CN103443638A - 功耗管理系统 - Google Patents

Abstract

一种功耗管理系统被提供有：连接至电力线的主要部分；断路器，其电连接至主要部分并且将提供给负载的电流限制到预定设定值；以及具有电流传感器和信道处理部分的传感器单元。电流传感器测量从主要部分提供给断路器的电流，并且根据所测量的电流输出电流检测信号。信号处理部分在预定时间内接收电流检测信号，从所接收的电流检测信号确定信号电平的范围，并且根据确定结果来调节电流检测信号的输入范围。

Description

功耗管理系统

技术领域

本发明涉及可应用至配电板的功耗管理系统。

背景技术

迄今，已知如图5或图6中所示的具有传感器的配电板，其包括测量电流或功率的功能。图5或图6中所示的配电板包括干线断路器MB，多条主母线（或主板，以下被缩写）L1、L2、N，多条分支母线（或分支板，以下被缩写）2，多个分支断路器B，多个贯通式或钳式电流传感器CT，多个信号传输路径P，多个输入信号端口PT，以及信号处理和测量电路（以下称为传感器单元）3。多条主母线L1、L2、N被连接至干线断路器MB的负载侧端子。多条分支母线2从主母线L1、L2、N延伸。多个分支断路器B被连接至多条分支母线2。分支母线2被连结到分支断路器B和主母线L1、L2、N。电流传感器CT被安装到从分支母线2或者干线断路器MB的负载侧端子连接到负载的电线上。多个信号传输路径P传送从电流传感器CT输出的检测信号。输入信号端口PT接受从电流传感器CT输出并且通过信号传输路径P传送的检测信号。传感器单元3执行由输入信号端口PT接受的检测信号的处理和测量。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本未审查专利申请，首次公开No.2010-130735

发明内容

将由本发明解决的问题

在上述配电板中，不可能自动地指定多个电流传感器CT连接到哪个分支断路器B和哪个输入信号端口PT。为此，必须手动地或通过预先手动创建的相关定义数据等，初始化给定任意分支断路器B、电流传感器CT、以及输入信号端口PT关于传感器单元3的对应关系。而且，要求对作为传感器单元3的测量结果的每个测量数据赋予意义并且赋予对应。结果，存在要求必然伴有大量劳动的作业的问题。而且，在执行增加和替换电流传感器的保守性的作业的情况下，以相同方式，存在要求必然伴随大量劳动的作业的问题。

而且，当通过连接到断路器（干线断路器MB、分支断路器B）的负载的消耗电流或功耗，将来自电流传感器CT的电流检测信号输入到传感器单元3时，输入范围（灵敏度、动态范围）根据所连接的负载而改变。为此，存在不能准确地测量电流的问题。

考虑以上给出的情况实现本发明。本发明的一个示例性目标在于提供一种功耗管理系统，其中，在不依赖人力的情况下，传感器单元本身自动地识别给定分支断路器、电流传感器和输入信号端口的对应，并且可以执行作为测量结果的每个所测量数据的意义和对应的赋予。而且，本发明的一个示例性目标在于提供一种功耗管理系统，其中，如果通过连接到断路器（干线断路器MB、分支断路器B）的负载的消耗电流或功耗，将来自电流传感器的电流检测信号输入到传感器单元3，该输入范围（敏感度、动态范围）根据所连接的负载而改变，但是通过监视并且判定那些值，能够自动地调节输入范围（敏感度、动态范围）并且执行准确电流测量。

用于解决问题的手段

根据本发明的一个示例性方面的功耗管理系统包括：配电板，包括多条主母线、多条分支母线、多个分支断路器、电线、多个电流传感器、多条信号传输路径、输入信号端口、以及传感器单元。多条主母线连接至干线断路器的负载侧端子。多条分支母线从主母线延伸出去，并且连结分支断路器和主母线。多个分支断路器被连接至多条分支母线。电线从负载侧端子连接至负载。多个电流传感器是贯通式或钳式电流传感器，并且被安装在分支母线或电线处。多条信号传输路径传送从电流传感器输出的检测信号。多个输入信号端口接受检测信号。传感器单元处理检测信号。配电板具有输出链接电流传感器和断路器的物理位置的传感器/位置对应信号并且通过传感器单元识别该信号的机构。通过该构造，传感器单元本身能够自动地识别给定分支断路器、电流传感器和输入信号端口的对应，而不依赖人工，并且能够执行作为测量结果的每个所测量数据的意义的赋予和对应的赋予。而且，如果通过连接到断路器（干线断路器、分支断路器）的负载的消耗电流或功耗，将来自电流传感器的电流检测信号输入到传感器单元，则该输入范围（敏感度、动态范围）根据所连接的负载而改变。功耗管理系统具有能够在固定时间（对应于包括最大值和最小值的操作周期的时段）内监视并且确定电流检测信号的值并且调节输入范围（敏感度、动态范围）以便变为具有最大分辨率的输出电平的机构。通过该构造，可以执行自动调节和准确电流测量。

本发明的效果

根据本发明的示例性实施例，传感器单元本身能够自动地识别给定分支断路器、电流传感器和输入信号端口的对应，而不依赖人工，并且能够执行作为测量的每个所测量数据的意义的赋予和对应的赋予。例如，在任意断路器的位置处提供作为电流传感器的电流检测信号的接收端口的短管脚，该短管脚驱动唯一示出到接收连接器的赋予位置的信号。从编码器输出的选择从传感器单元输出的任意接收连接器的短管脚的选择线在非选择期间处于断路状态，并且在选择期间处于接通状态和接地状态。通过该构造，在任意电流传感器的电流检测信号的发送连接器被插入到任意接收连接器的状态下，短管脚进入接通状态，并且通过用包括在传感器单元中的接通状态检测电路检测接通状态，可以识别电流传感器已被插入到哪个任意位置。

当通过连接至断路器（干线断路器、分支断路器）的负载的消耗电流或功耗，将来自电流传感器的电流检测信号输入到传感器单元时，该输入范围（敏感度、动态范围）根据所连接的负载而改变。根据本发明的示例性实施例，由于具有可以在固定时间（对应于包括最大值和最小值的操作周期的周期）内监视并且确定电流检测信号的值并且调节输入范围（敏感度、动态范围）以便变为具有最大分辨率的输出电平的机构，可以执行自动调节和准确电流测量。

例如，传感器单元包括并联连接的具有不同电阻值的多个电阻器，并且那些电阻器与电流传感器串联连接。通过选择该电阻电路的电阻器中的任一个，可以将电流检测信号的输入范围调节至最佳值。

附图说明

图1是示出主要部分和断路器的位置的电路图。

图2是用于描述由传感器单元检测的感测电压（V_S）的电路图。

图3是示出在具体条件下的图2的电路图。

图4是示出图1中所示的电路图的另一个实施例的附图。

图5是示出包括测量电流或电功率的功能的普通的装配有传感器的配电板的实例的结构图。

图6是示出包括测量电流或电功率的功能的普通的装配有传感器的配电板的另一个实例的结构图。

具体实施方式

将参考附图描述根据本发明的示例性实施例的功耗管理系统。

首先，参考图5和图6，将描述与本示例性实施例共享特征的装配有传感器的配电板的普通结构。图5和图6示出包括测量电流或功率的功能的普通的装配有传感器的配电板。图5中所示的配电板由主母线和分支母线构成。图6中所示的配电板由主板和分支板构成。图5和图6示出单相三线型配电板的一个典型连接。在下文，主母线和主板将共同被称为主要部分。而且，分支母线和分支板将共同称为分支部分。而且，主要部分和分支部分可能有时还被共同称为主要部分。由薄片形铜板构成的分支部分2和主要部分L1、L2、N通过L1极、N极和L2极的三个有压部分构成。通过连接至三个主要部分L1、L2和N中的两个（即，主要部分L1和N、主要部分L2和N、或主要部分L1和L2），可以接收单相100V或单相200V电源的供应。

在三个主要部分L1、L2和N的端部，多个分支部分2以多腿形状形成以突出。这些分支部分2与分支断路器B具有的多个凹入部分b1、b2和b3的每个啮合。图1示意性地示出具有该种连接状态的等效电路。

分支断路器B分别嵌合在三个主要部分L1、L2和N中的两个主要部分的分支部分2以电气连接。例如，两个主要部分是主要部分L1和N、或者主要部分L2和N。分支断路器B将提供给为连接至电源的电气装置的负载的电流限制到预定设定值。

电流传感器（线圈部分）CT被安装在主要部分L1、L2和N的凸出部分处，即，分支部分2。电流传感器CT包括磁芯10和次级线圈11。磁芯10具有环形形状。通过提供给主要部分L1、L2和N的电流，在磁芯10中产生感应电流。次级线圈11具有线性形状并且缠绕在磁芯10上。次级线圈11检测由磁芯10产生的感应电流。

该电流传感器CT构成以下描述的传感器单元21的一部分。电流传感器CT通过将环形磁芯10插入到位于主板L1、L2和N的端部处的分支母线2上，附接至分支母线2。此时，为了确保邻近的磁芯10不相互接触，磁芯10可以通过在分支母线2的长度方向上关于分支母线2移动磁芯10的附接位置，而被布置成关于邻近的另一个磁芯10相互不一致。

如图2中所示，包括线性主体的次级线圈11的每端连接至连接器C的两个端子。连接器C的两个端子通过基板20上的布线连接至传感器单元21。而且，传感器单元21、选择线驱动电路22和鉴别电路23连接至该基板20。

连接器C由四个端子构成。在电流传感器CT的次级线圈11的布线连接至这四个端子中的两个端子的情况下，电流传感器CT的电流检测信号通过这两个端子被提供给传感器单元21。而且，在电流传感器CT连接至四个端子中的两个端子的情况下，在剩余两个端子处提供短路线S，以使那两个端子处于接通状态。

连接器C由发送连接器和接收连接器构成。作为发送连接器和接收连接器耦合的结果，电流传感器CT耦合至基板20上的线。然而，在图中，为了方便起见，仅示出一个连接器。

在电流传感器（线圈部分）CT和短路线S被安装在连接器C的四个端子中的情况下，鉴别电路23输出指示电流传感器CT的存在的信号“存在电流传感器CT（高：H）”。而且，传感器单元21接受来自电流传感器CT的电流检测信号。而且，选择线驱动电路22从由鉴别电路23识别为“存在电流传感器CT（高）”的线L中，选择能够被用于负载（电气装置）的线L，并且使能经由该线L的断路器B供电。

在电流传感器CT和短路线S不被安装在连接器C的四个端子中的情况下，鉴别电路23的输出变为不指示电流传感器CT的存在的“不存在电流传感器CT（低：L）”。而且，传感器单元21不接受来自电流传感器CT的电流检测信号。而且，选择线驱动电路22不将由鉴别电路23识别为“不存在电流传感器CT（低）”的线选择作为能够用于负载（电气装置）的线L。

接下来，将参考图2和图3描述传感器单元21的构造。

如图2的基本结构图中所示，传感器单元21通过测量基于通过次级线圈11提供的次级电流（I_S）的值确定的感测电压（V_S），来计算流过主母线1的分支母线2的负载电流（I_L）。也就是说，如图3中所示，感测电压（V_S）由次级电流（I_S）和感测负载电阻值（R_S）的积分指示。感测电压（V_S）、次级电流（I_S）、感测负载电阻值（R_S）和负载电流（I_L）的关系由以下等式1示出。在以下等式1中，“K”指示耦合系数，并且“N”是次级线圈的匝数。

[等式1]

如以上给出的等式1中所示，通过测量感测电压（V_S），可以计算流过主要部分L1、L2和N的分支部分2的负载电流（I_L）。

接下来，将描述用于将由上述等式1指示的感测电压（V_S）调节为最佳值的传感器单元21中的特定电路结构。

图3中所示的传感器单元21被提供有信号处理部分，该信号处理部分包括切换电阻器Rn（Rn1至Rn3）的电阻切换部分（电阻电路）30、AD转换器31、V_S最大值存储电路（以下简单地称为存储电路）32、以及最佳感测负载电阻计算电路（电阻电路，以下简单地称为计算电路）33。

电阻器Rn1的电阻值Rs1是10Ω。电阻器Rn2的电阻值Rs2是100Ω。电阻器Rn3的电阻值Rs3是1000Ω。电阻器Rn1至Rn3的电阻值Rs1至Rs3仅是实例，并且当需要时，可以进行结构改变。而且，根据情况，当需要时，还可以增加电阻器（电阻值）的类型。

在该传感器单元21中，作为初始阶段，在电阻切换部分30中，例如，将感测负载电阻值（Rs）设置为“电阻值Rs1（=10Ω）”。

变为电流测量值的感测电压（V_S）首先由AD转换器31转换为数字值，其将由传感器单元21的未示出的电压测量部分测量。从AD转换器31输出的感测电压（V_S）被输出到存储电路32。存储电路32存储在预先设置的固定时段（例如，一天或一小时）内从AD转换器31输入的感测电压（V_S）的值。注意，设置固定时间（规定时间）的信号T被输入到存储电路32和计算电路33。而且，存储电路32存储固定时段内的感测电压（V_S）的最大值M（规定时间内的最大值）。

存储在该存储电路32中的感测电压（V_S）的最大值M被输出到计算电路33。计算电路33基于该最大值M选择最佳感测负载电阻值（R_S）。

特别是，基于存储在存储电路32中的感测电压（V_S），计算电路33切换电阻切换部分30的模拟开关（SW），以改变感测负载电阻值（R_S），使得感测电压（V_S）变为预先设置的最佳值或者接近其的值。

通过由计算电路33执行电阻切换部分30的切换操作，可以将感测负载电阻值（R_S）动态地切换至最适于输入范围（敏感度、动态范围）的值。

代替交替地连接多个固定感测负载以切换输入范围的系统，可以采用使用可变电阻来调节输入范围的系统。

在以上给出的功耗管理系统中，在电流传感器CT和短路线S被安装在连接器C的四个端子中的情况下，从鉴别电路23输出指示存在电流传感器CT的信号“存在电流传感器CT（高）”。而且，电流检测信号由传感器单元21从电流传感器CT接受。而且，在选择线驱动电路22中，通过鉴别电路23，从被识别为“存在电流传感器CT（高）”的线L选择可以用于负载（电气装置）的线L，并且经由该线L的断路器B的供电变得可能。

而且，在传感器单元21中，基于所接受的次级电流（I_S）和由电阻切换部分30预先设置的感测负载电阻值（R_S）测量感测电压（V_S）。然后，在预先设置的固定时段（例如，一天、一小时）内，在存储电路32中存储感测电压（V_S），并且存储该时段内的最大值M。然后，存储在存储电路32中的感测电压（V_S）的最大值被输出到计算电路33。计算电路33切换电阻切换部分30，以改变感测负载电阻值（Rs1至Rs3），使得感测电压（V_S）变为预先设置的最佳值。由此，感测负载电阻值（Rs）被调节以便变为最适于输入范围（敏感度、动态范围）的值。

根据以上详细描述的示例性实施例的功耗管理系统包括传感器单元21，该传感器单元21包括电流传感器（线圈部分）CT和信号处理部分（电阻切换部分30、AD转换器31、存储电路32、以及计算电路33）。电流传感器CT测量从主要部分L1、L2、N提供至断路器B的电流，并且基于所测量的电流输出电流检测信号。信号处理部分在预定时间内接收由电流传感器CT检测的电流检测信号，从所接收的电流检测信号确定信号电平的范围，并且根据该确定结果，调节电流检测信号的输入范围。在信号处理部分中，不管用于检测流到断路器B的电流值的线圈形电流传感器CT的方面如何，都可以将输入范围（敏感度、动态范围）调节至最佳值。从而，可以通过电流传感器CT执行准确电流测量。

例如，信号处理部分包括电阻电路（电阻切换部分30、计算电路33）。电阻电路具有并联连接的不同电阻值的多个电阻器Rn。那些电阻器Rn与次级线圈11串联连接。电阻电路通过选择电阻器Rn中的任一个，将电流检测信号的输入范围调节至最佳值。通过该构造，通过用电阻电路选择多个电阻器Rn（Rn1至Rn3）中的任一个，可以将电流检测信号的输入范围调节至最佳值。

而且，电流传感器CT被附接至分支断路器B所附接到的主要部分L1、L2、N2的分支部分2。通过该构造，电流传感器CT的附接很容易。结果，改进在附接中涉及的可使用性变得可能。此时，在使分支部分2通过电流传感器CT的磁芯10的孔之后，当分支断路器B的凹入部分与分支部分的远端啮合时，在从主要布线获取分支的作业（使得分支部分2与分支断路器B啮合的作业）期间，简单地通过使分支部分2穿过线圈，可以简单附接用于功耗测量的传感器。

在上述示例性实施例中，使用具有四个端子的连接器C，并且通过将短路线S安装在该连接器C的两个端子中，由鉴别电路23检测电流传感器CT的存在。然而，其不限于该构造。可以使用如图4中所示的具有两个端子的连接器C，并且通过采用不将短路线S安装在该连接器C的两个端子中的结构，可以简化由鉴别电路23对电流传感器CT的检测。

在图4中，基于从电流传感器CT输出的电流检测信号，由传感器单元21测量从主母线1提供给断路器B的功率。而且，选择线驱动电路22使恒定直流负载电流流过电阻负载40（电气装置），用于具有从电流传感器CT提供给传感器单元21的电流检测信号的线。由于到传感器单元22的输入电压在电流传感器CT被连接的情况和其不被连接的情况之间不同，使得可以测量该线的电流。

以上，参考附图详细地描述了本发明的示例性实施例，但是特定结构不限于该示例性实施例，并且设计修改也可以包括在不脱离本发明的保护范围的范围内。

例如，可以使用霍尔组件代替电流变换器作为电流传感器。

本申请基于并且要求于2011年3月31日提交的日本专利申请No.2011-077732的优先权的权益，其公开通过引用全部结合于此。

工业实用性

根据本发明的功耗管理系统可以被应用至配电板。

参考符号

L1、L2、N 主要部分（主母线或主板）

2 分支部分（分支母线或分支板）

3 传感器单元

11 次级线圈

21 传感器单元

30 电阻切换部分（电阻电路）

33 最佳感测负载电阻计算电路（电阻电路）

B 分支断路器

CT 电流传感器（线圈部分）

Rn 电阻器

Claims (5)

1.一种功耗管理系统，包括：

主要部分，所述主要部分被连接至电力线；

断路器，所述断路器被电连接至所述主要部分，并且将被提供给负载的电流限制到预定设定值；以及

传感器单元，所述传感器单元包括电流传感器和信号处理部分，

其中，所述电流传感器测量从所述主要部分提供至所述断路器的电流，并且基于所测量的电流输出电流检测信号，以及

所述信号处理部分在预定时间内接收所述电流检测信号，从所接收的电流检测信号确定信号电平的范围，并且根据确定结果，调节所述电流检测信号的输入范围。

2.根据权利要求1所述的功耗管理系统，其中

所述电流传感器包括磁芯以及次级线圈，所述磁芯通过从所述主要部分提供给所述断路器的电流产生感应电流，所述次级线圈检测所述感应电流，以及

所述信号处理部分包括电阻电路，所述电阻电路包括具有不同电阻值的多个电阻器，所述电阻器被并联连接，所述电阻器被与所述次级线圈串联连接，所述信号处理部分通过选择任一个所述电阻器而将所述电流检测信号的所述输入范围调节至最佳值。

3.根据权利要求1所述的功耗管理系统，其中，

所述电流传感器包括磁芯以及次级线圈，所述磁芯通过从所述主要部分提供到所述断路器的电流产生感应电流，所述次级线圈检测所述感应电流；以及

所述信号处理部分包括与所述次级线圈串联连接的可变电阻电路，所述信号处理部分通过改变所述可变电阻电路的电阻值而将所述电流检测信号的所述输入范围调节至最佳值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的功耗管理系统，其中，所述主要部分以互相平行方式被提供有多个，并且所述断路器具有多个凹入部分，所述多个凹入部分被嵌合在所述主要部分以被连接至任何相的电源。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的功耗管理系统，其中，所述电流传感器被附接至其中安装所述断路器的所述主要部分母线的分支部分。

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