СПОСОБ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ ПО ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2024 года по МПК H05B47/185 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для оптимизации наружного освещения населенных пунктов, автомобильных дорог, промышленных территорий и прочих объектов транспортной инфраструктуры.

Главными задачами системы наружного освещения являются обеспечение необходимой освещенности в требуемых местах или желаемого уровня освещенности на рабочих поверхностях, а также минимизация энергопотребления путем снижения избыточной мощности осветительных приборов. Для этих целей применяются различные системы управления наружным освещением, позволяющие изменять основные параметры осветительных приборов и делящиеся в основном на системы с персональным и групповым управлением. Системы первого вида отличаются, как правило, сложностью построения, дороговизной реализации и избыточной функциональностью при применении в системах наружного освещения среднего уровня.

Существующие системы второго вида с групповым управлением также позволяют изменять потребляемую мощность и световой поток осветительных приборов, обеспечивая тем самым оптимальный уровень освещенности при меньших затратах и более высокой надежности, которая достигается в том числе за счет упрощения конструкции.

Известен способ (RU 2474030 C2, 28.03.2011) управления, когда передача данных осуществляется с помощью подачи в линию электроснабжения светильников частотно-модулированного сигнала с частотой 95-105 кГц. Недостатками данного способа являются: а) затухание управляющего сигнала с увеличением длины силовой линии; б) проникновение частот преобразования, их гармоник и комбинаций частот от светодиодных драйверов в полосу передачи данных, искажающих полезный сигнал; в) высокие электромагнитные помехи, вызванные прямым присутствием в силовой линии частот передачи управляющих сигналов.

Известен способ (US 8957595 B2, 21.04.2009) кодирования сигнала питания переменного тока на силовой линии путем инвертирования некоторых полупериодов сетевого напряжения, где отношение положительных полупериодов к отрицательным представляет собой передаваемую управляющую информацию для осветительных устройств без прекращения их электроснабжения. К недостаткам этого способа управления можно отнести: а) погрешность определения начал полупериодов или переходов через ноль сетевого напряжения, связанную с наличием импульсных помех и наводок в линии электроснабжения; б) появление в силовой сети переменного тока нежелательной постоянной составляющей, приводящей, например, к возникновению постоянного подмагничивания в сетевых фильтрах осветительных приборов.

Известный способ передачи данных по силовым проводам (US 10624194 B1, 05.12.2019), предполагает управление фазами начала полупериодов переменного сетевого напряжения, когда передаваемая информация определяется величиной интервала времени между фазами соседних полупериодов. Недостатками такого метода управления являются: а) влияние импульсных наводок и помех в линии электроснабжения на точность определения фаз начала соседних полупериодов; б) высокие электромагнитные помехи, вызванные резкими нарастаниями тока, связанными с началами передаваемых полупериодов питающего напряжения не в нуле напряжения.

Известен способ (US 20120091915 A1, 19.10.2010), когда передача данных по силовой сети осуществляется путем подачи только частей полупериодов вместо целых полупериодов сетевой частоты. К недостаткам такого способа управления относятся: а) погрешность определения начал полупериодов или переходов через ноль сетевого напряжения, связанная с наличием импульсных помех и наводок в линии электроснабжения; б) снижение надежности работы подключенных устройств, связанное с частыми и кратковременными провалами напряжения в цепи питания; в) наличие в силовой линии повторяющихся пропаданий тока с последующим резким его нарастанием, приводящее к ухудшению электромагнитной совместимости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ (WO 2021166004 A1, 18.02.2021), где управление системой освещения производится посредством соответствующих кодировок команд, полученных путем выборочного прерывания подачи электропитания на интервалах кратных целому периоду или составляющих часть периода сетевого напряжения. Указанным достоинством такого способа управления по линии электроснабжения является отсутствие или ослабление миганий освещения в момент передачи управляющих команд. Но в то же время известно, что достигается это за счет короткого характера прерываний питания на время не более, а лучше менее, одного периода сетевой частоты, так как не все осветительные приборы выдерживают провалы питающего напряжения даже в течение одного полупериода. Другими недостатками этого способа управления являются: а) погрешность определения начал периодов сетевого напряжения, связанная с наличием импульсных помех и наводок в линии электроснабжения; б) существенное снижение надежности работы подключенных устройств, связанное с частыми и многократными провалами напряжения питания на интервалах, соизмеримых с периодом сетевой частоты; в) образование электромагнитных помех, вызванные резкими нарастаниями или спадами тока в случае прерываний питания на интервалах, составляющих часть периода переменного напряжения сети.

Технической задачей изобретения является создание простого и надежного группового способа управления осветительными приборами по линии электропередачи, не искажающего форму питающего напряжения, поддерживающего основные управляющие функции и предназначенного для систем наружного освещения, где включение освещения рабочих поверхностей производится при наступлении условий недостаточной освещенности и предусмотрено выключение освещения в дневное время суток.

Техническая задача достигается тем, что в способе группового управления осветительными приборами в системе управления наружным освещением, содержащем управляющий объект и осветительные приборы как объекты управления, с передачей команд управления по линии электропередачи, новым является то, что управление осуществляют с помощью набора команд, различающихся последовательностью интервалов включений и выключений питающей линии электроснабжения, передаваемых в дневное время суток с сохранением принятых команд в энергонезависимой памяти подключенных осветительных приборов, при этом интервалы времени включения и выключения многократно превышают период сетевой частоты.

Технический результат заключается в создании простого и надежного группового способа управления осветительными приборами по линии электропередачи, не искажающего форму питающего напряжения, поддерживающего основные управляющие функции и предназначенного для систем наружного освещения, где включение освещения рабочих поверхностей производится при наступлении условий недостаточной освещенности и предусмотрено выключение освещения в дневное время суток.

На фиг. 1 представлена упрощенная схема системы освещения с групповым управлением осветительными приборами по линии электроснабжения согласно способу настоящего изобретения, на фиг. 2 - формирование силового управляющего сигнала на выходе сетевого коммутатора из входного сетевого напряжения в зависимости от напряжения управления сетевым коммутатором, на фиг. 3 - зависимость напряжения управления сетевым коммутатором от времени при передаче команд диммирования, на фиг. 4 - зависимость напряжения управления сетевым коммутатором от времени при передаче команд компенсации деградации, на фиг. 5 - зависимость напряжения управления сетевым коммутатором от времени при передаче команд астротаймера.

В общем случае реализации настоящего изобретения упрощенная схема системы освещения с групповым управлением осветительными приборами по линии электроснабжения на фиг. 1 состоит из щита управления наружным освещением 100 и подключенной группы светильников 200, у которой каждый из светильников 220 дополнительно содержит на своем входе декодер команд 210, осуществляющий прием и декодирование управляющих команд. Щит управления наружным освещением 100 в свою очередь выполняет передачу команд через силовую цепь посредством сетевого коммутатора 110 по сигналу управляющего контроллера 120, управление которым производится через модем связи 130 при удаленном режиме работы или с помощью фотореле 140, когда измерение уровня освещенности происходит на месте расположения щита управления 100.

Один из возможных вариантов формирования силового управляющего сигнала на выходе сетевого коммутатора из входного сетевого напряжения в зависимости от напряжения управления сетевым коммутатором изображен на фиг. 2. Как видно из приведенных осциллограмм каждая команда содержит интервал включения и выключения, определяющие вид самой команды и необходимые для защиты от случайной передачи команды, а также последующий интервал включения, содержащий параметр передаваемой команды. Важными отличиями настоящего способа группового управления являются передача управляющих команд по линии электроснабжения в дневное время суток с последующим запоминанием переданных данных в энергонезависимой памяти осветительных приборов и длительный временной интервал между переключениями силовой линии, многократно превышающий период сетевой частоты.

Способ группового управления осветительными приборами по линии электропередачи иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Передача команд диммирования, служащих для изменения выходной мощности и создаваемого светового потока осветительных приборов группы

Зависимость напряжения управления сетевым коммутатором от времени при передаче команд диммирования показана на фиг. 3. Каждая команда содержит интервал включения, равный шести секундам, интервал выключения - две секунды и завершающий интервал включения, отличающийся передаваемым параметром - восемь, девять и десять секунд, сопоставимый с выходной мощностью соответственно восемьдесят, девяносто и сто процентов от максимального значения. Команды передаются в дневное время суток и сохраняются в энергонезависимой памяти. При наступлении условий недостаточной освещенности или темного времени суток осветительные приборы включаются штатной подачей электропитания на мощность, ранее сохраненную в памяти.

Пример 2. Передача команд компенсации деградации светодиодов, служащих для задания начального порога снижения выходной мощности и создаваемого светового потока осветительных приборов группы

Функция компенсации деградации светодиодов предназначена для сохранения светового потока постоянным на протяжении всего срока службы светильника путем плавного увеличения выходной мощности или тока, протекающего через светодиоды осветительного прибора, позволяет также продлевать ресурс светодиодов и экономить электроэнергию.

Зависимость напряжения управления сетевым коммутатором от времени при передаче команд компенсации деградации показана на фиг. 4. Каждая команда содержит интервал включения, равный пяти секундам, отличный от указанного в примере 1, интервал выключения - две секунды и завершающий интервал включения, отличающийся передаваемым параметром - восемь и десять секунд, сопоставимый с начальной выходной мощностью соответственно восемьдесят и сто процентов от максимального значения. Величина сто процентов полностью выключает эту функцию. Команды передаются в дневное время суток и сохраняются в энергонезависимой памяти. При наступлении условий недостаточной освещенности или темного времени суток осветительные приборы включаются штатной подачей электропитания на мощность, зависящую от ранее сохраненного в памяти значения и счетчика наработанных ими часов.

Пример 3. Передача команд астротаймера, служащих для задания снижения выходной мощности и создаваемого светового потока осветительных приборов группы в определенном интервале суток

Функция астротаймера предназначена для снижения выходной мощности и создаваемого светового потока осветительных приборов группы во время глубокой ночи, когда понижается автомобильный трафик, позволяет также продлевать ресурс светодиодов и экономить электроэнергию.

Зависимость напряжения управления сетевым коммутатором от времени при передаче команд астротаймера показана на фиг. 5. Каждая команда содержит интервал включения, равный четырем секундам, отличный от указанного в примерах 1 и 2, интервал выключения - две секунды и завершающий интервал включения, отличающийся передаваемым параметром - пять, семь и десять секунд, сопоставимый с выходной мощностью снижения соответственно пятьдесят, семьдесят и сто процентов от максимального значения. Величина сто процентов полностью выключает эту функцию. Команды передаются в дневное время суток и сохраняются в энергонезависимой памяти. При наступлении условий недостаточной освещенности или темного времени суток осветительные приборы включаются штатной подачей электропитания. Далее при возникновении пониженного автомобильного трафика выходная мощность и создаваемый световой поток снижаются до сохраненного ранее в памяти значения с последующим возвратом к прежнему уровню при увеличении трафика.

Как показано в примерах 1-3 настоящий способ позволяет передавать групповые команды управления с использованием только одной линии электроснабжения. Временные интервалы включения и выключения указаны условно для передачи самой сути изобретения, их значение должно многократно превышать период сетевой частоты так, например, интервал две секунды составляет сто периодов частоты сети пятьдесят Герц, и для его обнаружения с последующим измерением необходимо предусмотреть в декодере 210 возможность автономной работы не менее двух секунд.

Длительный временной интервал между переключениями силовой линии носит штатный характер и обеспечивает:

а) завершение переходных процессов в осветительных приборах, что приводит к увеличению их срока службы;

б) снижение частоты переключений линии электропередачи, уменьшающее создаваемые электромагнитные помехи; в) простоту реализации всей системы управления, связанную с отсутствием необходимости измерения, начал периодов или полупериодов сетевой частоты. Возможные в некоторых вариантах исполнения осветительных приборов включения и выключения освещения при передаче управляющих команд путем коммутации линии электроснабжения допустимы и разрешены нормативно-правовыми документами, так как происходят в дневное время суток и существенного влияния на общую освещенность не оказывают.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для оптимизации наружного освещения населенных пунктов, автомобильных дорог, промышленных территорий и прочих объектов транспортной инфраструктуры. Технический результат - повышение надежности группового управления осветительными приборами по линии электропередачи. В способе группового управления осветительными приборами в системе управления наружным освещением, содержащей управляющий объект и осветительные приборы как объекты управления, с передачей команд управления по линии электропередачи новым является то, что управление осуществляют с помощью набора команд, различающихся последовательностью интервалов включений и выключений питающей линии электроснабжения, передаваемых в дневное время суток с сохранением принятых команд в энергонезависимой памяти подключенных осветительных приборов, при этом интервалы времени включения и выключения многократно превышают период сетевой частоты. 5 ил.

Способ группового управления осветительными приборами в системе управления наружным освещением, содержащий управляющий объект и осветительные приборы как объекты управления, с передачей команд управления по линии электропередачи, отличающийся тем, что управление осуществляют с помощью набора команд, различающихся последовательностью интервалов включений и выключений питающей линии электроснабжения, передаваемых в дневное время суток с сохранением принятых команд в энергонезависимой памяти подключенных осветительных приборов, при этом интервалы времени включения и выключения многократно превышают период сетевой частоты.