PL B1. POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL BUP 12/17. JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL WUP 05/18

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01R 19/14 ( ) H02H 1/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Detektor kierunku przepływu energii elektrycznej (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/18 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA OPOLSKA, Opole, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JAROSŁAW ZYGARLICKI, Krzyżowice, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Wiesława Surmiak PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest detektor kierunku przepływu energii elektrycznej w sieci prądu zmiennego, przeznaczony do instalacji w sieciach niskiego napięcia z układami odnawialnych źródeł energii. W znanym z dokumentacji SOLAR controls s.r.o.: Wattrouter M User Manual For Models: Wattrouter M SSR (WRM 01/06/12 and WT 02/10), Wattrouter M MAX (WRM 01/06/12 And WT 03/11), How To Fit And Setup The Device, wersja dokumentu: 2.0 z 16 grudnia 2013 r., rys. 8, s. 14, układzie zarządzania przepływem mocy prądu elektrycznego w systemach odnawialnych źródeł energii, przewód fazowy publicznej sieci elektroenergetycznej przechodzi przez rdzeń transformatora czujnika pomiaru natężenia prądu i dołączony jest do przewodu fazowego: instalacji elektrycznej budynku i systemu fotowoltaicznego oraz wejść zasilających fazowych: pierwszego i drugiego sterownika, końcówek pierwszych włączników: pierwszego, drugiego i trzeciego oraz końcówek pierwszych zestyków zwiernych przekaźników: pierwszego i drugiego, których końcówki drugie zestyków połączone są odpowiednio z końcówkami pierwszymi odbiorników rezystancyjnych: pierwszego oraz drugiego. Sterowane wyjścia fazowe sterownika: pierwsze, drugie, trzecie i czwarte połączone są odpowiednio z końcówkami pierwszymi odbiorników: rezystancyjnego trzeciego, rezystancyjnego czwartego, indukcyjnego pierwszego i indukcyjnego drugiego. Końcówki drugie włączników drugiego i trzeciego dołączone są do wejść zasilających fazowych: trzeciego i czwartego sterownika. Końcówka druga włącznika pierwszego dołączona jest do wejścia zasilającego fazowego piątego sterownika i do końcówki pierwszej cewki sterującej przekaźnika trzeciego, której końcówka druga cewki sterującej dołączona jest do linii informacji o drugiej taryfie opłat, publicznej sieci elektroenergetycznej. Końcówka pierwsza zestyku zwiernego przekaźnika trzeciego połączona jest z wyjściem pierwszym czujnika pomiaru natężenia prądu, wejściem sygnałowym pierwszym sterownika i z wejściem pierwszym miernika zużycia energii elektrycznej, którego wejście drugie połączone jest z wyjściem sygnałowym sterownika. Końcówka druga zestyku zwiernego przekaźnika trzeciego połączona jest z wejściem sygnałowym drugim sterownika. Wyjście sterujące pierwsze sterownika połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika pierwszego, której końcówka druga cewki sterującej połączona jest z wyjściem sterującym drugim sterownika. Wyjście sterujące trzecie sterownika połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika drugiego, której końcówka druga cewki sterującej połączona jest z wyjściem sterującym czwartym sterownika. Przewód neutralny publicznej sieci elektroenergetycznej połączony jest z przewodem neutralnym: instalacji elektrycznej budynku i systemu fotowoltaicznego oraz wejściem zasilającym neutralnym sterownika i z końcówkami drugimi odbiorników rezystancyjnych: pierwszego, drugiego, trzeciego i czwartego oraz z końcówkami drugimi odbiorników indukcyjnych: pierwszego i drugiego. Przewód ochronny publicznej sieci elektroenergetycznej połączony jest z przewodem ochronnym instalacji elektrycznej budynku i systemu fotowoltaicznego. Znany układ zarządzania przepływem energii elektrycznej w systemach odnawialnych źródeł energii ma złożoną konstrukcję, co przekłada się na wysoki koszt budowy systemu oraz jego zwiększoną awaryjność. Nadto znany układ wymaga zastosowania rozbudowanej instalacji elektrycznej, a obsługa jego jest skomplikowana. Istota detektora kierunku przepływu energii elektrycznej według wynalazku polega na tym, że końcówka fazowa pierwsza połączona jest z emiterem tranzystora pierwszego, z bazą tranzystora drugiego, z wejściem pierwszym napięcia zmiennego mostka Gretza i z końcówką pierwszą rezystora pierwszego. Końcówka druga rezystora pierwszego połączona jest z wejściem drugim napięcia zmiennego mostka Gretza, z emiterem tranzystora drugiego, z bazą tranzystora pierwszego i z końcówką fazową drugą. Wyjście dodatnie mostka Gretza połączone jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego i z wyjściem ujemnym mostka Gretza. Kolektor tranzystora pierwszego połączony jest z katodą diody prostowniczej pierwszej, a kolektor tranzystora drugiego połączony jest z anodą diody prostowniczej drugiej. Katoda diody prostowniczej drugiej połączona jest z anodą diody prostowniczej pierwszej, z katodą diody elektroluminescencyjnej trzeciej, z końcówką pierwszą kondensatora i z anodą diody elektroluminescencyjnej czwartej. Katoda diody elektroluminescencyjnej czwartej połączona jest z końcówką drugą rezystora drugiego, z końcówką drugą kondensatora, z anodą diody elektroluminescencyjnej trzeciej i z końcówką pierwszą rezystora trzeciego. Końcówka druga rezystora trzeciego połączona jest z końcówką neutralną pierwszą i z końcówką neutralną drugą detektora według wynalazku. Detektor kierunku przepływu energii elektrycznej według wynalazku może być elementem systemu automatyki zabezpieczeniowej sieci oraz służyć do zarządzania nadwyżką wytworzonej energii

3 PL B1 3 elektrycznej, zwłaszcza w instalacjach sieci niskiego napięcia z układami odnawialnych źródeł energii. Złożoność układowa detektora o niewielkich gabarytach według wynalazku jest niska przy wysokiej jego niezawodności, a koszty budowy niskie i obsługa prosta. Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku przedstawiającym układ detektora kierunku przepływu energii elektrycznej. Końcówka fazowa pierwsza Lp1 detektora według wynalazku połączona jest z emiterem tranzytora pierwszego T1, z bazą tranzystora drugiego T2, z wejściem pierwszym napięcia zmiennego mostka Gretza G i z końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1. Końcówką druga rezystora pierwszego R1 połączona jest z wejściem drugim napięcia zmiennego mostka Gretza G, z emiterem tranzystora drugiego T2, z bazą tranzystora pierwszego T1 i z końcówką fazową drugą Lp2. Wyjście dodatnie mostka Gretza G połączone jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2 i z wyjściem ujemnym mostka Gretza G. Kolektor tranzystora pierwszego T1 połączony jest z katodą diody prostowniczej pierwszej D1. Kolektor tranzystora drugiego T2 połączony jest z anodą diody prostowniczej drugiej D2, której katoda połączona jest z anodą diody prostowniczej pierwszej D1, z katodą diody elektroluminescencyjnej trzeciej D3, z końcówką pierwszą kondensatora C i z anodą diody elektroluminescencyjnej czwartej D4. Katoda diody elektroluminescencyjnej czwartej D4 połączona jest z końcówką drugą rezystora drugiego R2, z końcówką drugą kondensatora C, z anodą diody elektroluminescencyjnej trzeciej D3 oraz z końcówką pierwszą rezystora trzeciego R3, którego końcówka druga połączona jest z końcówką neutralną pierwszą Np1 detektora według wynalazku i z jego końcówką neutralną drugą Np2. Zasilające napięcie z pierwszego fragmentu sieci elektroenergetycznej podawane jest na końcówkę fazową pierwszą Lp1 oraz na końcówkę neutralną pierwszą Np1 detektora według wynalazku, natomiast fragment sieci elektroenergetycznej podłączony jest do końcówki fazowej drugiej Lp2 oraz do końcówki neutralnej drugiej Np2. W obwodach łączących końcówki neutralną pierwszą Np1 z neutralną drugą Np2 oraz w obwodach łączących końcówki fazową pierwszą Lp1 z fazową drugą Lp2, płyną zmienne prądy wynikające z zasilania napięciem zmiennym przyłączonych do układu fragmentów sieci elektroenergetycznej. Przepływ prądu w kierunku od końcówki fazowej pierwszej Lp1 do końcówki fazowej drugiej Lp2 detektora według wynalazku odbywa się przez wejścia napięcia zmiennego mostka Gretza G, dzięki zwarciu wyjścia ujemnego z dodatnim mostka Gretza G oraz przez rezystor pierwszy R1. Przepływ prądu przez rezystor pierwszy R1 powoduje spadek napięcia na jego końcówkach o polaryzacji dodatniej na końcówce pierwszej oraz ujemnej na końcówce drugiej rezystora pierwszego R1. Spolaryzowany rezystor pierwszy R1 zasila złącza baza-emiter tranzystorów: pierwszego T1 oraz drugiego T2 polaryzując je w kierunku zaporowym. Polaryzacja zaporowa złącz baza-emiter tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2 powoduje ich wyłączenie. Przepływ prądu w kierunku od końcówki fazowej drugiej Lp2 do końcówki fazowej pierwszej Lp1 odbywa się przez wejścia napięcia zmiennego mostka Gretza G, dzięki zwarciu wyjścia ujemnego z dodatnim mostka Gretza G oraz przez rezystor pierwszy R1. Przepływ prądu przez rezystor pierwszy R1 powoduje spadek napięcia na jego końcówkach o polaryzacji dodatniej na końcówce drugiej oraz ujemnej na końcówce pierwszej rezystora pierwszego R1. Spolaryzowany rezystor pierwszy R1 zasila: złącza baza-emiter tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2 polaryzując je w kierunku przewodzenia. Przepływ prądu przez złącza baza-emiter tranzystorów: pierwszego T1 oraz drugiego T2 powoduje włączenie tranzystorów: pierwszego T1 oraz drugiego T2. Szeregowo połączone rezystory trzeci R3 i drugi R2 tworzą dzielnik napięcia ograniczający maksymalne napięcie zasilające diody elektroluminescencyjne: trzecią D3 i czwartą D4. Kondensator C uśrednia wskazania kierunku przepływu energii elektrycznej płynącej przez detektor według wynalazku. Rezystor pierwszy R1 ogranicza straty mocy przy przepływie prądu przez wejścia napięcia zmiennego mostka Gretza G. W fazie pierwszej ujemna połówka przebiegu napięcia zmiennego zasila końcówkę fazową pierwszą układu Lp1, a dodatnia połówka przebiegu napięcia zmiennego zasila końcówkę neutralną pierwszą Np1 oraz prąd przepływa w kierunku od końcówki fazowej drugiej Lp2 do końcówki fazowej pierwszej Lp1. Tranzystory: pierwszy T1 i drugi T2 zostają włączone. Prąd z końcówki neutralnej pierwszej Np1 przepływa przez rezystor trzeci R3 do końcówki drugiej kondensatora C, a następnie do jego końcówki pierwszej przez diodę prostowniczą pierwszą D1 do kolektora tranzystora pierwszego T1 i dalej do jego emitera oraz do końcówki fazowej pierwszej Lp1 wówczas kondensator C jest ładowany. Ujemne napięcie na końcówce pierwszej kondensatora C zasila katodę diody elektroluminescencyjnej trzeciej D3, a dodatnie napięcie na końcówce drugiej kondensatora C zasila anodę diody elektroluminescencyjnej trzeciej D3 i wówczas spolaryzowana w kierunku przewodzenia dioda elektroluminescencyjna trzecia D3 zaczyna

4 4 PL B1 emitować światło sygnalizując przepływ energii prądu elektrycznego z kierunku od końcówek: fazowej pierwszej Lp1 i neutralnej pierwszej Np1 do fazowej drugiej Lp2 i neutralnej drugiej Np2 detektora według wynalazku. W fazie drugiej dodatnia połówka przebiegu napięcia zmiennego zasila końcówkę fazową pierwszą Lp1, a ujemna połówka przebiegu napięcia zmiennego zasila końcówkę neutralną pierwszą Np1 oraz prąd przepływa w kierunku od końcówki fazowej drugiej Lp2 układu do końcówki fazowej pierwszej Lp1 układu. Tranzystory: pierwszy T1 oraz drugi T2 zostają włączone. Prąd z końcówki fazowej pierwszej Lp1 przepływa przez wejścia napięcia zmiennego mostka Gretza G, przez emiter do kolektora tranzystora drugiego T2, przez diodę prostowniczą drugą D2 do końcówki pierwszej kondensatora C, następnie z końcówki drugiej kondensatora przez rezystor trzeci R3 do końcówki neutralnej pierwszej Np1 i wówczas kondensator C jest ładowany. Dodatnie napięcie na końcówce pierwszej kondensatora C zasila anodę diody elektroluminescencyjnej czwartej D4 oraz ujemne napięcie na końcówce drugiej kondensatora C zasila katodę diody elektroluminescencyjnej czwartej D4 i wówczas spolaryzowana w kierunku przewodzenia dioda elektroluminescencyjna czwarta D4 zaczyna emitować światło sygnalizując przepływ energii prądu elektrycznego z kierunku od końcówek: fazowej drugiej Lp2 i neutralnej drugiej Np2 do fazowej pierwszej Lp1 i neutralnej pierwszej Np1 detektora. W fazie trzeciej tranzystory: pierwszy T1 i drugi T2 zostają wyłączone. Kondensator C nie jest ładowany. Naładowany kondensator C, którego końcówka pierwsza jest spolaryzowania dodatnio, a końcówka druga ujemnie rozładowuje się przez diodę elektroluminescencyjną czwartą D4. Naładowany kondensator C, którego końcówka pierwsza jest spolaryzowania ujemnie, a końcówka druga dodatnio rozładowuje się przez diodę elektroluminescencyjną trzecią D3. Zastrzeżenie patentowe 1. Detektor kierunku przepływu energii elektrycznej, znamienny tym, że końcówka fazowa pierwsza (Lp1) połączona jest z emiterem tranzystora pierwszego (T1), z bazą tranzystora drugiego (T2), z wejściem pierwszym napięcia zmiennego mostka Gretza (G) i z końcówką pierwszą rezystora pierwszego (R1), którego końcówka druga połączona jest z wejściem drugim napięcia zmiennego mostka Gretza (G), z emiterem tranzystora drugiego (T2), z bazą tranzystora pierwszego (T1) i z końcówką fazową drugą (Lp2), a wyjście dodatnie mostka Gretza (G) połączone jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego (R2) i z wyjściem ujemnym mostka Gretza (G), kolektor tranzystora pierwszego (T1) połączony jest z katodą diody prostowniczej pierwszej (D1), a kolektor tranzystora drugiego (T2) połączony jest z anodą diody prostowniczej drugiej (D2), której katoda połączona jest z anodą diody prostowniczej pierwszej (D1), z katodą diody elektroluminescencyjnej trzeciej (D3), z końcówką pierwszą kondensatora (C) i z anodą diody elektroluminescencyjnej czwartej (D4), a katoda diody elektroluminescencyjnej czwartej (D4) połączona jest z końcówką drugą rezystora drugiego (R2), z końcówką drugą kondensatora (C), z anodą diody elektroluminescencyjnej trzeciej (D3) i z końcówką pierwszą rezystora trzeciego (R3), którego końcówka druga połączona jest z końcówką neutralną pierwszą (Np1) i z końcówką neutralną drugą (Np2).

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)