1/66 (06.01) H02J 3/18 (06.01) 12 SOLICITUD DE PATENTE A1 22 Fecha de presentación: Fecha de publicación de la solicitud: Solicitantes: ORTUÑO SÁEZ, Enrique (0.0%) C/ Uruguay, Pol. Ind. Oeste San Ginés (Murcia) ES 72 Inventor/es: ORTUÑO SÁEZ, Enrique 4 Título: Dispositivo controlador electrónico de potencia 74 Agente/Representante: GARCÍA EGEA, Isidro José 7 Resumen: Dispositivo controlador electrónico de potencia, del tipo de los que optimiza la energía eléctrica suministrada a los parámetros óptimos de la instalación caracterizado por comprender al menos un fusible (1) por fase que se deriva de la red (), estando dichos fusibles (1) conectados con unos segundos tiristores (2) comandados por unos terceros medios electrónicos de control (3) desde donde se deriva toda la intensidad a una reactancia (4) desfasadora conectada con la salida de la red (). ES A1

2 ES A DISPOSITIVO CONTROLADOR ELECTRÓNICO DE POTENCIA DESCRIPCIÓN El objeto de la presente invención es un dispositivo controlador electrónico de potencia, del tipo de los empleados para la optimización del suministro de energía eléctrica frente a los parámetros eléctricos de la instalación, gracias al empleo de unos medios electrónicos que analizan la energía absorbida por los equipos receptores y adapta el consumo a la carga real demandada. ESTADO DE LA TÉCNICA 1 En la actualidad, debido al auge del coste de la energía eléctrica tanto para el consumo en el hogar como, sobre todo, en el consumo industrial, se han implementado una cantidad de métodos, sistemas y dispositivos orientados a la optimización del gasto energético o eficiencia energética. Se entiende por eficiencia energética en el ámbito eléctrico, la reducción de las potencias y energías demandadas al sistema eléctrico sin que afecte al desempeño de las actividades normales de hogares, industrias, comercios o cualquier tipo de usuario. Por ello, para conseguir una instalación eléctrica eficiente, se deberá optimizar tanto técnica como económicamente principalmente a través de cuatro factores: 2 a) Gestión y optimización de la contratación. b) Gestión interna de la energía mediante sistemas de medida y supervisión. c) Gestión de la demanda. d) Mejoras de la productividad mediante el control y eliminación de las perturbaciones. 30 La invención aquí preconizada se enmarca dentro de este último punto, en donde la incorporación progresiva de equipos de electrónica de potencia como variadores de velocidad o arrancadores, presenta ventajas a nivel de ahorro energético y facilidad de regulación. No obstante, su empleo comporta la generación de fugas de tierra y mala calidad de onda, como corrientes armónicas y de alta frecuencia. 3 Para evitar dicho problema técnico, existen una serie de soluciones en el mercado, que dan 2

3 ES A respuesta particular a cada uno de los factores (externos o internos) que influyen en el flujo eléctrico, como por ejemplo: - Baterías de condensadores: se emplean para compensar consumos de energía reactiva por equipos inductivos (motores). Los condensadores introducen un consumo de energía reactiva capacitiva (negativa) que compensa la reactiva inducida (positiva), haciendo que el balance global de energía consumida se aproxime lo máximo posible a cero. Para su correcto funcionamiento, estas baterías de condensadores deben contar con una regulación automatizada. 1 Su principal inconveniente es que estos equipos únicamente compensan la energía reactiva consumida normalmente en la instalación, pero añaden un pequeño consumo de energía activa a la instalación. - Transformadores de tensión: se emplean para reducir la tensión de alimentación de la instalación y así conseguir que la potencia consumida por los equipos receptores sea menor. 2 El inconveniente de esta solución, es que este tipo de equipo presenta un riesgo para los equipos consumidores de energía, en especial para los motores de inducción, ya que provocan que el arranque de los mismos sea más lento y como consecuencia supondrá un mayor calentamiento del motor, ocasionando posibles roturas prematuras en los equipos. Por otra parte, los equipos electrónicos que incorporen fuentes conmutadas, pueden sufrir fallos prematuros al estar constantemente compensando esa bajada de tensión Sistema electrónico de corte de ciclo: se emplean para eliminar parte del ciclo senoidal suministrado a los consumidores, y gracias a ello, la intensidad no entregada no es contabilizada por las compañías suministradoras, ya que no es consumida por los equipos. 3 El inconveniente de esta solución es que como consecuencia de recortar la onda eléctrica, se generan una serie de perturbaciones y armónicos que afectan directamente a todo equipo conectado a la red, con especial incidencia en los equipos electrónicos. 3

4 ES A Además, si en el tiempo que no hay suministro eléctrico como consecuencia del recorte del ciclo senoidal es excesivo, al intentar maximizar el ahorro producido por los cortes y en donde los usuarios no pueden realizar ningún trabajo. Se corre el riesgo de perder efectividad en el trabajo de las máquinas e incluso provocar un fallo crítico en las mismas. Existen a su vez soluciones más complejas para la consecución de ahorro eléctrico. Ejemplo de esto es la patente española ES A1 que describe un filtro de secuencia integral para instalaciones eléctricas con neutro, caracterizado esencialmente porque consiste en un dispositivo trifásico, con neutro, constituido por elementos de naturaleza eléctrica y electrónica, capaz de transformar los receptores, fijos y variables, de las instalaciones eléctricas con conductor neutro en trifásicos, en estrella equilibrada, resistivos y lineales, incluso cuando las tensiones de la red eléctrica son desequilibradas, que consta de dos partes fundamentales: 1 a) un equipo de filtrado y compensación, que suministra al receptor la corriente reactiva (de secuencia directa y frecuencia fundamental), por lo que su reactancia a la frecuencia fundamental debe ser igual y contraria a la del receptor para dicha frecuencia; y que también suministra al receptor la corriente de distorsión mediante filtros de armónicos, que abarcan a todo el espectro de la perturbación armónica y están conectados en paralelo con cada fase del receptor b) un filtro de secuencia propiamente dicho que proporciona al receptor las corrientes de desequilibrio, de distinta secuencia de fases que la principal del generador, y está formado, a su vez, por un filtro de secuencia homopolar, con elementos de naturaleza eléctrica y electrónica conectados en estrella, y un filtro de secuencia no principal (inversa, generalmente), integrado también por elementos de naturaleza eléctrica y electrónica conectados en triángulo, cuyos valores se deducen de las admitancias de las fases del receptor, y está conectado a la red eléctrica y al receptor conjuntamente con el equipo de filtrado y compensación. Ejemplo de esto es también la patente española ES A1 que describe un compensador de corrientes eléctricas que comprende un convertidor de potencia, una pluralidad de sensores de las corrientes compensadoras y de carga, un filtro a la entrada del convertidor y medios de control digitales del convertidor caracterizado por el hecho de que los medios de control digitales comprenden bancos de filtros selectivos digitales para el 4

5 ES A análisis de las corrientes de carga, por el hecho de que dichos sensores de las corrientes compensadoras están conectados a la salida del filtro por el lado de la red y por el hecho de que dichas corrientes compensadoras se controlan mediante una batería de resonadores digitales. Por último, el propio solicitante es titular del modelo de utilidad español ES U que describe un dispositivo ahorrador de energía eléctrica para electrodomésticos y maquinaria en general, caracterizado por constar de un circuito eléctrico compuesto por dos bobinas de autoinducción acopladas en serie y cuatro condensadores acoplados en paralelo. EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN 1 El problema técnico que resuelve la presente invención es conseguir reducir el consumo de cualquier instalación eléctrica obteniendo el mismo rendimiento. Para ello, el dispositivo controlador de potencia, objeto de la presente invención está caracterizado esencialmente por comprender al menos un fusible por fase que se deriva de la red y donde dichos fusibles están además conectados con unos segundos tiristores comandados por unos terceros medios electrónicos de control desde donde se deriva toda la intensidad a una reactancia desfasadora conectada con la salida hacia la red. Gracias al circuito descritos se analiza la energía absorbida por los equipos receptores y se adapta el consumo a la carga real demanda, consiguiendo la optimización de los distintos parámetros eléctricos de la instalación El dispositivo aquí preconizado controla el voltaje, la frecuencia e intensidad suministrada por el proveedor eléctrico y lo adecua a las necesidades de la instalación. De esta manera, se consigue un importante ahorro, al compensar las lecturas de estos indicadores, y hacerlas que funcionen dentro de unos valores programados (valores estándar de la red), y por tanto, se obtiene el mismo rendimiento sin malgastar energía. Los medios electrónicos de control llevan programado un algoritmo matemático que consigue la compensación de una manera automática, dentro de los valores más eficientes de funcionamiento de la instalación. Por ello, los medios electrónicos de control manejan unos tiristores y unas reactancias sintonizadas en fase, que son los que actúan sobre la línea de distribución eléctrica, para optimizar su flujo y compensar la intensidad a la carga de

6 ES A la instalación. El uso de este dispositivo, permite entre otras medidas, la atenuación de los picos de arranque comportándose como un variador de frecuencia, y en líneas muy desestabilizadas, con un encendido y apagado de los receptores, optimizando la instalación. Por todo ello, el dispositivo objeto de la presente invención, permite mejorar la eficacia de la instalación debido a: 1 - Un mayor control de flujo de potencia. - Operar con niveles de carga seguros (sin sobrecargas), y cercanos a los límites térmicos de las líneas. - Mayor capacidad de transferencia de potencia entre áreas controladas. - Prevención de salidas de servicio en cascada, limitando el efecto de fallas en los sistemas y equipos. - Amortiguar oscilaciones del sistema de potencia, que dañan los equipos y limitan la capacidad de transmisión disponible. El dispositivo controlador de potencia, está basado en la posibilidad de manejar parámetros interrelacionados que restringen los sistemas (impedancias serie y shunt, ángulo de fase, oscilaciones a frecuencias subsíncronas), permitiendo además operar las líneas de transmisión cerca de sus límites térmicos. 2 La potencia eléctrica que fluye por una línea, no depende de los propietarios, de los contratos, ni de los limites térmicos, sino más bien de los parámetros físicos de la red: voltaje en los extremos de la línea, impedancia de la línea, ángulo de fase del voltaje, y corriente que se presentan al comienzo y al final de cada línea Inicialmente, en la salida del sistema en ausencia de carga existe una tensión de referencia. Cada 1 segundos aproximadamente, el sistema efectúa un test de chequeo de la impedancia de la línea. Si el dispositivo no detecta una carga conectada apreciable, se mantiene con una tensión fluctuante de aproximadamente el tres por ciento de diferencia con la red. Al detectar una carga, según la intensidad motorizada, la salida efectuará un control automático de ganancia de salida, efectuando variaciones de voltaje y frecuencia, según la carga conectadas al dispositivo, siempre dentro del rango normal de parámetros de 6

7 ES A funcionamiento. El ahorro total de energía del tipo de carga conectada, resistiva, inductiva y capacitiva, y también el régimen de funcionamiento. Con los modelos actuales el ahorro oscila entre el 8 y el 30% de energía eléctrica. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, la palabra comprende y sus variantes no pretender excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. 1 BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS FIGURAS A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. FIG. 1 muestra una vista esquemática de los componentes que conforman el dispositivo controlador electrónico de potencia, objeto de la presente invención REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN En la figura adjunta se muestra una realización preferida de la invención. Más concretamente, el dispositivo controlador electrónico de potencia, objeto de la presente invención, está caracterizado por comprender al menos un fusible (1) por fase que se deriva de la red (). Estando conectados eléctricamente dichos fusibles (1) con unos segundos tiristores (2) comandados por unos terceros medios electrónicos de control (3) desde donde se deriva toda la corriente eléctrica a una reactancia (4) desfasadora conectada con la salida de la red (). 3 En una realización práctica no limitativa, el dispositivo irá conectado por un lado a un primer interruptor general que le precede, y de otro lado, al cuadro de protección de la instalación 7

8 ES A que le sucede y que además incorpora una toma de tierra () conectada con la reactancia (4). Los medios electrónicos de control (3) se componen preferentemente de un microcontrolador alimentado por una fuente de alimentación. Dichos medios electrónicos de control (3) están configurados para ejecutar un algoritmo de control de fase de la corriente alterna, de tal forma que pueda realizar las siguientes funciones: 1 - Estabilizador interno de tensión. - Bloque comparador - Monitor de intensidad - Generador de pulsos. - Control de ángulo de fase. - Coseno Φ constante 2 El principio de funcionamiento del dispositivo se basa en controlar el porcentaje de energía eléctrica aplicada a las cargas con el método de control de fase de onda completa doble flujo, partiendo del paso por cero de cada semionda de la corriente alterna, reduciendo de esta forma la corriente aplicada a las cargas desde un % hasta un 30% según el tipo de instalación, sin reducir el rendimiento de dichas cargas, ya que la tensión de pico de la tensión de red no es alterada. Este control se realiza gracias a unos medios electrónicos (3) que l realizan el control de fase de la corriente alterna aplicada a las cargas por medio de tiristores (2) para corrientes de hasta.000 Amperios, para cargas mixtas (resistivas, inductivas y capacitivas) 30 3 En el caso de una reducción del 1% de energía en una instalación de red alterna de 400V, los tiristores (2) se disparan con un ángulo a equivalente al 2% de la semionda alterna, de esta forma las cargas permanecen controladas cada semionda, una vez superado el 2% se dispara el Tiristor (2) controlando las cargas a la tensión de red. Desde el 2% al 98% de la semionda alterna, la tensión de pico de 400V no es alterada ya que dicho pico de tensión se encuentra en el 0% de la semionda y este es aplicado a las cargas. El funcionamiento es similar a un interruptor automático que en cada semionda de la corriente alterna de red controla las cargas hasta el primer semiciclo de la semionda, repitiéndolo de forma continuada 0 veces por segundo. 8

9 ES A REIVINDICACIONES 1. Dispositivo controlador electrónico de potencia, del tipo de los que optimiza la energía eléctrica suministrada a los parámetros óptimos de la instalación caracterizado por comprender al menos un fusible (1) por fase que se deriva de la red (), estando dichos fusibles (1) conectados con unos segundos tiristores (2) comandados por unos terceros medios electrónicos de control (3) desde donde se deriva toda la intensidad a una reactancia (4) desfasadora conectada con la salida de la red (). 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la reactancia (4) incorpora una toma de tierra () Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde los medios electrónicos de control (3) están configurados por un micro-controlador alimentado por una fuente de alimentación; en donde dicho micro-controlador lleva programado un algoritmo matemático para realizar el control de fase de la corriente alterna, comparando los parámetros de entrada de la red () con las necesidades de la instalación, reduciendo la carga aplicada a las cargas. 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el dispositivo está conectado a un primer interruptor general a su entrada, y al cuadro de protección de la instalación a su salida. 9

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11 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 21 N.º solicitud: Fecha de presentación de la solicitud: Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA 1 Int. Cl. : G0F1/66 (06.01) H02J3/18 (06.01) DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría 6 Documentos citados Reivindicaciones afectadas X X A "Sistema activo de ahorro Energético ECOELECTRIC US A (LINDAUER LOUIS F et al.) , descripción; figuras. CN A (HUNAN GUXUN ENERGY SAVING TECHNOLOGY CO LTD) , Resumen BASE DE DATOS WPI en Derwent Publications Ltd., (Londres, GB), figuras; Resumen BASE DE DATOS EPODOC en EPOQUE, figuras Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado para todas las reivindicaciones para las reivindicaciones nº: Fecha de realización del informe Examinador M. P. López Sabater Página 1/4

12 INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA Nº de solicitud: Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G0F, H02J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, Internet Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

13 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: Fecha de Realización de la Opinión Escrita: Declaración Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones 1-4 SI Reivindicaciones NO Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Reivindicaciones SI Reivindicaciones 1-4 NO Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). Base de la Opinión.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

14 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: Documentos considerados.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. Documento Número Publicación o Identificación Fecha Publicación D01 "Sistema activo de ahorro Energetico ECOELECTRIC" consumo-eficiente/el-sistema-activo-de-ahorro-energetico- ECOELECTRIC.pdf 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración Reivindicación 1: El documento del estado de la técnica anterior D01 divulga un dispositivo controlador electrónico de potencia, del tipo de los que optimizan la energía eléctrica suministrada a los parámetros óptimos de la instalación, que comprende al menos un fusible por fase que se deriva de la red, estando dichos fusibles conectados con unos interruptores electrónicos comandados por unos medios electrónicos de control desde donde se deriva toda la intensidad a una reactancia desfasadora conectada con la salida de la red. La única diferencia entre D01 y esta primera reivindicación consiste en que en este documento no se especifica la naturaleza de los medios electrónicos utilizados. Sin embargo, el empleo de tiristores sería una de las posibles opciones conocidas para un experto en la materia. Por lo tanto, esta primera reivindicación carece de actividad inventiva según el artículo 8 de la ley de patentes 11/86. Reivindicaciones dependientes: Las reivindicaciones dependientes 3 y 4 también están recogidas en D01, por lo que también carecerán de actividad inventiva. En cuanto a la reivindicación número 2, se trata de una opción obvia para un experto en la materia que tampoco requiere actividad inventiva alguna. Informe del Estado de la Técnica Página 4/4