Dispositivo, sistema y método para ahorrar energía basado en un IGBT/FET.

Un sistema de ahorro de energía (1) comprendiendo: un medio para introducir (2) una cantidad predeterminada de energía entrante en dicho sistema de ahorro de energía;



un medio para detectar dicha cantidad predeterminada de energía entrante introducida en dicho sistema de ahorro de energía;

un medio para acondicionar (4) al menos una señal analógica de dicha energía;

un medio para determinar (5) al menos un punto de cruce por cero voltios de dicha al menos una señal analógica acondicionada; un medio para identificar (8) al menos un semiciclo positivo y al menos un semiciclo negativo de la citada al menos una señal analógica acondicionada;

un medio para encaminar dicho al menos un semiciclo positivo de dicha al menos una señal analógica acondicionada y dicho al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica acondicionada hacia al menos un procesador de señal digital para procesar dicha al menos una señal analógica;

un medio para reducir dicha al menos una señal analógica condicionada de dicha cantidad predeterminada de energía para generar una cantidad reducida de energía, en la que dicho medio para reducir comprende al menos una unidad de control (15); y

un medio para extraer (17) dicha energía reducida de dicho sistema de ahorro de energía en el que dicha al menos una unidad de control (15) comprende un transistor de control de semiciclo positivo IGBT/FET (54) configurado para proporcionar una modulación de ancho de pulso a dicho al menos un semiciclo positivo de dicha al menos una señal analógica acondicionada, un transistor de control de semiciclo negativo IGBT/FET (58) configurado para proporcionar una modulación de ancho de pulso a dicho al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica acondicionada,

un primer transistor de control en derivación IGBT/FET (59) y un segundo transistor de control en derivación (60) configurados como conmutadores de encaminamiento para fijar una fuerza contraelectromotriz.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/009393.

Solicitante: THE POWERWISE GROUP, INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 4855 TECHNOLOGY WAY, SUITE 550 BOCA RATON, FL 33431 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: LUMSDEN,JOHN L.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02P1/24 ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 1/00 Disposiciones para arrancar motores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos (arranque de motores síncronos con conmutadores electrónicos H02P 6/20, H02P 6/22; arranque de motores dínamoeléctricos que giran paso a paso H02P 8/04; control vectorial H02P 21/00). › para hacer arrancar individualmente un motor de colector (arranque de motores de colectores de corriente alterna y corriente continua H02P 1/18).

PDF original: ES-2417492_T3.pdf

 

Dispositivo, sistema y método para ahorrar energía basado en un IGBT/FET.

Fragmento de la descripción:

DISPOSITIVO, SISTEMA Y MÉTODO PARA AHORRAR ENERGÍA BASADO EN UN IGBT/FET

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN [0001] Esta invención hace referencia a dispositivos, sistemas y métodos de ahorro de energía, más específicamente, a un transistor bipolar de puerta aislada/transistor de efecto campo (IGBT/FET) basado en un dispositivo, sistema y método de ahorro de energía para su uso en el que se ahorra una cantidad predeterminada de tensión por debajo de una línea de tensión nominal y/o por debajo de una tensión de aplicación nominal, conservando así energía. [0002] Desde la revolución industrial, el consumo de energía mundial ha aumentada de forma constante. La mayoría de la energía generada y consumida proviene de la combustión de combustibles fósiles, una fuente natural no renovable que se está agotando rápidamente. A medida que continúan agotándose las fuentes naturales de la Tierra, la generación y conservación de la energía se ha convertido en un importante problema creciente entre los gobiernos tanto de este país como los extranjeros. Además, no sólo son los gobiernos quienes se preocupan por la generación y conservación de la energía, sino también las empresas y consumidores preocupados por el rápido aumento del coste de dichas fuentes. [0003] No solo existe una preocupación global por la generación y conservación de la energía, sino que también existe una preocupación por la distribución de energía, especialmente en la economías emergentes. Pese a que la generación y conservación de energía son de gran importancia, el problema de su distribución también es un gran problema ya que incluye la infraestructura existente que normalmente es inadecuada para distribuir de manera correcta la energía y no está preparada todavía para poder mejorarla. Esta situación problemática se manifiesta en las "caídas de tensión" en las que una tensión nominal CA no puede mantenerse en el caso de una sobrecarga de red/generación.

Actualmente, las entidades gubernamentales y las compañías eléctricas intentan remediar los incidentes por caídas de tensión elevando la tensión CA o añadiendo una restricción de la generación de energía en ubicaciones apropiadas de la red de energía. Este método normalmente tiene como resultado una amplia disparidad de tensiones disponibles para los consumidores en hogares y/o empresas. Los aumentos de tensión pueden oscilar entre el diez por ciento y el quince por ciento (10% -15%) y, ya que la energía se calcula mediante Tensión2/carga, el resultado de este “remedio" de las entidades gubernamentales y compañías eléctricas recae en un aumento del coste para el consumidor de hasta el veinticinco por ciento (25%) . Por lo tanto, en lugar de conservar energía, las entidades gubernamentales y las compañías eléctricas la agotan.

Además, pese a que muchos aparatos y equipos utilizados en empresas y hogares son capaces de llevar funcionar, exactamente según la especificación, con la tensión nominal menos el diez por cierto (10%) , la mayoría de dispositivos de ahorro de energía no aprovechan esta característica. Así, este potencial añadido de ahorrar energía suele ignorarse con frecuencia.

Por lo tanto, existe la necesidad de un dispositivo, sistema y método de ahorro de energía basado en un IGBT/FET, en el que se ahorra una cantidad predeterminada de tensión por debajo de una línea nominal de tensión y/o por debajo de una tensión nominal del aparato, conservando así energía. [0007] La técnica anterior pertinente incluye las siguientes referencias:

Patente/ Núm. de serie Inventor Fecha de

(EE.UU. excepto si se indica lo expedición/publicación

contrario)

6.664.771 Scoggins et al.

6.486.641 Scoggins et al.

2005/0068013 Scoggins

6.489.742 Lumsden

7.010.363 Donnelly et al.

5.652.504 Bangerter

5.625.236 Lefebvre et al.

5.543.667 Shavit et al.

5.442.335 Cantin et al.

5.134.356 El-Sharkawi et al.

5.003.192 Beigel

3.959.719 Espelage

4.706.017 Wilson

2007/0279053 Taylor et al.

6.963.195 Berkcan

6.184.672 Berkcan

3.582.774 Forgacs

5.994.898 DiMarzio et al.

7.358.724 Taylor et al.

7.259.546 Hastings et al.

7.250.748 Hastings et al.

7.298.132 Woolsey et al.

7.298.133 Hastings et al.

7.157.898 Hastings et al.

6.912.911 Oh et al.

5.180.970 Ross

6.414.475 Dames et al.

2008/0084201 Kojori

7.358.724 Taylor et al.

6.426.632 Clunn

6.265.881 Meliopoulos et al.

5.202.621 Reischer

4.616.174 Jorgensen

4.513.274 Halder

4.096.436 Cook et al.

3.976.987 Anger

2008/0084200 Kojori

2004/0239335 McClelland et al.

7.301.308 Aker et al.

6.548.989 Duff, Jr.

6.548.988 Duff, Jr.

7.245.100 Duff, Jr.

7.205.822 Torres et al.

7.091.559 Fragapane et al.

(continúa)

Patente/ Núm. de serie Inventor Fecha de (EE.UU. excepto si se indica lo expedición/publicación contrario)

6.724.043 Ekkanath Madathil

6.618.031 Bohn, Jr. et al.

6.411.155 Pezzani

5.559.685 Lauw et al.

6.055.171 Ishii et al.

7.355.865 Royak et al.

7.123.491 Kusumi

6.650.554 Darshan

5.946.203 Jiang et al.

5.936.855 Salmon

5.600.549 Cross

4.679.133 Moscovici 2008/0043502 Billig et al.

El documento US 5747972 describe un conversor CA/CA comprendiendo un controlador de factor de potencia y un filtro de salida. Un controlador lógico dirige cuatro conmutadores semiconductores de energía con una modulación de ancho de pulso sincronizada con la polaridad detectada de la línea de tensión entrante.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El objetivo principal de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET, en el que se ahorra una cantidad predeterminada de tensión por debajo de una línea de tensión nominal, conservando así energía.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET en el que se ahorra una cantidad predeterminada de tensión por debajo de una tensión de aplicación nominal, conservando así energía. [0011] Un objetivo adicional de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET, que puede utilizarse para una variedad de aplicaciones,

incluyendo, sin carácter limitativo, los dispositivos de ahorro de energía domésticos, reguladores del motor, reguladores de pequeños aparatos y cualquier aplicación en la que se requiera la medición de corriente CA. [0012] Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que puede utilizarse para: los reguladores de frigoríficos;

congeladores; climatizadores; motores eléctricos CA y tensión CA; dispositivos de ahorro de energía domésticos monofásicos, bifásicos o polifásicos; dispositivos de ahorro de energía comerciales e industriales; y reguladores de tensión CA. [0013] Un objetivo adicional de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que elimina virtualmente las caídas de tensión provocadas por una sobrecarga de energía en una red eléctrica.

Un objetivo adicional de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que reduce una carga sobre una red eléctrica. [0015] Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que puede utilizarse para reducir la carga impuesta sobre la red

eléctrica durante los momentos de máxima carga. [0016] Otro objetivo adicional de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que permite a las entidades gubernamentales y/o compañías eléctricas controlar la energía desde la perspectiva de la demanda en lugar de la perspectiva de producción y/o entrega.

Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que reduce su coste después de que el coste inicial del equipo utilizado en el sistema se amortice. [0018] Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET que proporcione control y regulación precisa de la energía.

Otro objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo, sistema y método basado en un IGBT/FET, en el que el dispositivo puede programarlo un usuario para activarse en un... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de ahorro de energía (1) comprendiendo: un medio para introducir (2) una cantidad predeterminada de energía entrante en dicho sistema de ahorro de energía;

un medio para detectar dicha cantidad predeterminada de energía entrante introducida en dicho sistema de ahorro de energía;

un medio para acondicionar (4) al menos una señal analógica de dicha energía; un medio para determinar (5) al menos un punto de cruce por cero voltios de dicha al menos una señal analógica acondicionada; un medio para identificar (8) al menos un semiciclo positivo y al menos un semiciclo negativo de la citada al menos una señal analógica acondicionada;

un medio para encaminar dicho al menos un semiciclo positivo de dicha al menos una señal analógica acondicionada y dicho al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica acondicionada hacia al menos un procesador de señal digital para procesar dicha al menos una señal analógica; un medio para reducir dicha al menos una señal analógica condicionada de dicha cantidad predeterminada de energía para generar una cantidad reducida de energía, en la que dicho medio para reducir comprende al menos una unidad de control (15) ; y un medio para extraer (17) dicha energía reducida de dicho sistema de ahorro de energía

en el que dicha al menos una unidad de control (15) comprende un transistor de control de semiciclo positivo IGBT/FET (54) configurado para proporcionar una modulación de ancho de pulso a dicho al menos un semiciclo positivo de dicha al menos una señal analógica acondicionada, un transistor de control de semiciclo negativo IGBT/FET (58) configurado para proporcionar una modulación de ancho de pulso a dicho al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica acondicionada,

un primer transistor de control en derivación IGBT/FET (59) y un segundo transistor de control en derivación (60) configurados como conmutadores de encaminamiento para fijar una fuerza contraelectromotriz.

2. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo de ahorro de energía no está configurado para controlar las características de una carga a la que está conectado.

3. El sistema de ahorro de energía de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de ahorro de energía está configurado para controlar una pluralidad de cargas.

4. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo de ahorro de energía está configurado para utilizarlo con los controladores de los frigoríficos; congeladores; climatizadores; motores eléctricos CA y tensión CA; dispositivos de ahorro de energía

domésticos polifásicos, bifásicos o monofásicos; dispositivos de ahorro de energía comerciales e industriales; o reguladores de tensión CA.

5. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho sistema 5 también comprende un medio para comunicar con al menos un dispositivo informático.

6. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio para encaminar consiste en un dispositivo lógico (9) , y en el que el dispositivo lógico se encuentra en conexión eléctrica con dicha al menos una unidad de control (15) .

7. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dispositivo lógico se encuentra en conexión eléctrica con dicho medio para determinar al menos un punto de cruce por cero voltios de dicha al menos una señal analógica acondicionada.

8. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dispositivo lógico (9) se encuentra en conexión eléctrica con dicho medio para identificar al menos un semiciclo positivo y al menos un semiciclo negativo (8) de dicha al menos una señal analógica acondicionada.

9. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo de ahorro de energía también comprende una alimentación eléctrica (12) configurada para proporcionar una línea de tensión dividida destinada a utilizarse con el sistema de ahorro de energía.

10. Un método para reducir el consumo de energía mediante el sistema de ahorro de energía (1) comprendiendo:

a. la introducción de una cantidad predeterminada de energía entrante con al menos una señal analógica en dicho sistema de ahorro de energía;

b. la detección de dicha cantidad predeterminada de energía entrante introducida en dicho sistema de ahorro de energía;

c. la determinación de al menos dos puntos de cruce por cero voltios de 30 dicha al menos una señal analógica;

d. la identificación de al menos un semiciclo positivo de al menos una señal analógica y al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica;

e. el encaminamiento de dicho al menos un semiciclo positivo de dicha al menos una señal

analógica y dicho al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica hacia al 35 menos un procesador de señal digital;

f. el procesamiento de dicha al menos una señal analógica;

g. la reducción de dicha cantidad predeterminada de energía proporcionando una modulación de

ancho de pulso a dicha al menos una señal analógica para generar una cantidad de energía 40 reducida; y

h. la extracción de dicha cantidad reducida fuera de dicho sistema de ahorro de energía; en el que dicha reducción comprende la configuración de un transistor de control de semiciclo positivo IGBT/FET (54) para proporcionar una modulación de ancho de pulso sobre dicho al menos un semiciclo positivo de dicha al menos una señal analógica, una configuración del transistor de control de semiciclo negativo IGBT/FET (58) para proporcionar una modulación de ancho de pulso a dicho al menos un semiciclo negativo de dicha al menos una señal analógica, una configuración del primer transistor de control en derivación IGBT/FET (59) y del segundo transistor de control en derivación IGBT/FET (60) como conmutadores de encaminamiento para fijar una fuerza contraelectromotriz.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el sistema de ahorro de energía no controla las características de una carga a la que está conectado.

12. El sistema de ahorro de energía de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el dispositivo de 15 ahorro de energía se utiliza para controlar una pluralidad de cargas.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 10 en el que el sistema de ahorro de energía se utiliza para los controladores de los frigoríficos; congeladores; climatizadores; motores eléctricos CA y tensión CA; dispositivos de ahorro de energía domésticos polifásicos, bifásicos o monofásicos;

dispositivos de ahorro de energía comerciales e industriales; o reguladores de tensión CA.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el método también comprende la detección de una pérdida de fase de dicha al menos una señal analógica.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el método también comprende la detección de una rotación de fase de dicha al menos una señal analógica.

Vout : tensión de salida Vin: tensión de entrada Over_Current: sobrecorriente Current_HI: corriente alta Current_LO: corriente baja GND: toma de tierra

GND: toma de tierra NC: normalmente cerrado

A amplificador:

GND: toma de tierra

GND: toma de tierra

GND: toma de tierra

GND: toma de tierra A: amplificador NC: normalmente cerrado V: tensión

GND: toma de tierra

GND: toma de tierra

Configuración Modooperacional Regulacióndetensión Reduccióndetensión Reduccióndeahorro

Modooperacional Permitirinicioaleatorio Tiempodeiniciosuave (Segs)

Calibración Factordecalibracióndeentrada Factordecalibracióndesalida Factordecalibracióndecorriente Rotaciónderecha Fase Monofásico Bifásico Trifásico FA FA FA

Rotaciónizquierda Puntosdereferencia

ReduccióndetensiónRegulacióndetensión Puntosdereferencia (RMS) Reduccióndetensión Regulacióndetensión LímitemásbajoRMS

Reduccióndeahorro Reduccióndeahorro LímitemásbajoRMS

Cancelar

Panel Frontal PowerWise Archivo Herramientas Ayuda Fase 3

Fase 1 Fase 2 Tensión Tensión Tensión Fase 1 Fase 2 Fase 3

Corriente Corriente Corriente Derecha Rotación de fase Frecuencia Ahorro Completado


 

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