CN102246376B - 用于配电单元的通用电力入口系统 - Google Patents

Abstract

通用电力入口系统或UPIS是提供3个不同类型的电力系统与配电单元或PDU的输入电路的通用附连的方法。该方法允许使用固定或可拆开的电力线选择，其允许该PDU由下列类型的电源中的任何电源供电：3相三角形、3相星形(或Y字形)和单相。该方法还描述唯一识别所提到的PDU当前附连到的特定电力系统的方式。该方法还可选地允许得到关于该电力系统的补充信息，例如正使用的电力线的电流容量或安培容量等。所有该信息可以用于容量监测和报告以及PDU电路和电力线的保护。

Description

用于配电单元的通用电力入口系统

技术领域

通用电力入口系统(Universal Power Inlet System)或UPIS是使用可拆开或固定电力线的电气配线方案(electrical wiring scheme)，其允许配电单元或PDU容易由世界范围内现有的乃至具有它们的特定电气配置和额定值以及它们的特定物理规格的若干类型电气装置供电。

背景技术

配电单元或PDU提供将来自单个输入源的电力配给多个电力出口的方式。除配电的基本概念外，一些PDU还具有控制和监测这些个体出口中的每个的关键电力参数的能力。这些PDU也称为智能配电单元或IPDU。IPDU的典型使用是通过到建筑物的配线系统的单个电力连接将多个计算机服务器或安装在数据中心机架上的任何其他IT电器加电。为了简单，术语PDU将在该文件中用于指PDU的最简单形式、非智能电源插排(power strip)、到具有网络连接性的最高级计量和开关智能PDU的所有方式。

为了执行它的功能，PDU必须连接到建筑物的电力装置，其可在类型上、乃至额定电压和电流上以及它的关于相数或极数的配置上变化。另一个重要的因素是世界上每个地理位置可具有它自己的对具有特定类型的插座、相系统、电压和电流的电力系统的标准。传统上，PDU将必须具有不同的输入系统以能够连接到世界范围内的这些特定电气系统中的每个。即使在特定的电气装置内，在某个建筑物中，可具有多种类型电力插座，PDU的电力输入将必须与之匹配以便于它适当地安装。

历史上PDU的输出可以通过使用国际公认的单相插座(例如IEC320-C13或IEC320-C19等)而使得成为通用的。这些国际插座通过适配器电线连接到特定电器的电力入口，该适配器电线使现代PDU的输出部分在世界范围内为真正通用和便携的。尽管如此，真正通用和便携的PDU的最前沿将正在解决它的输入电路限制和特异性。

发明内容

通用电力入口系统或UPIS通过提供一般方式来连接和识别许多类型的电气系统并且适当地将它们附连到PDU的电力输入电路，从而解决所有这些之前提到的问题。这通过这3个简单步骤完成：

1.将电输入相分支到3个一般单相组，它们中的每个向n个出口馈电；

2.对这3个可能的输入配置(3相三角形、3相星形(或Y字形)和单相)中的每个限定特定配线映射(wiring mapping)。这些输入配置中的每个被馈入该3个一般单相组(这通过每个特定输入配置的特定接合完成)；

3.实现识别电路，其将向系统指示正使用哪个特定输入配置以及总功率预算和任何其他对PDU的保护和安全依从性重要的信息。

有两个可以从通用电力入口系统或UPIS得到的主要类别：可拆开的电力线系统和固定的电力线系统。这两个系统共享所有与本发明中描述的相同的电气配线图方案但关于电力线自身的物理方面和功能性彼此有区别，一个是可拆开的而另一个永久附连。

附图说明

下文是附加在该文件的末尾的图的总结说明。对于这些优选但非限制性的图和示例的详细说明请参考下一章节：

图1示出3个可能的输入配置类型中的每个的通用电力入口系统或UPIS的顶层视图，该3个可能的输入配置类型描绘通用输入映射&输入类型辨别功能框。

图2示出具有相应输入类型识别码的每个类型的连接的输入相到组映射。

图3示出采用二进制和十进制模式两者对每个输入类型的ID代码总结。

图4示出实现能够辨别图2和3的ID代码并且仍然保持PDU上的初级LV和二次ELV/SELV电路之间的隔离的电子电路的示范性方式。

图5示出3个可拆开的电力线插头类型，其要缠结到位于PDU上的通用入口插座。在该插头/插座组合上，添加保护GND和2个另外的辨别引脚以用于补充电力线识别，像例如可拆开电力线的电流容量。

图6示出如在图5上描述的2个补充辨别引脚的电流容量代码分配的示例，其基于两个主要的标准化电气系统：北美和国际(或有时叫做欧洲)。

图7示出实现能够辨别图6的ID代码并且仍然保持PDU上的初级LV和二次ELV/SELV电路之间的隔离的电子电路的示范性方式。

图8示出如之前在图1、图2和图5中示出和描述的那样对于输入配置类型中的每个到3个不同的单相组中的详细导线接合方案。

图9示出可拆开电力线系统的顶层视图，其中具有它的通用电力输入插座的PDU可以连接到不同类型的电力线。

图10示出固定电力线系统的顶层视图，其中PDU输入电路可以连接到不同类型的固定电力线，其在向内部出口组馈电之前在机壳内接合到通用的3个独立单相电路拓扑。

具体实施方式

图1示出来自PDU的输入电路的电力输入类型的抽象化的基本概念。该抽象化由通用输入映射和输入类型辨别功能框100实现，其将输入类型中的任何类型映射至3(或3的倍数的数目)个出口组101、102和103并且通过特殊电路107检测当前正使用哪个输入类型。每组由从下列输入类型中的任何类型得到的单相分支电路供应电力：3相三角形104、3相星形(或Y字形)105和单相106。这些输入类型104、105和106中的每个具有唯一的接合图样，其总是端接于3(或3的倍数的数目)个个体单相组101、102和103。该接合图样是这样的使得它允许通过在后面的章节详细描述的特殊电路107的对每个输入系统的唯一识别。

图2示出3个输入类型中的每个的接合方案。对于每个输入类型，在左边有识别相字母的行，而在顶部的列标明(也用字母)向3个组馈电的3对导线中的每个。具有点标记的阴影单元将输入电路链接到输出电路而空白单元表示没有连接。就在该连接映射下面有通用输入类型辨别逻辑的说明，其将二进制值(1或0)赋予两个逻辑测试中的每个：跨端子C-F是否有电压并且跨端子C-E是否有电压。该逻辑将对没有电压(相同电势点)赋值1并且对于存在电压(不同的电势点)赋值0。该结果是二位码，其唯一识别输入类型中的每个。

图3示出如在图2上描述的赋予每个输入类型的代码。该表格示出二进制值也示出等同的十进制值。该表格假定如之前在图2上示出的导线接合图和辨别逻辑。

图4示出根据图2和图3上提供的说明操作的输入类型辨别逻辑的示范性电子电路。二极管108a和108b防止负极性循环流入偏置电路而允许正极性循环流动。电阻器109限制流过电路的电流量而齐纳二极管110形成100V数字阶跃行为。二极管111避免增加的反向电压损伤光耦合器112的输入led(由于在整流二极管108a和108b上的泄漏)。在该光耦合器112的次级侧上，电阻器113和电容器114滤出所有AC分量并且根据电路的初级部分上(跨二极管108a和108b的输入端子)是否有足够的AC电压而传输VCC的DC电平(逻辑状态1)或0V(逻辑状态0)。光耦合器112或任何其他隔离部件是必需的以便在PDU内的初级LV电路和二次ELV/SELV电路之间保持电隔离屏障。

图5示出对于可拆开电力线系统根据图2的通用连接器引脚分配。通用电力入口插座115位于PDU上而插头116、117和118在每个可拆开电力线上根据它的输入类型实现。可拆开的插头116用于3相三角形而可拆开的插头117用于3相星形(或Y字形)并且最后可拆开的插头118用于单相。在每个插头中，如图2中描述的唯一接合图刚好在插头端子之前完成(通常在插头的背壳内)。保护接地或机壳引脚可以被添加以用于提高连接的安全性。还添加两个另外的引脚以说明补充识别参数，例如在下一个段落描述的电力线的电流容量等。

图6示出对在该示例中部署为电流容量识别的两个补充辨别引脚分配的代码。在该表格上每个代码的电流容量取决于要使用北美还是国际电气标准(术语国际在某些应用上有时由欧洲代替)的单元的区域设置。每个引脚具有编号标记DP1和DP2，其可以连接到通用接合图的端子E或端子F。执行代码辨别的电路与之前在图4上描述的那个非常相似，其中每个电路的返回路径连接到端子F并且主路径连接到在图7上进一步描述的DP1或DP2。

图7示出根据在图6上提供的说明操作的补充辨别引脚DP1和DP2的示范性电子电路。二极管108a和108b防止负极性循环流入偏置电路而允许正极性循环流动。电阻器109限制流过电路的电流量而齐纳二极管110形成100V数字阶跃行为。二极管111避免增加的反向电压损伤光耦合器112的输入led(由于在整流二极管108a和108b上的泄漏)。在该光耦合器112的第二侧上，电阻器113和电容器114滤出所有AC分量并且根据电路的初级部分上(跨二极管108a和108b的输入端子)是否有足够的AC电压而传输VCC的DC电平(逻辑状态1)或0V(逻辑状态0)。光耦合器112或任何其他隔离部件是必需的以便在PDU内的初级LV电路和二次ELV/SELV电路之间保持电隔离屏障。

图8示出如之前在图1、图2和图5中示出和描述的对于输入配置类型中的每个到3个不同的单相组中的详细导线接合方案。基本上有3个类型的接合，其将相应输入类型映射至具有引脚名称A/B、C/D和E/F的3个单相组的通用引出线。三角形负载连接性通过接合方案119实现，其用相应对的相X/Z、Y/Z和X/Y向每个组A/B、C/D和E/F馈电。星形或Y字形负载连接性通过接合方案120实现，其用相应对X/N、Y/N和Z/N(其中N指示中性极)向每个组A/B、C/D和E/F馈电。单相负载连接性通过编组方案121实现，其用输入电路X/Y或X/N(根据系统是无中线的双极还是具有中线的单极)的3个相同分支向每个组A/B、C/D和E/F馈电。通过遵照该唯一导线接合方案，使用图4的检测电路实现如在图2上描述的ID代码是可能的。这些ID代码允许PDU识别它正附连到哪个电力系统，并且因此允许导出重要信息，该重要信息是监测和控制正使用的每个特定类型的输入电力连接所必需的。当然，在3相星形(Y字形)连接上，第四3相星形电力信号(图8中的中线)是奇异信号，并且不可与其他相(图8中的X、Y或Z)中的任何相交换。在另一方面，在3相三角形或单相上，相信号在它们自己之间是可交换的而不影响描述的本发明的功能性。

图9示出可拆开电力线系统的顶层视图，其中具有它的通用电力输入插座115的PDU122可以连接到不同类型的可拆开电力线123、124和125。PDU122包含一个通用入口插座115，其描绘之前在图5[115]上示出的引出线，其中配对A/B、C/D和E/F中的每个连接到在PDU122内的3个独立单相组。3相三角形负载可拆开电力线123在具有如在图5[116]上示出的引出线细节的可拆开插头116内具有如在图8[119]上示出的三角形接合。可拆开电力线123的另一端123a要附连到任何标准电力插头，其与位于建筑物的电气装置上的3相电力插座适当地配接。3相星形或Y字形负载可拆开电力线124在具有如在图5[117]上示出的引出线细节的可拆开插头117内具有如在图8[120]上示出的星形或Y字形接合。可拆开电力线124的另一端124a要附连到任何标准电力插头，其与位于建筑物的电气装置上的3相+中线电力插座适当地配接。单相负载可拆开电力线125在具有如在图5[118]上示出的引出线细节的可拆开插头118内具有如在图8[121]上示出的3负载(或电路分支)接合。可拆开电力线125的另一端125a要附连到任何标准电力插头，其与位于建筑物的电气装置上的单相电力插座适当地配接。

图10示出固定电力线系统的顶层视图，其中PDU输入电路可以连接到不同类型的固定电力线，其在向内部出口组馈电之前在机壳内接合到通用的3个独立单相电路拓扑。PDU126具有3相三角形负载类型固定电力线。如在图8[119]上示出的三角形接合126a在PDU机壳内完成并且在端子A/B101、C/D102和E/F103输送如在图1上示出的3个独立单相电路。固定电力线的另一端126b要附连到任何标准电力插头，其与位于建筑物的电气装置上的3相电力插座适当地配接。PDU127具有3相星形或Y字形负载类型固定电力线。如在图8[120]上示出的星形或Y字形接合127a在PDU机壳内完成并且在端子A/B101、C/D102和E/F103输送如在图1上示出的3个独立单相电路。固定电力线的另一端127b要附连到任何标准电力插头，其与位于建筑物的电气装置上的3相+中线电力插座适当地配接。PDU128具有单相负载类型固定电力线。如在图8[121]上示出的单相到3分支的接合128a在PDU机壳内完成并且在端子A/B101、C/D102和E/F103输送如在图1上示出的3个独立单相电路。固定电力线的另一端128b要附连到任何标准电力插头，其与位于建筑物的电气装置上的单相电力插座适当地配接。

尽管本发明已经连同目前考虑为最实用和优选的实施例的事物描述，要理解本发明将不限于公开的实施例，而相反，意在覆盖包括在附上的权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置。

Claims (15)

1.一种从三相三角形电源、三相星形电源和单相电源中选择的一个接收电力的配电系统，其包括：

公共插座，其键控为在公共共享的多个插座引脚上接收作为电力信号的三相三角形电力、三相星形电力和单相电力中的任一个；

辨别电路，用于测试从多个插座引脚中选择的两对引脚上的电压的存在以自动确定三相三角形电力、三相星形电力或单相电力中的哪一个当前在多个插座引脚上供应电力信号；

多套单相输出导体，用于供应从电力信号得到的单相电力，其中所述单相输出导体基于由所述辨别电路所确定的、三相三角形电力、三相星形电力或单相电力中的哪一个当前在多个插座引脚上供应电力信号来供应单相电力；

多个输出组，每一个输出组对应于不同的一套单相输出导体，所述多个输出组用于供应电力给与配电系统关联的电器。

2.如权利要求1的配电系统，其中：

公共插座进一步包括两个另外的电力辨别引脚，其与辨别电路电通信并且通过公共插座接收多个插座引脚中的至少一个上的电压，并且

其中所述辨别电路基于多个插座引脚中的所述至少一个上的所述电压来确定所述电源的电流容量信息。

3.如权利要求1的配电系统，进一步包括：

唯一电源线，三相三角形电力、三相星形电力和单相电源中的每个对应一个唯一电源线，每个电源线具有插头，且插头引脚分别与公共插座和插座引脚配接，每个电源线内部并且唯一地将来自对应的三相三角形电源、三相星形电源和单相电源的导体接合到插头引脚上，使得多套单相输出导体供应从电力信号得到的所述单相电力。

4.如权利要求3的配电系统，其中：

公共插座进一步包括两个另外的电力辨别引脚，其与辨别电路电通信并且通过公共插座接收多个插座引脚中的至少一个上的所述电压；以及

唯一电源线具有两个另外的插头引脚，其分别与所述两个另外的电力辨别引脚配接以提供多个插座引脚中的至少一个上的所述电压。

5.如权利要求4的配电系统，其中：

每个电源线内部并且唯一地将来自对应的三相三角形电源、三相星形电源和单相电源的导体接合到所述两个另外的插头引脚上以在多个插座引脚中的至少一个上供应所述电压。

6.如权利要求1所述的配电系统，其中

公共插座进一步包括两个另外的电力辨别引脚，其与辨别电路电通信并且通过公共插座接收多个插座引脚中的至少一个上的所述电压；并且

唯一电源线具有两个另外的插头引脚，其分别与两个另外的电力辨别引脚配接以提供多个插座引脚中的至少一个上的所述电压，并且辨别电路基于多个插座引脚中的所述至少一个上的所述电压来确定所述电源的电流容量信息。

7.一种用于向电器供电的配电单元的通用电力入口系统，其包括：

(AA)外罩；

(BB)通用输入插座，其安装在外罩的外面上并且具有有第一(A)、第二(B)、第三(C)、第四(D)、第五(E)和第六(F)输入导体引脚的插座引出线；

(CC)电力线，其每个具有插头端，该插头端具有公共电力线引出线以与插座引出线配接，其包括：

(cc1)三相三角形电力线，其配接地可连接到通用输入插座以供应第一、第二和第三三相三角形电力信号，三相三角形电力线的插头端具有映射以与通用输入插座配接的六个导体，使得第一(A)输入导体引脚接收第一三相三角形电力信号，第二(B)输入导体引脚接收第三三相三角形电力信号，第三(C)输入导体引脚接收第二三相三角形电力信号，第四(D)输入导体引脚接收第三三相三角形电力信号，第五(E)输入导体引脚接收第一三相三角形电力信号，并且第六(F)输入导体引脚接收第二三相三角形电力信号；

(cc2)三相星形电力线，其配接地可连接到通用输入插座以供应第一、第二、第三和第四三相星形电力信号，三相星形电力线的插头端具有映射以与通用输入插座配接的六个导体，使得第一(A)输入导体引脚接收第一三相星形电力信号，第二(B)输入导体引脚接收第四三相星形电力信号，第三(C)输入导体引脚接收第二三相星形电力信号，第四(D)输入导体引脚接收第四三相星形电力信号，第五(E)输入导体引脚接收第三三相星形电力信号，并且第六(F)输入导体引脚接收第四三相星形电力信号；

(cc3)单相电力线，其配接地可连接到通用输入插座以供应第一和第二单相电力信号，单相电力线的插头端具有映射以与通用输入插座配接的六个导体，使得第一(A)输入导体引脚接收第一单相电力信号，第二(B)输入导体引脚接收第二单相电力信号，第三(C)输入导体引脚接收第一单相电力信号，第四(D)输入导体引脚接收第二单相电力信号，第五(E)输入导体引脚接收第一单相电力信号，并且第六(F)输入导体引脚接收第二单相电力信号；

(DD)输入辨别电路，用于电测试分别跨选自第一至第六输入导体引脚中的两对引脚的电压的存在以自动确定三相三角形电力线、三相星形电力线和单相电力线中的哪个正供应电力给通用输入插座；

(EE)在外罩中的第一、第二和第三套输出电导体，每个具有单相电力配置，且单相电力由第一(A)、第二(B)、第三(C)、第四(D)、第五(E)和第六(F)输入导体引脚中映射的引脚供应；以及

(FF)第一、第二和第三出口组，其分别电连接到第一、第二和第三套输出电导体中对应的导体以从第一、第二和第三套输出电导体中对应的导体接收单相电力，并且基于由所述输入辨别电路所确定的、三相三角形电力线、三相星形电力线和单相电力线中的哪个正供应电力给通用输入插座来供应单相电力给电器中关联的电器。

8.如权利要求7的通用电力入口系统，进一步包括：

在电力线内的电接合。

9.如权利要求8的通用电力入口系统，其中：

三相三角形电力线包括：

第一导线，其具有：

第一导线输入端，用于接收第一三相三角形电力信号以及从输入端内部接合的两个第一导线输出端，用于与第一和第五输入连接器引脚两者电通信，

第二导线，其具有：

第二导线输入端，用于接收第二三相三角形电力信号，以及

从输入端内部接合的两个第二导线输出端，用于与第三和第六输入连接器引脚两者电通信，以及

第三导线，其具有：

第三导线输入端，用于接收第三三相三角形电力信号以及

从输入端内部接合的两个第三导线输出端，用于与第二和第四输入连接器引脚两者电通信。

10.如权利要求8的通用电力入口系统，其中：

三相星形电力线包括：

第一导线，其具有：

第一导线输入端，用于接收第一三相星形电力信号以及

第一导线输出端，用于与第一输入连接器引脚电通信，第二导线，其具有：

第二导线输入端，用于接收第二三相星形电力信号以及

第二导线输出端，用于与第三连接器引脚电通信，

第三导线，其具有：

第三导线输入端，用于接收第三三相星形电力信号以及

第三导线输出端，用于与第五输入连接器引脚电通信，以及

第四导线，其具有：

第四导线输入端，用于接收第四三相星形电力信号以及

从输入端内部接合的三个第四导线输出端，用于与第二、第四和第六输入连接器引脚中的全部电通信。

11.如权利要求8的通用电力入口系统，其中：

单相电力线包括：

第一导线，其具有：

第一导线输入端，用于接收第一单相电力信号以及

从输入端内部接合的三个第一导线输出端，用于与第一、第三和第五输入连接器引脚中的全部电通信，以及

第二导线，其具有：

第二导线输入端，用于接收第二单相电力信号以及

从输入端内部接合的三个第二导线输出端，用于与第二、

第四和第六输入连接器引脚中的全部电通信。

12.一种配电系统，其包括：

(AA)外罩；

(BB)外罩内的第一(A)、第二(B)、第三(C)、第四(D)、第五(E)和第六(F)电连接点；

(CC)三个物理安装进入外罩的电力线，每个具有供应端和配给端，包括：

(cc1)三相三角形电力线，其在供应端电连接到第一、第二和第三三相三角形电力信号，并且在三相三角形电力线内电接合，使得第一(A)电连接点接收第一三相三角形电力信号，第二(B)电连接点接收第三三相三角形电力信号，第三(C)电连接点接收第二三相三角形电力信号，第四(D)电连接点接收第三三相三角形电力信号，第五(E)电连接点接收第一三相三角形电力信号，并且第六(F)电连接点接收第二三相三角形电力信号；

(cc2)三相星形电力线，其在供应端电连接到第一、第二、第三和第四三相星形电力信号，并且在三相星形电力线内电接合，使得第一(A)电连接点接收第一三相星形电力信号，第二(B)电连接点接收第四三相星形电力信号，第三(C)电连接点接收第二三相星形电力信号，第四(D)电连接点接收第四三相星形电力信号，第五(E)电连接点接收第三三相星形电力信号，并且第六(F)电连接点接收第四三相星形电力信号；

(cc3)单相电力线，其在供应端电连接到第一和第二单相电力信号，并且在单相电力线内电接合，使得第一(A)电连接点接收第一单相电力信号，第二(B)电连接点接收第二单相电力信号，第三(C)电连接点接收第一单相电力信号，第四(D)电连接点接收第二单相电力信号，第五(E)电连接点接收第一单相电力信号，并且第六(F)电连接点接收第二单相电力信号；

(DD)输入辨别电路，用于电测试分别跨选自第一至第六电连接点中的两对电连接点的电压的存在以自动确定三相三角形电力线、三相星形电力线和单相电力线中的哪个正供应电力给配电系统；

(EE)在外罩中的第一、第二和第三套输出电导体，每个具有单相电力配置，且单相电力由第一(A)、第二(B)、第三(C)、第四(D)、第五(E)和第六(F)电连接点中映射的点供应；

(FF)第一、第二和第三出口组，其分别电连接到第一、第二和第三套输出电导体中对应的导体以从第一、第二和第三套输出电导体中对应的导体接收单相电力，并且基于由所述输入辨别电路所确定的、三相三角形电力线、三相星形电力线和单相电力线中的哪个正供应电力给配电系统来供应单相电力给关联的电器。

13.一种配电系统，其包括：

普通配置的电力输入插座，其能够从三相三角形电源、三相星形电源和单相电源中的每个接收电力并且将三相三角形电源、三相星形电源和单相电源映射至三个单独的单相出口组；以及

在电力输入插座中的辨别引脚，用于接收三相三角形电源、三相星形电源和单相电源的部分的分支形式；

连接到辨别引脚的辨别电路，用于测试所述辨别引脚中的两个上的电压的存在以自动确定三相三角形电源、三相星形电源和单相电源中的哪个正提供电力给普通配置的电力输入插座，

其中所述输入插座基于由所述辨别电路确定的、三相三角形电源、三相星形电源或单相电源中的哪个正提供电力给普通配置的电力输入插座来将三相三角形电源、三相星形电源和单相电源映射到三个单独的单相输出座。

14.如权利要求13的配电系统，其中三相三角形电源、三相星形电源和单相电源分别产生于第一、第二和第三电力线，系统进一步包括：

另外的辨别引脚，用于确定与由辨别电路确定的要提供电力给普通配置的电力输入插座的三相三角形电源、三相星形电源和单相电源关联的第一、第二或第三电力线的电流容量。

15.如权利要求13的配电系统，其中辨别电路进一步基于自动确定输出与三相三角形电源、三相星形电源或单相电源关联的唯一二进制代码。