JP2016008973A - 電気機器監視方法および電気機器監視システム - Google Patents

電気機器監視方法および電気機器監視システム Download PDF

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Abstract

【課題】電気機器の劣化状況や異常状態を監視する電気機器監視方法および電気機器監視システムを提供する。
【解決手段】サンプリング期間において、電気機器のデータをクラウドサーバーに送信し、負荷境界を決定する。電気機器を検出して、測定力率、測定実効値電圧および測定電力を取得する。さらに、商用電力の供給周波数を認識する。測定したデータに基づいて、現使用状態中の電気機器の反射係数に関連する負荷電流の実数部および虚数部を計算する。実数‐虚数電流座標システム上に負荷境界および負荷電流の実数部と虚数部を表す座標点を表示する。負荷境界、負荷電流の実数部および虚数部に基づいて、保護プロセスを実行するかどうかを判断する。
【選択図】図４

Description

本発明は、監視方法および監視システムに関するものであり、特に、電気機器監視方法および電気機器監視システムに関するものである。
技術の進歩に伴い、ますます多くの電気機器が設計および製造され、人々を支援している。これらの電気機器は、料理、通信、娯楽、美容、環境浄化等の様々な状況に適用することができる。
しかしながら、全ての電気機器は、故障や異常状態に遭遇しやすい。図１は、電気機器の故障率の変化を示す概略図である。図１を参照すると、一般的に、初期故障期間（すなわち、電気機器を使用し始めた期間）は、電気機器の故障率が高く、通常、製造側によって生じる。初期故障期間が過ぎると、電気機器の故障率は、安定した範囲（例えば、０．６％以下）まで下がる。電気機器の使用時間が増加するにつれ、電気機器は、１年、２年またはそれ以上使用した後に劣化期間に入る。さらに詳しく説明すると、電気機器が異なれば、劣化期間に入る時間点も異なる。劣化期間において、電気機器の電気部品は、電気機器のキャパシタンスの減少やインダクタンスの変化等で劣化や故障のサインを示す。この場合、電気機器はまだ使用可能であるが、効率は明らかに低下し始める。一般的に、電気機器が完全に故障しない限り、使用者は劣化に気付かない。
また、電気機器が突然異常状態に陥ると、使用者がこのような異常状態を見逃すことによって、さらなる影響や損傷を受ける可能性がある。そのため、いかにして電気機器を有効に監視し、異常状態や劣化のサインを早期に発見するかが、本分野の技術者の主な課題の１つとなっている。
以上のように、いかにして電気機器を有効に監視するかが、解決すべき課題の１つとなっている。
本発明は、商用電力に結合された電気機器を監視して、電気機器が異常状態にあるか、あるいは劣化や故障しているかどうかを判断し、それに応じて保護プロセスを実行することのできる電気機器監視方法および電気機器監視システムを提供する。
本発明の実施形態において、商用電力に結合された電気機器の劣化状況や異常状態の監視に適用される電気機器監視方法を提供する。この方法は、以下のステップを含む。電気機器の負荷境界を設定する。負荷境界は、正常状態において使用された電気機器の反射係数に関連する。電気機器を検出して、電気機器に関連する測定力率、測定実効値電圧および測定電力を取得し、商用電力の供給周波数を認識する。測定力率、測定実効値電圧、測定電力および供給周波数に基づいて、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部を計算する。負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部は、現使用状態にある電気機器の反射係数に関連する。実数‐虚数電流座標システム上に、負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部を表す座標点を表示する。負荷境界、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部に基づいて、電気機器に対応する保護プロセスを実行するかどうかを判断する。
本発明の実施形態において、さらに、少なくとも１つのユーザーデバイスに接続することができ、商用電力に結合された電気機器の劣化状況および異常状態を監視する電気機器監視システムを提供する。電気機器監視システムは、クラウドサーバーと、監視装置とを含む。クラウドサーバーは、電気機器の負荷境界を設定する。負荷境界は、正常状態にある電気機器の反射係数に関連する。監視装置は、通信モジュールと、検出モジュールと、制御ユニットとを含む。検出モジュールは、電気機器を検出して、電気機器に関連する測定力率、測定実効値電圧および測定電力を取得し、同時に、商用電力の供給周波数を認識する。制御ユニットは、通信モジュールおよび検出モジュールに結合され、検出モジュールから測定力率、測定実効値電圧、測定電力および供給周波数を受信し、通信モジュールを介して、測定力率、測定実効値電圧、測定電力、供給周波数および現測定時間をクラウドサーバーに送信するよう構成される。クラウドサーバーは、測定力率、測定実効値電圧、測定電力および供給周波数に基づいて、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部を計算する。負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部は、電気機器の反射係数に関連する。クラウドサーバーは、さらに、ユーザーデバイスまたはクラウドサーバーの表示インターフェースに実数‐虚数電流座標システムを表示するとともに、実数‐虚数電流座標システムに負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部を表す座標点を表示する。クラウドサーバーは、負荷境界、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部に基づいて、電気機器に対応する保護プロセスを実行するかどうかを判断する。
以上のように、本発明の実施形態が提供する電気機器監視方法および電気機器監視システムは、まず、サンプリングを実行して、正常状態にある電気機器の反射係数を確認し、負荷境界を取得する。続いて、使用中の電気機器を監視して、電気機器の反射係数に関連する負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部の変化を確認し、電気機器が異常状態にあるかどうか、または劣化状況を有するかどうかを負荷境界により判断する。また、電気機器監視方法および電気機器監視システムは、さらに、負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部を表す座標点を表示して、使用者が電気機器の使用状況をチェックおよび確認できるようにする。したがって、専門職の人でなくても、いつでも必要な時に電気機器の異常の監視や電気機器の劣化状況の検出を行い、予定より早く電気機器のメンテナンスや交換を行うことができる。その結果、電気機器の故障のリスクを減らすことができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
電気機器の故障率の変化を示す概略図である。 ソケットに接続された電気機器を示す概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る電気機器監視システムを示す概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る電気機器監視方法を示すフローチャートである。 本発明の１つの実施形態に係る負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部を計算する時のフローチャートである。 本発明の１つの実施形態に係る負荷境界を設定する時のフローチャートである。 本発明の１つの実施形態に係る実数‐虚数電流座標システムの負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部を表す座標点を示す概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る除湿機の実数‐虚数電流座標システム上の点を示す概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る異なる種類の電気機器の実数‐虚数電流座標システム上の位置を示す概略図である。
添付の図面に示した例示的実施形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。また、図面および実施形態において、同一の、または類似する参照番号は、同一の、または類似する構成要素を示す。
一般的に、電気機器の電力、電圧、電流等のスカラーパラメータ（scalar parameter）を測定して、電気機器を検出することにより、電気機器が異常な電力消費を有するかどうかが判断される。電気機器が異常な電力消費を有する場合は、異常状態とみなされ、関連する保護プロセスが適用される。しかしながら、電気圧力の使用状況と劣化状況は、電力、電圧および電流等のスカラーパラメータからだけでは正確に知ることができない。したがって、本発明は、さらに、異常状態および劣化現象の判断基準として電気機器の電気特性の反射係数を使用し、且つ電気機器の異常状態および劣化傾向を正確に判断する判断基準として電気機器の正常状態において得られた各電気特性パラメータを使用することにより、異常状態の緊急処理を行うと同時に、有効な劣化防止を達成することを提案する。言及すべきこととして、電気特性の反射係数は、電気機器のインピーダンス特性も反映する。
図２は、ソケットＳｏを介して商用電力に結合された電気機器を示す概略図である。ここで、ソケットＳｏは、例えば、一般的なソケット、または電源延長コード上のソケットである。電気機器１０が正常状態にある時、電気特性の反射係数は、相対的に安定している。しかしながら、電気機器１０の部品が故障や劣化してくると、電気機器１０が明らかな異常を示しているかどうかに関わらず、電気特性の反射係数が対応して変化する。そのため、本発明が提案する電気機器監視方法および電気機器監視システムに基づいて、電気機器１０の反射係数を推定することにより、電気機器１０が異常状態にあるかどうかを判断することができ、あるいは、電気機器１０の劣化傾向を判断することができる。
図３は、本発明の１つの実施形態に係る電気機器監視システムを示す概略図である。図３を参照すると、電気機器監視システム１００は、商用電力に結合された電気機器の劣化状況および異常状態を監視するよう構成される。電気機器監視システム１００は、クラウドサーバー１２０と、監視装置１４０とを含み、監視装置１４０は、さらに、通信モジュール１４２と、検出モジュール１４４と、制御ユニット１４６と、スイッチユニット１４８とを含む。監視装置１４０は、通信モジュール１４２により、ネットワークを介してクラウドサーバー１２０に接続され、通信モジュール１４２は、例えば、ブルートゥース（Bluetooth）プロトコル、ＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）プロトコル、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）プロトコル、ジグビー（Zigbee）プロトコル、ＬＴＥ（Long Term Evolution）プロトコル、ＮＦＣ（Near Field Communication）プロトコル等の各無線通信基準をサポートする無線通信モジュールである。検出モジュール１４４およびスイッチユニット１４８は、ソケットＳｏと商用電力の間に配置される。検出モジュール１４４は、電気機器１０を検出して、電気機器１０に関連する各電気特性パラメータを取得するよう構成され、スイッチユニット１４８は、ソケットＳｏと商用電力の間の接続をオンまたはオフにするよう構成される。
制御ユニット１４６は、通信モジュール１４２、検出モジュール１４４およびスイッチユニット１４８に結合され、データを送受信して、スイッチユニット１４８を制御するよう構成される。本実施形態において、制御ユニット１４６は、例えば、プログラム可能なマイクロプロセッサ（programmable microprocessor）、デジタルシグナルプロセッサ（digital signal processor, DSP）、プログラム可能なコントローラ（programmable controller）、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuits, ASIC）、プログラム可能論理デバイス（programmable logic device, PLD）、または他の類似デバイスである。言及すべきこととして、独立した装置である以外に、監視装置１４０は、一般のソケットまたは電源延長コードに統合されたものであってもよい。
クラウドサーバー１２０は、１つ以上の監視装置１４０に接続することにより、複数の電気機器の劣化状況および異常状態を監視することができる。また、クラウドサーバー１２０は、少なくとも１つのリモートデータベースＤＢにも接続して、少なくとも１つのユーザーデバイスＵｓに接続する。ユーザーデバイスＵｓは、クラウドサーバー１２０に接続することにより、電気機器１０の劣化状況および異常状態を監視することができる。
図４は、本発明の１つの実施形態に係る電気機器監視方法を示すフローチャートである。図３および図４を参照すると、下記の電気機器監視システム１００を参照しながら、本実施形態が提案する電気機器監視方法の詳細なフローチャートについて説明するが、電気機器監視方法は、電気機器監視システム１００により実現される場合のみに限定されない。
本実施形態が提案する電気機器監視方法は、まず、クラウドサーバー１２０が電気機器の初期使用から関連する累積データおよびパラメータを収集して、電気機器１０の負荷境界を設定する（ステップＳ４１０）。ここで、負荷境界は、正常状態において使用された電気機器の反射係数に関連する。続いて、監視装置１４０の検出モジュール１４４が電気機器１０を検出して、電気機器１０に関連する測定力率（measured power factor、略称はｍＰＦ）、測定実効値電圧（measured root-mean-square voltage、略称はｍＶｒｍｓ）および測定電力（measured power、略称はｍＷａｔｔ）を取得し、同時に、商用電力の供給周波数を認識する（ステップＳ４２０）。制御ユニット１４６は、さらに、検出モジュール１４４から測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓ、測定電力ｍＷａｔｔおよび供給周波数を受信し、通信モジュール１４２を介して、測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓ、測定電力ｍＷａｔｔおよび供給周波数、あるいは対応する測定時間もクラウドサーバー１２０に送信する。測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓ、測定電力ｍＷａｔｔおよび商用電力の供給周波数を受信した後、クラウドサーバー１２０により、測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓ、測定電力ｍＷａｔｔおよび供給周波数に基づいて、この時の負荷電流の実数部（略称はＩｒｓ）および負荷電流の虚数部（略称はＩｊｓ）を計算する（ステップＳ４３０）。負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓは、現使用状態における電気機器１０の反射係数に関連する。
本実施形態において、クラウドサーバー１２０は、電気機器の測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓ、測定電力ｍＷａｔｔ（検出モジュール１４４で電気機器１０を検出することによって得られたもの）および商用電力の供給周波数を利用して、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓを計算する。さらに、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓを用いて、電気機器１０の現電気特性の反射係数を推定してもよい。検出モジュール１４４は、例えば、３〜５秒に一度、測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓ、測定電力ｍＷａｔｔおよび供給周波数を検出および取得する。言及すべきこととして、測定中の解像度差に基づいて、測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓおよび測定電力ｍＷａｔｔは、同じまたは異なる倍率により、供給周波数と合わせて、力率（略称はＰＦ）、測定実効値電圧（略称はＶｒｍｓ）および電力（略称はＷａｔｔ）に変換する必要がある。本実施形態において、ｍＷａｔｔ／２００＝１Ｗａｔｔ（単位：ワット）およびｍＶｒｍｓ／１０００＝１Ｖｒｍｓ（単位：ボルト）である。また、ｍＰＦ／１０００＝１ＰＦであるが、本発明はこれに限定されない。
図５は、本発明の１つの実施形態に係る負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部を計算する時のフローチャートである。図５を参照すると、クラウドサーバー１２０は、まず、測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓおよび測定電力ｍＷａｔｔに基づいて、負荷インピーダンスの実数部Ｚｒおよび負荷インピーダンスの虚数部Ｚｊを計算する（ステップＳ４３２）。負荷インピーダンスの実数部Ｚｒおよび負荷インピーダンスの虚数部Ｚｊは、以下の数学的関係から導くことができる。
Ir = mWatt*5/mVrms … (1)
Ij = Ir*((1000000-mPF2)0.5)/mPF … (2)
Zr = Vrms/Ir … (3)
Zj = Vrms/Ij … (4)
ここで、Ｉｒは、負荷電流の過渡的実数部であり、Ｉｊは、負荷電流の過渡的虚数部である。測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓおよび測定電力ｍＷａｔｔは、力率ＰＦ、実効値電圧Ｖｒｍｓおよび電力Ｗａｔｔと倍率が異なり、倍率は、選択した検出素子および回路設計に応じて調整することができる。以上のように、数学的関係（１）および（２）から導かれた負荷電流の過渡的実数部Ｉｒおよび負荷電流の過渡的虚数部Ｉｊは、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部と完全に同じではないため、力率ＰＦ、実効値電圧Ｖｒｍｓおよび電力Ｗａｔｔに基づいて、別々に導かれる。
続いて、クラウドサーバー１２０は、さらに、商用電力の供給エリアに基づいて、基準電圧および基準周波数を設定してから（ステップＳ４３４）、商用電力の供給周波数、基準電圧および基準周波数に基づいて、負荷インピーダンスの実数部Ｚｒおよび負荷インピーダンスの虚数部Ｚｊにより、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓを計算する（ステップＳ４３６）。
言及すべきこととして、上述した負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部の計算方法（図５）は、負荷境界の設定に使用することもできる。図６は、本発明の１つの実施形態に係る負荷境界を設定する時のフローチャートである。図６を参照すると、本実施形態において、クラウドサーバー１２０は、まず、正常状態にある電気機器１０の反射係数を確認した後、それに基づいて、負荷境界を設定する。つまり、電気機器１０を通常使用する前に、電気機器監視システム１００の検出モジュール１４４が、サンプリング期間において、電気機器１０を検出して、電気機器１０に関連する複数のサンプル力率（sampled power factor, 略称はｓＰＦ）、複数のサンプル実効値電圧（sampled root-mean-square voltage, 略称はｓＶｒｍｓ）および複数のサンプル電力（sampled power, 略称はｓＷａｔｔ）を取得し、同時に、商用電力の供給周波数を認識する（ステップＳ４１２）。言及すべきこととして、サンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓおよびサンプル電力ｓＷａｔｔは、本質的に、測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓおよび測定電力ｍＷａｔｔと同じであるが、サンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓおよびサンプル電力ｓＷａｔｔは、特に、サンプリング期間に検出モジュール１４４が取得した測定力率ｍＰＦ、測定実効値電圧ｍＶｒｍｓおよび測定電力ｍＷａｔｔを指す。
サンプリング期間の長さは、例えば、１日、３日または１週間である。また、サンプリング方法において、検出モジュール１４４は、例えば、３〜５秒に一度、１グループのサンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓおよびサンプル電力ｓＷａｔｔを取得する。制御ユニット１４６は、検出モジュール１４４からサンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓ、サンプル電力ｓＷａｔｔおよび供給周波数を受信し、通信モジュール１４２を介して、サンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓ、サンプル電力ｓＷａｔｔおよび供給周波数をクラウドサーバー１２０に送信する。クラウドサーバー１２０は、サンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓ、サンプル電力ｓＷａｔｔおよび供給周波数に基づいて、負荷電流の正常実数部および負荷電流の正常虚数部を計算し（ステップＳ４１４）、負荷電流の正常実数部および負荷電流の正常虚数部に基づいて、負荷境界を設定する（ステップＳ４１６）。
負荷電流の正常実数部および負荷電流の正常虚数部の計算プロセスにおいて、まず、複数のグループのサンプル力率ｓＰＦ、サンプル実効値電圧ｓＶｒｍｓ、サンプル電力ｓＷａｔｔから複数のグループの負荷電流のサンプル実数部および負荷電流のサンプル虚数部を計算してもよい。具体的な計算方法は、図５の負荷電流計算方法を参照することができるため、ここでは繰り返し説明しない。続いて、統計方法論および収集したデータにより、複数のグループの負荷電流のサンプル実数部および負荷電流のサンプル虚数部を推定し、正常状態にある電気機器１０の反射係数に関連する負荷電流の正常実数部および負荷電流の正常虚数部を取得する。
クラウドサーバー１２０は、予め設定された規格と電気機器１０の型番に基づいて、負荷境界を設定する。例えば、クラウドサーバー１２０は、負荷電流の正常実数部と負荷電流の正常虚数部の２０％遷移範囲、または負荷電流の正常実数部と負荷電流の正常虚数部の３倍標準偏差を負荷境界として使用するが、本発明はこれに限定されない。クラウドサーバー１２０が取得した負荷電流の実数部Ｉｒｓ、負荷電流の虚数部Ｉｊｓ、負荷電流のサンプル実数部、負荷電流のサンプル虚数部、負荷電流の正常実数部、負荷電流の正常虚数部および負荷境界は、いずれも後続のデータ分析、特に、大きなデータ分析（big data analysis）の基礎として、リモートデータベースＤＢ内に保存することができる。
再度図３および図４を参照すると、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部を取得した後、クラウドサーバー１２０は、さらに、ユーザーデバイスＵｓまたはクラウドサーバー１２０の表示インターフェース（図示せず）に実数‐虚数電流座標システムを表示するとともに、実数‐虚数電流座標システムに負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部により構成された合成電流の座標点を表示する（ステップＳ４４０）。また、クラウドサーバー１２０または監視装置１４０の制御ユニット１４６により、負荷境界、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部に基づいて、電気機器１０に対応する保護プロセスを実行するかどうかをさらに判断することができる（ステップＳ４５０）。
図７は、本発明の１つの実施形態に係る実数‐虚数電流座標システムの負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部の位置を表す合成電流の分布点を示す概略図である。図７に示した実数‐虚数電流座標システム、負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部を表す点Ｃｐは、電気機器１０が直感的グラフィックインターフェースを介して異常状態や劣化状況を有するかどうかを確認するために、ユーザーデバイスＵｓまたはクラウドサーバー１２０の使用者に提供される。言及すべきこととして、図７に示した点Ｃｐは複数あるが、これは、クラウドサーバー１２０が実際の使用において連続して取得した複数のグループの負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部の位置を表す点Ｃｐを同時に表示するという意味ではない。本実施形態において、例えば、監視装置１４０の検出モジュール１４４が３〜５秒に一度電気機器１０を検出する場合、クラウドサーバー１２０は、表示した点Ｃｐを３〜５秒に一度更新する。
本発明の１つの実施形態において、クラウドサーバー１２０が取得した負荷境界を監視装置１４０に送信し、監視装置１４０内の制御ユニット１４６がクラウドサーバー１２０から負荷境界を受信して、安全使用標準を確立および／または更新する。制御ユニット１４６は、安全使用標準に基づいて、電気機器１０が異常（例えば、漏電、温度過上昇、過電流等の異常現象を指す）であるかどうかを監視する。具体的に説明すると、制御ユニット１４６は、例えば、安全使用標準の温度しきい値に基づいて、異常な温度過上昇が電気機器１０に生じているかどうか、あるいは、例えば、安全使用標準の電流しきい値に基づいて、異常な過電流が電気機器１０に生じているかどうかを監視することができる。つまり、制御ユニット１４６は、負荷境界を使用することによって、電気機器１０の異常状態を判断することもできる。
電気機器１０が上述した状態にあることを制御ユニット１４６が監視すると、制御ユニット１４６は、電気機器１０の電源オフプロセスを実行するようスイッチユニット１４８を制御する。さらに具体的に説明すると、電気機器１０が一定期間の間（例えば、数ミリ秒または数秒）異常状態にあることを制御ユニット１４６が監視した時、制御ユニット１４６は、スイッチユニット１４８をオフにして、電気機器１０が商用電力から駆動電力を取得し続けないようにすることができる。
本発明の別の実施形態において、異常状態に応じて電気機器１０が電源オフプロセスを実行する他に、電気機器監視システム１００は、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓの変化傾向（すなわち、点Ｃｐの変化傾向）に基づいて、電気機器１０の劣化状況を分析することもできる。具体的に説明すると、電気機器１０の使用時間が増加するにつれ、内部部品の劣化や故障によって、電気機器１０の同等の反射係数もそれに従って変化する。そのため、長期間で複数のグループの負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓを分析することによって、クラウドサーバー１２０は、電気機器１０が劣化状態に進んでいるかどうかを確認することができる。上述した分析の後に電気機器１０において劣化現象が発見された場合、クラウドサーバー１２０は、電気機器１０の劣化レベルを確認し、警告（warning）を送信してもよい。
具体的に説明すると、クラウドサーバー１２０は、単位基準として所定期間を使用して、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓを分類し、各所定期間内の負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓを計算することにより、負荷電流の複数の統計実数部および負荷電流の複数の統計虚数部を取得することができる。所定期間は、例えば、１日、３日、１週間または１ヶ月であるが、本発明はこれに限定されない。各所定期間における負荷電流の統計実数部および負荷電流の統計虚数部は、上述した各所定期間内の電気機器１０の反射係数に関連する。クラウドサーバー１２０は、負荷電流の統計実数部および負荷電流の統計虚数部に対する所定期間内の変化傾向を判断する。さらに、上述した変化傾向が、負荷電流の統計実数部または負荷電流の統計虚数部のいずれか、あるいは両方が徐々に負荷境界に向かっていることを示している場合、電気機器１０は既に劣化状態に進んでいることを意味する。この場合、電気機器監視システム１００のクラウドサーバー１２０は、電気機器１０に対応する劣化リマインダー（reminder）の送信を始めることができる。負荷電流の少なくとも１つの統計実数部または負荷電流の少なくとも１つの統計虚数部、あるいは負荷電流の統計実数部および負荷電流の統計虚数部の複数の実効値のうちの少なくとも１つが負荷境界を超過している場合、電気機器監視システム１００のクラウドサーバー１２０は、さらに、電気機器１０に対応する警告信号を送信することができる。
以下、いくつかの例を提供して、本発明が提供する電気機器監視方法および電気機器監視システムの実際の使用と効果について説明する。図８は、本発明の１つの実施形態に係る除湿機の実数‐虚数電流座標システム上の点を示す概略図である。図８を参照すると、まず、例として、型番が１５０／１６５Ｗ、開始キャパシタンスが２５ｕＦの除湿機を使用する。開始キャパシタンスが２５ｕＦから徐々に２０ｕＦ、１５ｕＦ、１０ｕＦ、５ｕＦへと減少し、０ｕＦに至るまでをシミュレーションする。開始キャパシタンスが５ｕＦよりも小さい場合、除湿機のコンプレッサは明らかに起動しておらず、電力消費量は６００Ｗ以上に上昇する。詳しいシミュレーション試験の表は、以下の通りである。
Figure 2016008973
図８を参照すると、開始キャパシタンスの変化に伴い、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓもそれに従って変化する。開始キャパシタンスが２５ｕＦであると仮定すると、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓは、それぞれ、１．３０９および−０．３８７である（すなわち、上述した正常状態における負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部）。この場合、点Ｃｐ（２５ｕＦ）は（１．３０９，−０．３８７）、Ｉｒｓ＋Ｉｊｓ＝１．３０９−ｊ０．３８７＝１．３６５、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓの２０％変化量は０．２７であり、これらのデータから負荷境界を取得することができる。シミュレーション試験の表からわかるように、開始キャパシタンスが１５ｕＦまで減少すると、本発明が提案する電気機器監視方法および電気機器監視システムは、対応するリマインドプロセスを実行して、劣化問題に関するリマインダーを送信する。開始キャパシタンスが１０ｕＦまで減少すると、本発明が提案する電気機器監視方法および電気機器監視システムは、対応する保護プロセスを実行して、例えば、除湿機の電源をオフにする、あるいは除湿機に対応する警告を送信する。
本発明の別の実施形態に係る別の例として、家庭用扇風機を使用する。一般的に、正常使用状況にある家庭用扇風機をシミュレーションするとわかるように、家庭用扇風機は、Ｖｒｍｓ＝１１０（単位：ボルト）、Ｗａｔｔ＝５０．４３（単位：ワット）およびＰＦ＝−０．９４を有する。この場合、変換により得られる負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓは、それぞれ、０．４５８および−０．１６６である。また、Ｉｒｓ＋Ｉｊｓ＝０．４５８−ｊ０．１６６＝０．４８７、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓの２０％変化量は０．０９７５であり、これらのデータから負荷境界を取得することができる。
さらに、回転できないフィンを有する家庭用扇風機をシミュレーションすると、この場合、家庭用扇風機は、Ｖｒｍｓ＝１１０（単位：ボルト）、Ｗａｔｔ＝６０．９（単位：ワット）およびＰＦ＝−０．９４を有する。変換により得られる負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓは、それぞれ、０．５５３および−０．２である。この場合、負荷電流の実数部Ｉｒｓおよび負荷電流の虚数部Ｉｊｓの合計変化量は、既に２０％変化量を超過しているため、電気機器監視方法および電気機器監視システムは、対応する保護プロセスの実行に進む。言及すべきこととして、上述した除湿機と家庭用扇風機の例は、測定データの代わりに模擬データを使用したものである。
本発明の別の実施形態において、電気機器監視システム１００は、電気機器を識別することもできる。具体的に説明すると、電気機器１０の種類が異なれば、電気特性の反射係数も異なる。したがって、測定力率、測定実効値電なるおよび測定電力に基づいて負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部を計算した後、電気機器監視システム１００のクラウドサーバー１２０は、実数‐虚数電流座標システム上の負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部の分布位置に基づいて、電気機器１０の種類を判断することができる。図９は、本発明の１つの実施形態に係る異なる種類の電気機器の実数‐虚数電流座標システム上の位置を示す概略図である。図９を参照すると、クラウドサーバー１２０は、負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部の位置に基づいて、電気機器１０の種類を判断することができる。種類は、特定ブランドの扇風機、ランプ、炊飯器、モニターおよびコンピュータを含む。また、電気機器に対応して計算および取得した負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部のグループが多ければ多いほど、電気機器１０の種類を判断する正確度が高くなる。
以上のように、本発明の実施形態が提供する電気機器監視方法および電気機器監視システムは、まず、サンプリングを実行して、正常状態にある電気機器の反射係数を確認し、負荷境界を取得する。続いて、使用中の電気機器を監視して、電気特性の反射係数に関連する負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部の変化を確認し、電気機器が異常状態にあるかどうか、または劣化状況を有するかどうかを負荷境界により判断する。また、電気機器監視方法および電気機器監視システムは、さらに、負荷境界および負荷電流の実数部と負荷電流の虚数部を表す座標点を表示して、使用者が電気機器の使用状況をチェックおよび確認できるようにする。したがって、専門職の人でなくても、いつでも必要な時に電気機器の異常の監視や電気機器の劣化状況の検出を行い、予定より早く電気機器のメンテナンスや交換を行うことができる。その結果、電気機器の故障のリスクを減らすことができる。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
本発明が提供する電気機器監視方法および電気機器監視システムは、各種の電気特性パラメータを基準として利用し、電気機器の異常や劣化傾向を正確に判断することにより、電気機器の緊急処理を達成することができる。したがって、普通の人でも、電気機器が異常であるかどうかを監視することができ、あるいは、電気機器の劣化状況を検出して、前もって電気機器のメンテナンスや交換を行うことができる。そのため、電気機器の故障のリスクを最小限に抑えることができる。
１０ 電気機器
Ｓｏ ソケット
１００ 電気機器監視システム
１２０ クラウドサーバー
１４０ 監視装置
１４２ 通信モジュール
１４４ 検出モジュール
１４６ 制御ユニット
１４８ スイッチユニット
ＤＢ リモートデータベース
Ｕｓ ユーザーデバイス
Ｓ４１０、Ｓ４２０、Ｓ４３０、Ｓ４４０，Ｓ４５０ 電気機器監視方法のステップ
Ｓ４１２、Ｓ４１４、Ｓ４１６ 負荷境界の設定ステップ
Ｓ４３２、Ｓ４３４、Ｓ４３６ 負荷電流の実数部および負荷電流の虚数部の計算ステップ
Ｃｐ 点
Ｉｒｓ 負荷電流の実数部
Ｉｊｓ 負荷電流の虚数部

Claims (10)

  1. 商用電力に結合された電気機器の劣化状況や異常状態の監視に適用される電気機器監視方法であって、
    正常状態における前記電気機器の反射係数に関連する前記電気機器の負荷境界を設定するステップと、
    前記電気機器を検出して、前記電気機器に関連する測定力率、測定実効値電圧および測定電力を取得し、同時に、前記商用電力の供給周波数を認識するステップと、
    前記測定力率、前記測定実効値電圧、前記測定電力および前記供給周波数に基づいて、現使用状態中の前記電気機器の反射係数に関連する負荷電流の実数部および前記負荷電流の虚数部を計算するステップと、
    実数‐虚数電流座標システム上に前記負荷境界および前記負荷電流の前記実数部と前記負荷電流の前記虚数部を表す座標点を表示するステップと、
    前記負荷境界、前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部に基づいて、前記電気機器に対応する保護プロセスを実行するかどうかを判断するステップと、
    を含む電気機器監視方法。
  2. 前記測定力率、前記測定実効値電圧、前記測定電力および前記供給周波数に基づいて、前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部を計算する前記ステップが、さらに、
    前記測定力率、前記測定実効値電圧および前記測定電力に基づいて、負荷インピーダンスの実数部および前記負荷インピーダンスの虚数部を計算するステップと、
    前記商用電力の供給エリアに基づいて、基準電圧および基準周波数を設定するステップと、
    前記供給周波数、前記基準電圧および前記基準周波数に基づいて、前記負荷インピーダンスの前記実数部および前記負荷インピーダンスの前記虚数部により、前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部を計算するステップと、
    を含む請求項１に記載の電気機器監視方法。
  3. 前記負荷境界を設定する前記ステップが、さらに、
    サンプリング期間において、前記電気機器を検出して、前記電気機器に関連する複数のサンプル力率、複数のサンプル実効値電圧および複数のサンプル電力を取得し、同時に、前記商用電力の前記供給周波数を認識するステップと、
    前記サンプル力率、前記サンプル実効値電圧、前記サンプル電力および前記供給周波数に基づいて、前記負荷電流の正常実数部および前記負荷電流の正常虚数部を計算するステップと、
    前記正常状態にある前記電気機器の前記反射係数に関連する前記負荷電流の前記正常実数部および前記負荷電流の前記正常虚数部に基づいて、前記負荷境界を設定するステップと、
    を含む請求項１〜２のいずれか１項に記載の電気機器監視方法。
  4. 前記電気機器に対応する前記保護プロセスを実行するかどうかを判断する前記ステップが、さらに、
    前記負荷境界に基づいて、安全使用標準を更新し、前記安全使用標準に基づいて、前記電気機器が異常であるかどうかを監視するステップと、
    前記電気機器が異常である時に、前記電気機器に対して電源オフプロセスを実行するステップと、
    を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機器監視方法。
  5. 前記電気機器に対応する前記保護プロセスを実行するかどうかを判断する前記ステップが、さらに、
    各所定期間内に取得した前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部を計算して、前記所定期間内の前記負荷電流の複数の統計実数部および前記負荷電流の複数の統計虚数部を取得し、前記負荷電流の前記統計実数部および前記負荷電流の前記統計虚数部が、単一の前記所定期間における前記電気機器の反射係数に関連するステップと、
    前記所定期間中の前記負荷電流の前記統計実数部および前記負荷電流の前記統計虚数部の変化傾向を判断するステップと、
    前記変化傾向が、前記所定期間内の前記負荷電流の前記統計実数部または前記負荷電流の前記統計虚数部が徐々に前記負荷境界に向かっていることを示し、前記所定期間中の前記負荷電流の少なくとも１つの前記統計実数部または前記負荷電流の少なくとも１つの前記統計虚数部、あるいは前記負荷電流の前記統計実数部および前記負荷電流の前記統計虚数部の複数の実効値のうちの少なくとも１つが前記負荷境界を超過している場合、前記電気機器に対応する警告信号を送信するステップと、
    を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気機器監視方法。
  6. 少なくとも１つのユーザーデバイスに接続して、商用電力に結合された電気機器の劣化状況および異常状態を監視する電気機器監視システムであって、
    正常状態にある前記電気機器の反射係数に関連する前記電気機器の負荷境界を設定するクラウドサーバーと、
    監視装置と、
    を含み、前記監視装置が、
    通信モジュールと、
    前記電気機器を検出して、前記電気機器に関連する測定力率、測定実効値電圧および測定電力を取得し、同時に、前記商用電力の供給周波数を認識する検出モジュールと、
    前記通信モジュールおよび前記検出モジュールに結合され、前記検出モジュールから前記測定力率、前記測定実効値電圧、前記測定電力および前記供給周波数を受信し、前記通信モジュールを介して、前記測定力率、前記測定実効値電圧、前記測定電力および前記供給周波数を前記クラウドサーバーに送信する制御ユニットと、
    を含み、前記クラウドサーバーが、前記測定力率、前記測定実効値電圧、前記測定電力および前記供給周波数に基づいて、現使用状態にある前記電気機器の反射係数に関連する負荷電流の実数部および前記負荷電流の虚数部を計算し、
    前記クラウドサーバーが、さらに、前記ユーザーデバイスまたは前記クラウドサーバーの表示インターフェースに実数‐虚数電流座標システムを表示するとともに、前記実数‐虚数電流座標システムに前記負荷境界および前記負荷電流の前記実数部と前記負荷電流の前記虚数部を表す座標点を表示し、
    前記クラウドサーバーが、前記負荷境界、前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部に基づいて、前記電気機器に対応する保護プロセスを実行するかどうかを判断する電気機器監視システム。
  7. 前記クラウドサーバーが、前記測定力率、前記測定実効値電圧および前記測定電力に基づいて、負荷インピーダンスの実数部および前記負荷インピーダンスの虚数部を計算するとともに、前記商用電力の供給エリアに基づいて、基準電圧および基準周波数を設定し、前記供給周波数、前記基準電圧および前記基準周波数に基づいて、前記負荷インピーダンスの前記実数部および前記負荷インピーダンスの前記虚数部により、前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部を計算する請求項６に記載の電気機器監視システム。
  8. 前記検出モジュールが、さらに、サンプリング期間において、前記電気機器を検出して、前記電気機器に関連する複数のサンプル力率、複数のサンプル実効値電圧および複数のサンプル電力を取得するとともに、前記商用電力の前記供給周波数を認識し、前記クラウドサーバーが、前記サンプル力率、前記サンプル実効値電圧、前記サンプル電力および前記供給周波数に基づいて、前記負荷電流の正常実数部および前記負荷電流の正常虚数部を計算して、前記正常状態にある前記電気機器の前記反射係数に関連する前記負荷電流の前記正常実数部および前記負荷電流の前記正常虚数部に基づいて、前記負荷境界を設定する請求項６〜７のいずれか１項に記載の電気機器監視システム。
  9. 前記監視装置が、さらに、前記電気機器と前記商用電力の間に結合されたスイッチユニットを含み、前記制御ユニットが、前記クラウドサーバーから前記負荷境界を受信して、安全使用標準を更新し、前記安全使用標準に基づいて、前記電気機器が異常であるかどうかを監視し、
    前記電気機器が異常である時に、前記制御ユニットが、前記電気機器に対して電源オフプロセスを実行するよう前記スイッチユニットを制御する請求項６〜８のいずれか１項に記載の電気機器監視システム。
  10. 前記クラウドサーバーが、各所定期間内に取得した前記負荷電流の前記実数部および前記負荷電流の前記虚数部を計算して、前記所定期間内の前記負荷電流の複数の統計実数部および前記負荷電流の複数の統計虚数部を取得し、前記所定期間中の前記負荷電流の各前記統計実数部および前記負荷電流の各前記統計虚数部が、前記所定期間内の単一期間における前記電気機器の反射係数に関連し、前記クラウドサーバーが、前記所定期間中の前記負荷電流の前記統計実数部および前記負荷電流の前記統計虚数部の変化傾向を判断し、
    前記変化傾向が、前記所定期間内の前記負荷電流の前記統計実数部または前記負荷電流の前記統計虚数部が徐々に前記負荷境界に向かっていることを示し、前記所定期間中の前記負荷電流の少なくとも１つの前記統計実数部または前記負荷電流の少なくとも１つの前記統計虚数部、あるいは前記所定期間中の前記負荷電流の前記統計実数部および前記負荷電流の前記統計虚数部の複数の実効値のうちの少なくとも１つが前記負荷境界を超過している場合、前記電気機器に対応する警告信号を送信する請求項６〜９のいずれか１項に記載の電気機器監視システム。
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