CZ24594U1

CZ24594U1 - Contactless indicator of electric output passing through line connector cord

Info

Publication number: CZ24594U1
Application number: CZ201226675U
Authority: CZ
Inventors: Papež@Václav
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2012-11-19

Description

Bezkontaktní indikátor elektrického výkonu procházejícího přívodní šňůrouContactless indicator of electrical power passing through the power cord

Oblast technikyTechnical field

Je řešena konstrukce, která umožňuje indikovat výkon odebíraný elektrickým zařízením z elektrovodné sítě, prostřednictvím bezkontaktního snímače, kterým je přívodní šňůra zařízení pouze provlečena a to i bez nutnosti provádět jakékoliv zásahy do konfigurace vodičů.It is designed a structure that allows to indicate the power drawn by electrical equipment from the mains, by means of a contactless sensor, through which the supply cord of the equipment is only passed through, even without any intervention in the conductor configuration.

Dosavadní stav techniky indikace a měření elektrického výkonu nejsou složitá problematika, pokud je možné do obvodu zapojit měřicí přístroj. Další využitelnou informací o přenášeném výkonu je magnetické pole vybuzené proudem procházejícím napájecími vodiči v jejich okolí. Jednotlivé vodiče přívodu od io zdroje ke spotřebiči je možné provléci proudovými transformátory, nebo obemknout klešťovými proudovými transformátory, na jejichž výstupy jsou zapojeny měřicí přístroje.BACKGROUND OF THE INVENTION Indication and measurement of electrical power is not a complicated issue when it is possible to connect a measuring device to the circuit. Another useful information about the transmitted power is the magnetic field excited by the current passing through the power conductors in their vicinity. Individual wires of the supply from the source to the appliance can be passed through current transformers or enclosed by clamp current transformers, on whose outputs are connected measuring instruments.

Použít lze ampérmetry nebo vektorové ampérmetry, na základě jejichž údajů lze, pri známém pracovním napětí, výkon indikovat nebo odhadnout. Pro měření výkonu lze stejným způsobem použít wattmetry, kterými je bezprostředně vyhodnocováno i pracovní napětí.Ammeters or vector ammeters may be used, on the basis of which the power can be indicated or estimated at a known operating voltage. Wattmeters can be used in the same way to measure the power, which directly evaluates the working voltage.

Situace se ale komplikuje, pokud je nutné vyhnout se zapojování dalších prvků do sledovaného obvodu, nebo manipulaci s jednotlivými vodiči přívodu. Jsou-li jednotlivé vodiče přívodu, kterými tekou proudy oběma směry mezi zdrojem a spotřebičem umístěny blízko sebe ve šňůře nebo kabelu, magnetická pole vybuzená procházejícími proudy se v jejich okolí do značné míry kompenzují, takže proudy procházející jednotlivými vodiči nelze běžnými proudovými transformáto20 ry vyhodnotit. Indikována je rozdílová hodnota proudu, odpovídající vektorovému součtu proudů jednotlivých vodičů, která může být využívána k indikaci unikajícího proudu, nebo k vyhodnocení proudovým chráničem. Informaci o proudu nebo výkonu, které spotřebič odebírá, však tato veličina nepřináší.However, the situation becomes more complicated if it is necessary to avoid connecting other elements to the monitored circuit or manipulating individual leads of the lead. If the individual supply conductors through which the currents flow in both directions between the source and the appliance are placed close together in a cord or cable, the magnetic fields excited by the passing currents are largely compensated so that the currents passing through the individual conductors cannot be evaluated by conventional current transformers. Indicated is the differential current value corresponding to the vector sum of the currents of the individual conductors, which can be used to indicate the leakage current or to be evaluated by a residual current device. However, this quantity does not provide information about the current or power that the appliance draws.

Indikace výkonu odbíraného spotřebičem je ale velmi dobrým prostředkem kontroly jeho funkce.Indication of the power consumed by the appliance is, however, a very good means of monitoring its operation.

V současné době je řada spotřebičů řešena tak, že ve stavu, kdy jsou uvedeny mimo provoz, nejsou odepnuty od elektrovodné sítě elektromechanickým vypínačem, ale jen polovodičovým spínačem nebo pomocí relé, a některé obvody zůstávají trvale pod napětím. To umožňuje jejich uvedení do provozu prostřednictvím dálkového ovládání nebo s použitím elektronických řídicích signálů, kterým je zvyšován komfort jejich obsluhy.Currently, many appliances are designed so that when they are out of service, they are not disconnected from the mains by an electromechanical switch, but only by a semiconductor switch or relay, and some circuits remain permanently energized. This enables them to be put into operation by means of a remote control or by using electronic control signals which increase the comfort of their operation.

Nesprávná funkce řídicích obvodů zapnutí nebo jejich porucha, pokud nejsou zjištěny, mohou ale způsobit zbytečný odběr elektrické energie, další poruchy zařízení, třeba i požár.Incorrect operation of the power-on control circuits or their failure, if not detected, can cause unnecessary power consumption, other equipment malfunctions, even a fire.

U běžných domácích spotřebičů, audiovizuálních zařízení, zařízení výpočetní techniky, nejsou k dispozici žádné, na funkci sledovaného zařízení nezávislé, kontrolní postupy, kterými by bylo možné funkci řídicích obvodů zapnutí sledovat. Kontrola je možná pouze s použitím vnějších měřicích přístrojů, které jsou zapojeny do síťového přívodu.In conventional household appliances, audiovisual equipment, computer equipment, there are no control-independent monitoring procedures available to monitor the function of the power-on control circuits. Checking is only possible with external measuring instruments that are connected to the mains supply.

Situaci, která vede k nejistotě a obavě z ohrožení, potom obsluha zařízení řeší odpínáním spotřebičů od sítě centrálními vypínači nebo odpojováním síťových přívodů. Tím je zaručena bezpečnost a nulový odběr elektrické energie v době klidu, ale snižován komfort obsluhy a ohrožována data zapsaná v elektronických pamětech zařízení.The situation that leads to uncertainty and fear of danger is then handled by the operator by disconnecting the appliances from the mains by means of central switches or by disconnecting the mains leads. This ensures safety and zero power consumption during rest periods, but reduces operator comfort and compromises data recorded in the device's electronic memories.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nevýhody odstraňuje bezkontaktní indikátor elektrického výkonu procházejícího přívodní šňůrou určený pro přiložení k této přívodní šňůře nebo pro její obepnutí. Podstatou nového řešení je, že bezkontaktní indikátor elektrického výkonu je tvořen indukčním snímačem sestávajícím z feromagnetického jádra s malou vzduchovou mezerou a ze snímací cívky. S výho45 dou je šířka vzduchové mezery rovna zhruba polovině průměru přívodní šňůry. Indukční snímačThe above-mentioned disadvantages are overcome by the non-contact electrical power indicator passing through the power cord intended to be attached to or wrapped around the power cord. The essence of the new solution is that the contactless electric power indicator is formed by an inductive sensor consisting of a ferromagnetic core with a small air gap and a sensing coil. Preferably, the air gap width is about half the diameter of the power cord. Inductive sensor

- 1 CZ 24594 Ul je vložen do stínícího krytu, který je tvořen uzavřenou trubkou z feromagnetického materiálu, jejíž podélná osa je rovnoběžná s rovinou závitů snímací cívky. Indukční snímač je spolu se stínícím krytem umístěn v rozebíratelném pouzdře z pružného materiálu, který slouží pro upevnění a fixování k přívodní šňůře. Oba konce vinutí snímací cívky jsou vyvedeny vně tohoto rozebíratelného pouzdra ajsou přes filtr typu úzkopásmová pásmová propust spojeny se vstupem zesilovače, který má s výhodou nastavitelné zesílení. Tento zesilovač je naladěný na kmitočet zpracovávaného signálu a je připojený na výstup napájecího zdroje. Výstup zesilovače je přes usměrňovač spojen jednak s analogovým indikátorem a jednak s dvoustavovým indikátorem.It is inserted into a shielding cover consisting of a closed tube of ferromagnetic material, the longitudinal axis of which is parallel to the thread plane of the pick-up coil. The inductive sensor, together with the shielding cover, is housed in a removable housing made of flexible material, which is used for fixing and fixing to the supply cord. Both ends of the sensor coil winding are led outside this removable housing and are connected via a narrowband band-pass filter to an amplifier input, which preferably has an adjustable gain. This amplifier is tuned to the frequency of the signal being processed and connected to the power supply output. The amplifier output is connected via an rectifier to both an analogue indicator and a two-state indicator.

Výhodou tohoto zapojení je, že ho lze instalovat bez zásahu do síťového obvodu, bez vlivu na síťový obvod, a to pouhým přiložením na přívodní Šňůru spotřebiče. Toto zařízení pracuje pouze s malým napětím.The advantage of this connection is that it can be installed without interfering with the mains circuit, without affecting the mains circuit, by simply touching the power cord of the appliance. This device works only with low voltage.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Příklad blokového uspořádání bezkontaktního indikátoru elektrického výkonu je uveden na přiloženém výkrese.An example of a block-like contactless electrical power indicator is shown in the attached drawing.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Uspořádání bezkontaktního indikátoru elektrického výkonu procházejícího přívodní šňůrou podle výše uvedeného řešení je zobrazeno na přiloženém výkrese. Základní částí je indukční snímač mající feromagnetické jádro 1 s malou vzduchovou mezerou, kterou je přiloženo na povrch sledované přívodní šňůry 3 a které je opatřeno snímací cívkou 2. Velmi dobré výsledky se získávají, je-li šířka vzduchové mezery co nejblíže polovině poloměru přívodní šňůry 3. Feromagnetické jádro 1 se snímací cívkou 2 je vloženo do stínícího krytu 4, který je tvořen uzavřenou trubkou z feromagnetického materiálu a který je orientován tak, aby osa trubky byla rovnoběžná s rovinou závitů snímací cívky 2. Feromagnetické jádro 1 snímače se snímací cívkou 2, přívodní šňůrou 3, na kterou je indikátor aplikován, a stínícím krytem 4 jsou spoleěně umístěny v rozebíratelném pouzdře 5. Toto rozebíratelné pouzdro slouží k upevnění a fixování indukčního snímače na povrchu přívodní šňůry 3. Pouzdro 5 je vyrobeno z pružného materiálu a po vložení přívodní šňůry 3 a nastavení polohy indukčního snímače na povrchu přívodní šňůry 3 se uzavírá v uvedeném příkladu západkami 6A a 6B. Signál ze snímací cívky 2 indukčního snímače je veden do elektronických obvodů, které jej dále zpracovávají. Oba konce vinutí snímací cívky 2 jsou vyvedeny vně rozebíratelného pouzdra 5 a jsou přes filtr 7 typu úzkopásmová pásmová propust, který je naladěný na kmitočet zpracovávaného signálu, spojeny se vstupem zesilovače 8. Zesilovač 8 je napájen z napájecího zdroje 12 a s výhodou se jedná o zesilovač s nastavitelným zesílením. Výstup zesilovače 8 je pak přes usměrňovač 9 spojen jednak s analogovým indikátorem 10 a jednak s dvoustavovým indikátorem JT.The arrangement of the non-contact electrical power indicator passing through the power cord according to the above solution is shown in the attached drawing. The basic part is an inductive sensor having a ferromagnetic core 1 with a small air gap, which is applied to the surface of the monitored lead 3 and which is provided with a sensing coil 2. Very good results are obtained if the air gap width is as close as half of the radius of the lead 3 The ferromagnetic core 1 with the sensor coil 2 is inserted into a shielding cover 4 which is formed by a closed tube of ferromagnetic material and oriented so that the axis of the tube is parallel to the thread plane of the sensor coil 2. The ferromagnetic core 1 of the sensor with the sensor coil 2, The detachable sleeve serves to fix and fix the inductive sensor on the surface of the cord 3. The sleeve 5 is made of a flexible material and after insertion of the cord 3 and the positioning of the inductive sensor on the surface of the cord 3 is closed in the example by the latches 6A and 6B. The signal from the sensor coil 2 of the inductive sensor is fed to electronic circuits, which process it further. Both ends of the coil winding 2 are routed outside the removable housing 5 and are connected to the input of the amplifier 8 via a narrowband bandpass filter 7 tuned to the frequency of the signal being processed. The amplifier 8 is powered from the power supply 12 and is preferably an amplifier. with adjustable gain. The output of the amplifier 8 is then connected via the rectifier 9 to both the analogue indicator 10 and the two-state indicator JT.

Uvedený indikátor elektrického výkonu procházejícího přívodní šňůrou 3 vyhodnocuje bez jejího porušení nebo zapojování senzorů do obvodu zbytkové magnetické pole, které zůstává v blízkosti vodičů i po vzájemné kompenzaci polí pracovních vodičů, kterými je sledované zařízení připojeno k sítí a které jsou umístěny všechny ve šňůře. V lineárním prostředí je toto pole vždy úměrné proudu, který vodiči prochází. Konstanta úměrnosti je ale pro zbytkové pole vždy menší, než v případě pole jednoho vodiče a komplikace může přinášet problém nalezení platné konstanty úměrnosti, která při vyhodnocování zbytkového pole silně závisí na geometrickém uspořádání vodičů a snímače. Proto je optimální pozice indukčního snímače na povrchu přívodní šňůry 3 pri instalaci volena tak, aby indukční snímač vyhodnocoval ze zbytkového magnetického pole maximální signál a tato pozice je fixována armaturou snímací hlavice.Said electrical power indicator passing through the supply cord 3 evaluates, without breaking or connecting the sensors to the circuit, a residual magnetic field which remains near the conductors even after mutual compensation of the working conductor fields through which the monitored device is connected to the mains and which are all located in the cord. In a linear environment, this field is always proportional to the current passing through the conductor. However, the proportionality constant for the residual field is always smaller than in the case of a single conductor field, and the problem of finding a valid proportionality constant, which strongly depends on the geometrical arrangement of the conductors and the sensor, can be a problem. Therefore, the optimum position of the inductive sensor on the surface of the cord 3 during installation is selected so that the inductive sensor evaluates the maximum signal from the residual magnetic field and this position is fixed by the sensor head fitting.

Výstupní signál z indukčního snímače má malou úroveň řádu mi li voltů a je dále zpracováván elektronickými obvody. Prvním z nich je filtr 7 typu úzkopásmová pásmová propust, který je naladěn na kmitočet zpracovávaného signálu, a tedy vykazuje minimální útlum pro zpracovávaný signál a vysoký útlum pro všechny nežádoucí rušivé signály. Signál z filtru 7 je veden do zesilo-2CZ 24594 Ul vače 8, kterým je úroveň signálu zvyšována na hodnotu přibližně jednotek V. Zesilovač 8 je napájen z napájecího zdroje 12 a má velké zesílení zejména na kmitočtu sledovaného signálu. Vzhledem k velmi malé výkonové spotřebě zesilovače 8, která je menší než 10 mW, může být jako napájecí zdroj 12 použita baterie primárních galvanických článků, akumulátorová baterie nebo síťový zdroj přičemž konkrétní volba nezávisí na technických ale na ekonomických a komerčních důvodech. Je vhodné, aby zesilovač 8 byl opatřen nastavitelným regulátorem zesílení a bylo jím v každé aplikaci možné úroveň výstupního signálu nastavit na optimální hodnotu. Střídavý výstupní signál ze zesilovače 8 je dále veden do usměrňovače 9, kde se z něho vytváří signál stejnosměrný, vhodný pro vyhodnocení indikátory, které slouží k předání informace obsluze zařízení. Analogový indikátor JO je jednoduchý ručkový indikátor nebo sloupcový indikátor a je používán zejména pri instalaci zařízení. Podle jeho údaje, který vykazuje proporcionalitu vzhledem ke vstupnímu signálu indikátoru, se nastavuje poloha indukčního snímače na povrchu přívodní šňůry 3 nebo kabelu tak, aby indukční snímač pri průchodu proudu indikoval maximální výstupní signál před tím, než bude tato pozice je fixována armaturou snímací hlavice. Podle údaje analogového indikátoru JO je možné i regulovat zesílení zesilovače 8 a nastavovat tak úroveň proudu, při které je uváděn v činnost dvoustavový indikátor 1±. Kromě toho umožňuje analogový indikátor 10 přibližně, s nepřesností kolem 10 % z maximální hodnoty, odhadovat velikost procházejícího proudu a tento údaj může být, zejména pri porovnání s obvyklými hodnotami, využit jako nástroj vyhodnocení stavu sledovaného zařízení. Dvoustavový indikátor JJ. jednoduše indikuje, např. rozsvícením kontrolky, překročení nastavené hodnoty procházejícího proudu, což v síti s přibližně konstantním napětím a pri definovaných mezích pro přípustné hodnoty úěiníku, indikuje i odběr elektrického výkonu vyššího než odpovídající minimální hodnota. Při vhodném nastavení pak dvoustavový indikátor JT indikuje správné uvedené elektrického spotřebiče do klidového stavu nebo jeho vypnutí a to bez nutnosti zásahu do síťového obvodu.The output signal from the inductive sensor has a low level of the order of mi volts and is further processed by electronic circuits. The first is a narrowband bandpass filter 7 which is tuned to the frequency of the signal being processed and thus exhibits a minimum attenuation for the processed signal and a high attenuation for all unwanted interfering signals. The signal from the filter 7 is routed to amplifier 8 by which the signal level is increased to approximately V units. The amplifier 8 is powered from the power supply 12 and has a large amplification especially at the frequency of the signal being monitored. Due to the very low power consumption of the amplifier 8, which is less than 10 mW, the primary battery, the accumulator battery or the AC adapter may be used as the power supply 12, and the specific choice does not depend on technical but economic and commercial reasons. Suitably, the amplifier 8 is provided with an adjustable gain regulator to adjust the output signal level to the optimum value in each application. The AC output signal from the amplifier 8 is further routed to the rectifier 9, where it generates a DC signal suitable for evaluation by indicators that serve to convey information to the operator of the device. Analog indicator JO is a simple pointer or bar indicator and is mainly used when installing equipment. According to its reading, which shows proportionality to the input signal of the indicator, the position of the inductive sensor on the surface of the power cord 3 or cable is adjusted so that the inductive sensor indicates the maximum output signal before current position is fixed by the sensor head fitting. According to the indication of the analog indicator 10, it is also possible to regulate the amplification of the amplifier 8 and thus to adjust the current level at which the two-state indicator 10 is actuated. In addition, the analog indicator 10 allows approximately, with an inaccuracy of about 10% of the maximum value, an estimate of the amount of current passing through, and this can be used as a tool for evaluating the condition of the monitored device, especially when compared to conventional values. Two-state indicator JJ. it simply indicates, for example, when the indicator light is on, that the current passing value has been exceeded, which in an approximately constant voltage network and within defined limits for the power factor permissible values, also indicates a power consumption higher than the corresponding minimum value. When properly set, the two-state indicator JT indicates that the electrical appliance has been correctly set to idle or turned off without requiring interference with the mains circuit.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení podle uvedeného řešení je bezkontaktní indikátor elektrického výkonu procházejícího přívodní šňůrou, který lze instalovat bez zásahu do síťového obvodu, bez vlivu na síťový obvod, pouhým přiložením na přívodní šňůru spotřebiče. Zařízení pracuje pouze s malým napětím. To umožňuje jeho instalaci osobami bez elektrotechnické kvalifikace, na přívodech spotřebičů ve všech druzích sítí, zejména v domácnostech a kancelářích, kde může významně zvýšit kontrolu bezporuchové funkce elektrických spotřebičů.The device according to said solution is a non-contact indicator of electrical power passing through the power cord, which can be installed without interfering with the mains circuit, without affecting the mains circuit, simply by applying to the power cord of the appliance. The device only works with low voltage. This makes it possible to install it by persons without electrical qualifications, on the supply lines of appliances in all kinds of networks, especially in homes and offices, where it can significantly increase the control of the malfunctioning of electrical appliances.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

A contactless electrical power indicator passing through a power cord intended to be applied to or wrapped around the power cord (3), characterized in that it consists of an inductive sensor consisting of a ferromagnetic core (1) with a small air gap approximately corresponding to the radius of the cord (3) ) and a sensor coil (2), wherein the inductive sensor is inserted into a shielding cover (4) formed by a closed tube of ferromagnetic material, the longitudinal axis of which is parallel to the threading plane of the sensing coil (2) and the inductive sensor is together with the shielding cover ( 4) placed in a removable sleeve (5) of flexible material for fastening and fixing to the supply cord (3) and both ends of the sensor coil winding (2) are led outside this removable sleeve (5) and are narrowband band filter (7) a filter that is tuned to the frequency of the signal being processed, p They are connected to the input of the amplifier (8) connected to the output of the power supply (12) and the output of the amplifier (8) is connected via the rectifier (9) to both the analog indicator (10) and the binary indicator (11).

-3EN 24594 Ul

Contactless indicator according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier (8) is an amplifier with adjustable gain.