DISPOSITIVO DE REGULACIÓN DE TENSIÓN.

Dispositivo de regulación de tensión (20) que comprende un transformador (22) adaptado para conectarlo a un suministro eléctrico (11,

12, 13), unos medios de conmutación cíclica (23) conectados al transformador para controlar su tensión de salida, y unos medios (24) que reaccionan ante un aumento en la temperatura de funcionamiento del transformador y que están conectados a los medios de conmutación cíclica, a fin de controlar dicha temperatura de funcionamiento, caracterizado porque el transformador es un autotransformador (22) y porque dichos medios de conmutación cíclica aumentan dicha tensión de salida del autotransformador como reacción ante un aumento en dicha temperatura de funcionamiento para controlar así dicha temperatura de funcionamiento

La presente invención se refiere al control de la tensión en el suministro eléctrico de una propiedad con el objeto de ahorrar energía y mejorar el rendimiento y 5 prolongar la vida útil de los aparatos eléctricos conectados al suministro, y también se refiere a un dispositivo de regulación de tensión para dicho fin.

En muchas regiones del mundo, las compañías de distribución de electricidad suministran energía a los 10 consumidores en el límite superior de un intervalo de tensiones permitido. Por ejemplo, en el Reino Unido y en ciertas regiones del mundo, la tensión de alimentación típica puede ser de aproximadamente 240 voltios, mientras que el intervalo de tensiones permitido por la normativa 15 europea es de 216 a 252 V. Reducir la tensión suministrada hasta, pongamos por caso, 230 V no tendría ningún impacto negativo sobre el consumidor y, de hecho, se pueden obtener muchas ventajas manteniendo el suministro en 230 V. Entre estas ventajas se incluyen una reducción en el 20 coste de la energía consumida, un aumento en la vida media de los aparatos eléctricos y una reducción en el exceso de emisiones de CO2 causadas por suministrar electricidad a un nivel alto de tensión que resulta excesivo. Se ha demostrado que una reducción del 5% en la tensión 25 producirá una reducción media en el consumo de energía del 8%.

Los aparatos eléctricos más recientes que se fabrican para su uso en Europa están diseñados para funcionar a una tensión nominal de 230V. Si estos aparatos 30 se ponen en marcha a una tensión más alta, se reducirá su vida media. Con la tensión que se suministra normalmente, a un nivel de 240V o superior, esto supone no solo un despilfarro de energía, sino un acortamiento considerable de la vida media de, por ejemplo, las bombillas y de 35

artículos de consumo caros como pueden ser los televisores.

El ahorro de energía y la reducción de las emisiones de carbono se encuentran entre las principales prioridades para la mayoría de los gobiernos. Con el aumento de la 5 demanda a la que se someten las redes de energía eléctrica, los gobiernos buscan nuevas fuentes de generación de energía al tiempo que deben cumplir los acuerdos del Protocolo de Kyoto sobre reducción de emisiones de CO2. De este modo, la adopción generalizada 10 de un dispositivo de regulación de tensión particularmente, aunque no exclusivamente, para usos domésticos y comerciales daría lugar a un sistema de gestión de la energía distribuida que reduciría la demanda de energía que sufren las redes de energía eléctrica y 15 ayudaría a reducir las emisiones causadas por las centrales de energía.

Por lo tanto, la presente invención tiene por objeto proporcionar un dispositivo de regulación de tensión que se pueda instalar fácilmente en una propiedad y que sea lo 20 suficientemente compacto y barato de fabricar para animar a los consumidores a que adquieran y utilicen dicho dispositivo. Los dispositivos de regulación de tensión son conocidos. El documento EP-A-1294087 describe un dispositivo de regulación de tensión que comprende un 25 transformador adaptado para conectarlo a un suministro eléctrico, unos medios de conmutación cíclica conectados con el transformador para controlar su tensión de salida, y unos medios que reaccionan ante un aumento en la temperatura de funcionamiento del transformador y están 30 conectados con los medios de conmutación cíclica con el fin de controlar dicha temperatura de funcionamiento.

También se conocen mecanismos similares que consisten en un autotransformador conectado al suministro eléctrico y que incluye unos medios de conmutación de 35

modulación de anchura de impulsos (PWM) o ángulo de fase que se pueden usar para conectar y desconectar el autotransformador del circuito cuando se precise para determine y controlar la tensión de salida suministrada a los aparatos. El control PWM se usa para variar la 5 duración del periodo de tiempo en el que el autotransformador está conectado y desconectado del circuito para controlar su tensión de salida. El dispositivo de regulación de tensión se usa para conmutar cargas inductivas. Se suelen usar circuitos de 10 amortiguación con pérdidas para conmutar cargas inductivas, pero se puede usar un método de conmutación suave para mejorar la eficiencia del dispositivo de regulación de tensión. Tal dispositivo se describe en un artículo de Prasad N. Enjeti titulado “An approach to 15 realize higher power PWM ac controller”, publicado en las actas de conferencias APEC del IEEE celebradas en 1993, y en la patente de EE.UU. 5747972. Estas publicaciones describen el uso de un autotransformador en una formación de tipo reductor (“buck”) conectado a un suministro de 20 electricidad y controlado mediante un controlador PWM para determinar una tensión de consigna que, para Europa, puede ser de 230V. El autotransformador se usa para regular la tensión de uso doméstico reduciendo la tensión hasta un valor de consigna si es demasiado alta o aumentándola 25 hasta el valor de consigna si es demasiado baja. El dispositivo descrito en el documento US574972 se aplica conectándolo al suministro de electricidad entrante a una propiedad, de manera que el dispositivo regule todo el suministro de energía a esa propiedad que incluye cargas 30 predominantemente resistivas, tales como cocinas eléctricas y duchas eléctricas, así como cargas altamente inductivas, tales como calderas, frigoríficos, etc.

En la típica residencia del Reino Unido, la unidad del consumidor a menudo está protegida por un interruptor 35

conmutador de 100 amperios y, de este modo, en cualquier dispositivo de regulación de tensión adaptado para su conexión a todos los circuitos se debe establecer un valor nominal para la corriente máxima de 100 amperios. Esto requiere un autotransformador que posea un valor nominal 5 del orden de 24kVA, lo cual resulta muy grande físicamente, pesado y caro. Por ejemplo, puede tener un exceso de peso de 35 kg y, en muchos casos, su coste compensaría su valor para controlar los niveles de tensión en el ámbito doméstico. Por lo tanto, para que un 10 regulador de tensión resulte eficaz y económicamente viable, se debe reducir considerablemente su tamaño, peso y coste.

Los ensayos han confirmado que algunas cargas obtienen grandes beneficios de la regulación de tensión, 15 por ejemplo, los circuitos de iluminación, frigoríficos/congeladores y aparatos que contengan motores o transformadores, mientras que las cargas resistivas de calentamiento, tales como las duchas, calentadores de inmersión y cocinas eléctricas, no se benefician del 20 control de tensión. Las cargas que obtienen beneficios del control de tensión tienden a representar la mayoría de la carga base de una propiedad y son responsables de la mayor parte del consumo de energía eléctrica (kWh). El control de tensión de los circuitos que contienen estas cargas 25 logrará los mayores niveles de ahorro al tiempo que minimiza el tamaño del autotransformador. Las cargas que no se benefician del control de tensión constituyen la mayor parte de las cargas de pico de corta duración que dan lugar a que en la conexión de la propiedad a la red Se 30 establezca un valor nominal de corriente mucho más alto que el que se exigiría a la carga base. Por lo tanto, no se controlarían los circuitos específicos que contienen cargas tales como cocinas eléctricas, duchas eléctricas y calentadores de inmersión. 35

La reducción del tamaño del autotransformador se ha logrado de acuerdo con la presente invención, proporcionando las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

Los medios de respuesta a la temperatura pueden 5 consistir en un termistor adaptado continuamente para medir la temperatura del autotransformador, o un cálculo de un modelo térmico para estimar la temperatura del núcleo del autotransformador, y, en el caso de que se produzca un aumento de dicha temperatura, para hacer que 10 la lógica de la conmutación aumente la tensión de salida del autotransformador.

El dispositivo puede incluir un conmutador de derivación de accionamiento automático para cortocircuitar el autotransformador si su tensión de salida es 15 sustancialmente igual a la del suministro eléctrico.

El dispositivo puede estar contenido en una unidad eléctrica de consumidor de tipo doméstico, en la que se proporcionan al menos dos terminales de salida, al menos uno de los cuales está destinado a suministrar energía 20 eléctrica a uno o más circuitos que se beneficiarán de la regulación de...

1. Dispositivo de regulación de tensión (20) que comprende un transformador (22) adaptado para conectarlo a un suministro eléctrico (11, 12, 13), unos medios de 5 conmutación cíclica (23) conectados al transformador para controlar su tensión de salida, y unos medios (24) que reaccionan ante un aumento en la temperatura de funcionamiento del transformador y que están conectados a los medios de conmutación cíclica, a fin de controlar 10 dicha temperatura de funcionamiento, caracterizado porque el transformador es un autotransformador (22) y porque dichos medios de conmutación cíclica aumentan dicha tensión de salida del autotransformador como reacción ante un aumento en dicha temperatura de funcionamiento para 15 controlar así dicha temperatura de funcionamiento.

2. Dispositivo de regulación de tensión según la reivindicación 1, en el que los medios de conmutación cíclica funcionan mediante una modulación de anchura de 20 impulsos (27) o control de ángulo de fase.

3. Dispositivo de regulación de tensión según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el autotransformador posee un valor nominal establecido para 25 una carga base de un circuito alimentado en lugar del valor nominal de máxima corriente del circuito alimentado.

4. Dispositivo de regulación de tensión según la reivindicación 3, en el que el autotransformador posee un 30 valor nominal establecido de manera que la carga base no sea superior a un cuarto del valor nominal de máxima corriente del circuito alimentado.

5. Dispositivo de regulación de tensión según 35

cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el autotransformador posee un valor nominal establecido para suministrar una corriente constante no superior a 50 amperios.

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6. Dispositivo de regulación de tensión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el autotransformador posee un valor nominal establecido para suministrar una corriente constante no superior a 20 amperios. 10

7. Dispositivo de regulación de tensión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de conmutación cíclica comprenden un microcontrolador (23) que incluye un dispositivo de 15 modulación de anchura de impulsos o control de ángulo de fase (27) para conmutar cargas eléctricas sin necesidad de circuitos amortiguadores.

8. Dispositivo de regulación de tensión según 20 cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el ciclo de servicio de los medios de conmutación cíclica se puede ajustar para determinar un valor de consigna para dicha tensión de salida.

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9. Dispositivo de regulación de tensión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de respuesta a la temperatura (24) consisten en un termistor, o un modelo térmico, adaptados continuamente para estimar o medir la temperatura de trabajo del 30 autotransformador y, en el caso de que se produzca un aumento en dicha temperatura, para hacer que la lógica de conmutación aumente el valor de consigna del autotransformador.

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10. Dispositivo de regulación de tensión según la reivindicación 8, en el que los medios de conmutación cíclica están configurados para aumentar gradualmente el valor de consigna a lo largo de un periodo predeterminado para generar una rampa ascendente en la tensión de salida. 5

11. Dispositivo de regulación de tensión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye un conmutador de derivación (26) de accionamiento automático para cortocircuitar el autotransformador si su 10 tensión de salida es sustancialmente igual a la del suministro eléctrico.

12. Dispositivo de regulación de tensión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que 15 el ciclo de servicio de los medios de conmutación cíclica se modula mediante una medición (21) de la tensión de salida del autotransformador.

13. Dispositivo de regulación de tensión según una 20 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el ciclo de servicio de los medios de conmutación cíclica se modula mediante una medición de la tensión de entrada del transformador.

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14. Unidad de consumidor (10) que comprende un dispositivo de regulación de tensión (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y en la que la unidad de consumidor está adaptada para conectarla a una red de suministro eléctrico (11, 12, 13) para una propiedad y en 30 la que se proporcionan al menos dos conjuntos de terminales de salida (14, 15), al menos uno (14) de los cuales está destinado a suministrar energía eléctrica a uno o más circuitos cuyas cargas no se beneficiarán de la regulación de tensión, y al menos otro circuito (15) cuyas 35

cargas se beneficiarán de la regulación de tensión, y el dispositivo de regulación de tensión está conectado entre la red de suministro eléctrico y los circuitos cuyas cargas se beneficiarán de dicha regulación de tensión.

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15. Unidad de consumidor según la reivindicación 14 contenida en una carcasa individual de la unidad del consumidor y que incluye en su interior al menos un interruptor miniaturizado (17) para circuitos no regulados por el dispositivo de regulación de tensión y al menos un 10 interruptor miniaturizado (17) para circuitos regulados por el dispositivo de regulación de tensión.

16. Unidad de consumidor según la reivindicación 14 o la reivindicación 15, en la que el dispositivo de regulación 15 de tensión posee un valor nominal establecido para la carga base en lugar del valor nominal de máxima carga del circuito o cada uno de los circuitos cuyas cargas se beneficiarán de la regulación de tensión.

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17. Unidad de consumidor según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en la que la red de suministro eléctrico es monofásica.

18. Unidad de consumidor según una cualquiera de las 25 reivindicaciones 14 a 16, en la que la red de suministro eléctrico es trifásica.