KR101740861B1 - Self-Powering Smart Current Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 전류 센서에 공급되는 전원을 기존의 내장 배터리 또는 외부 상용전원 방식에서 자가발전 방식으로 대체하여 외부로부터의 별도 전원 공급 없이 독립적으로 동작이 가능한 자가 발전 스마트 전류 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a self-powered smart current sensor that can be operated independently from an external power source by replacing a power source supplied to a smart current sensor with a built-in battery or an external commercial power source.
일반적으로, IoT(Internet of Things)는 인터넷 기반으로 모든 사물을 연결해 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스로 도 1에 도시된 바와 같이 다양한 솔루션을 만들어 낼 수 있는 신사업 분야이다.In general, IoT (Internet of Things) is a new business that can create various solutions as shown in FIG. 1 by intelligent technologies and services that connect all objects by internet and communicate information between people, objects, Field.
다양한 IoT 서비스를 제공하기 위해서는 스마트 센서 기술, 무선 통신 기술, 정보 통신 기술, 응용 소프트웨어 기술 등 핵심적 요소 기술들이 필요하다.Core technologies such as smart sensor technology, wireless communication technology, information communication technology, and application software technology are needed to provide various IoT services.
여기서 스마트 센서란 기존 센서에 논리, 판단, 통신 기능이 결합되어 데이터 처리, 자동 보정 및 자가 진단, 의사결정 기능을 수행하는 고기능, 고정밀, 고편의성, 고부가가치 센서를 의미한다.Here, smart sensor refers to a high-performance, high-precision, high-convenience, high value-added sensor that performs data processing, automatic correction, self-diagnosis, and decision making by combining logic, decision and communication functions with existing sensors.
스마트 센서 관련 종래의 전원 기술은 센싱 및 무선통신을 위해 ① 외장 전원공급장치 사용(상용전원 또는 대용량 배터리) 방식, ② 내장 배터리 사용 방식이 주를 이룬다. 상기 ①의 방식은 현장설치가 복잡하고 설치 후 위치변경이 어려울 뿐만 아니라 무선 센서 시스템의 확장 등의 유연성이 떨어진다. 상기 ② 방식의 경우 내장 배터리를 사용하여 스마트센서를 일체형으로 제작이 가능하지만 제품 크기의 제한으로 인한 배터리 용량의 제약에 따라 장시간의 동작수명을 갖는 제품을 구현하는 것이 불가능하고, 따라서 주기적으로 내장배터리를 교체해야 하는 번거로움이 발생한다. Conventional power technology related to smart sensor mainly uses ① external power supply device (commercial power or large capacity battery) method and ② internal battery use method for sensing and wireless communication. The above-mentioned method (1) is complicated in the field, is difficult to change its position after installation, and has low flexibility such as expansion of a wireless sensor system. In the case of the above-mentioned method (2), it is possible to manufacture a smart sensor by using the built-in battery, but it is impossible to implement a product having a long operating life due to the restriction of the battery capacity due to the limitation of the product size. It is troublesome to replace the battery.
전술한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 Electrodynamic, Small size Photovoltaic, Thermoelectric, Piezoelectric 등의 기술을 적용하여 ③ 스마트 센서의 설치 환경에 존재하는 에너지를 이용하여 전력을 생성하고 대상체에 전원을 공급하는 방식 등의 사례들이 보고되고 있으나, 설치 현장의 환경이 항상 일정한 것만은 아니어서 시스템 동작 안전성 및 신뢰성을 확보하기는 어려운 상황이다.(3) a method of generating power using energy existing in the installation environment of the smart sensor and supplying power to the object by applying technologies such as Electrodynamic, Small-size Photovoltaic, Thermoelectric, and Piezoelectric However, it is difficult to secure system operation safety and reliability because the environment of the installation site is not always constant.
특히, 종래의 스마트 전류 센서의 경우 해당 센서의 (설치 환경에 존재하는 에너지로서 사용할 수 있는) 센싱 전류가 매우 작은 미세 전류이기 때문에 (정밀 계측이 가능하지만) 이러한 미세 전류로는 필요한 전력을 생성하여 전원으로 활용하기가 부적합한 문제점이 있었다. Particularly, in the case of the conventional smart current sensor, since the sensing current of the sensor (which can be used as the energy present in the installation environment) is a very small current (accurate measurement is possible) There is a problem that it is not suitable to use as a power source.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스마트 전류 센서에 공급되는 전원을 기존의 내장 배터리 또는 외부 상용전원 방식에서 자가발전 방식으로 대체할 수 있도록 하고, 이에 따라 스마트 센서의 동작 수명을 반영구적으로 향상시키며, 센서와 전원공급장치를 일원화할 수 있도록 하는, 자가 발전 스마트 전류 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a smart sensor capable of replacing a power source supplied to a smart current sensor with a self- A self-powered smart current sensor that provides semi-permanent enhancement of operating life and unifies the sensor and power supply.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서는, 스마트 전류 센서에 있어서, 1차 권선, 2차 권선, 및 코어를 포함하고, 상기 2차 권선은 상기 1차 권선의 턴 수보다 상대적으로 많은 턴 수를 가진 제1 권선 및 상기 제1 권선보다 상대적으로 적은 턴 수를 가진 제2 권선을 포함하는 변류기; 상기 제1 권선 및 상기 제2 권선으로부터 각각 출력되는 제1 출력 및 제2 출력 간을 스위칭하기 위한 스위칭부; 상기 스위칭부를 통해 스위칭되어 입력된 상기 제1 출력을 기초로 상기 1차 권선의 전류값 또는 전류 파형을 계측하기 위한 계측 신호를 생성하기 위한 신호처리부; 상기 스위칭부를 통해 스위칭되어 입력된 상기 제2 출력을 기초로 (스마트 전류 센서의 전원으로서의) 배터리의 충전 및 방전을 제어하기 위한 충방전제어부; 및 스마트 전류 센서의 구성(스위칭부, 신호처리부, 충방전제어부)을 총괄 제어하고, 상기 계측 신호를 입력하여 기 설정된 알고리즘에 따라 처리하기 위한 주제어부를 포함하고, 상기 제어부의 제어에 따라 무선 또는 유선 방식으로 통신하기 위한 통신부를 더 포함할 수 있으며, 상기 주제어부는 기 설정된 프로그램에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a smart current sensor comprising a primary winding, a secondary winding, and a core, the secondary winding being connected to the primary winding A first winding having a relatively larger number of turns than the number of turns of the first winding and a second winding having a relatively smaller number of turns than the first winding; A switching unit for switching between a first output and a second output respectively output from the first winding and the second winding; A signal processing unit for generating a measurement signal for measuring a current value or a current waveform of the primary winding based on the first output that is switched and input through the switching unit; A charge / discharge control unit for controlling charging and discharging of the battery (as a power source of the smart current sensor) based on the second output that is switched and input through the switching unit; And a main controller for collectively controlling the configuration of the smart current sensor (switching unit, signal processing unit, charge / discharge control unit), and inputting the measurement signal and processing according to a predetermined algorithm, The main control unit may control the switching operation of the switching unit according to a predetermined program.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서는, 스마트 전류 센서에 있어서, 1차 권선, 2차 권선, 및 코어를 포함하고, 상기 2차 권선은 적어도 제1 권선 및 제2 권선을 포함하는 변류기; 상기 제1 권선과 상기 제2 권선을 서로 직렬로 연결하거나 비연결하도록 스위칭하기 위한 제1 스위치, 및 상기 제1 스위치의 온(on) 또는 오프(off) 상태에 따라 상기 제1 권선으로부터 출력되는 제1 출력, 상기 제2 권선으로부터 출력되는 제2 출력, 및 상기 제1~2 권선의 합으로부터 출력되는 제3 출력 중 적어도 하나를 선택적으로 스위칭하여 출력하기 위한 제2 스위치를 포함하는 스위칭부; 상기 스위칭부를 통해 스위칭되어 입력된 상기 제1 출력 내지 상기 제3 출력 중 하나를 기초로 배터리의 충전 및 방전을 제어하기 위한 충방전제어부; 상기 스위칭부를 통해 스위칭되어 입력된 상기 제1 출력 내지 상기 제3 출력 중 하나를 기초로 상기 1차 권선의 전류값 또는 전류 파형을 계측하기 위한 계측 신호를 생성하기 위한 신호처리부; 및 상기 스위칭부, 상기 신호처리부, 및 상기 충방전제어부를 총괄 제어하고, 상기 계측 신호를 입력하여 기 설정된 알고리즘에 따라 처리하기 위한 주제어부를 포함할 수 있고, 상기 2차 권선의 상기 제1 권선 또는 상기 제1~2 권선의 합은 상기 1차 권선의 턴 수보다 상대적으로 많은 턴 수를 가지며, 상기 제2 권선은 상기 제1 권선보다 상대적으로 적거나 같은 턴 수를 가질 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a smart current sensor comprising a primary winding, a secondary winding, and a core, the secondary winding comprising at least a first winding And a second winding; A first switch for switching the first winding and the second winding to be connected or disconnected from each other in series, and a second switch for outputting the first coil from the first coil in accordance with an on or off state of the first switch A switching unit including a second switch for selectively switching at least one of a first output, a second output from the second winding, and a third output from a sum of the first and second windings; A charge / discharge control unit for controlling charging and discharging of the battery based on one of the first output and the third output that is switched and input through the switching unit; A signal processing unit for generating a measurement signal for measuring a current value or a current waveform of the primary winding based on one of the first output and the third output that is switched and input through the switching unit; And a main controller for collectively controlling the switching unit, the signal processing unit, and the charge / discharge control unit, and inputting the measurement signal and processing according to a predetermined algorithm, wherein the main winding or the main winding The sum of the first and second windings may have a relatively larger number of turns than the number of turns of the primary winding and the second winding may have a relatively smaller or equal number of turns than the first winding.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 필요 전력을 자가발전을 통해 생성/공급하면서 필요한 계측을 수행할 수 있으므로 스마트 전류 센서에 공급되는 전원을 기존의 내장 배터리 또는 외부 상용전원 방식에서 자가발전 방식으로 대체할 수 있다. As described above, according to various aspects of the present invention, it is possible to perform required measurement while generating / supplying necessary power through self-power generation, so that the power supplied to the smart current sensor can be measured by a self- Power generation system.
따라서, 기존의 내장 배터리 또는 외부 상용전원 방식에 대한 전술한 종래의 문제점을 모두 해결함과 아울러 스마트 센서의 동작 수명을 반영구적으로 향상시키므로 획기적인 IoT 솔루션 공급이 가능하고, 센서와 전원공급장치를 일원화 할 수 있으므로 스마트 센서의 전원 일체형 제품화 및 소형화가 가능하고 다양한 분야의 전류 계측용 스마트 센서로 활용할 수 있다.Accordingly, the present invention solves all the conventional problems of the conventional internal battery or the external commercial power supply system, and can permanently improve the operation life of the smart sensor, thereby enabling the supply of the revolutionary IoT solution, and unifying the sensor and the power supply unit This makes it possible to integrate smart sensor into a single product and miniaturize it, and it can be used as a smart sensor for current measurement in various fields.
도 1은 다양한 IoT(Internet of Things) 서비스 사례를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서의 구성도,
도 3은 도 2의 변류기의 예시도,
도 4는 일반적인 변류기를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서의 구성도,
도 6은 도 5의 변류기 및 스위칭부의 예시도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating various examples of IoT (Internet of Things) services,
2 is a configuration diagram of a self-powered smart current sensor according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is an illustration of the current transformer of Figure 2,
4 is a view for explaining a general current transformer,
5 is a configuration diagram of a self-powered smart current sensor according to another embodiment of the present invention;
6 is an exemplary view of the current transformer and the switching unit of Fig.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals are used to denote like elements in the drawings, even if they are shown in different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서의 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 변류기(21), 스위칭부(22), 신호처리부(23), 충방전제어부(24), 주제어부(25), 통신부(26), 및 배터리(27)를 포함할 수 있다.2, the smart current sensor includes a
변류기(Current Transformer: CT)(21)는 전류 센싱 디바이스로서의 기능과 전력발전 디바이스로서의 기능을 수행하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 권선(211), 2차 권선(212), 및 코어(213)를 포함할 수 있다. A current transformer (CT) 21 is provided for performing a function as a current sensing device and a function as a power generation device. As shown in FIG. 3, a
본 실시예에서 2차 권선(212)은 2개 이상의 권선을 포함하는 멀티 권선으로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 1차 권선(211)의 턴 수(N1)보다 상대적으로 많은 턴 수(N2)를 가진 제1 권선(212a) 및 제1 권선(212a)보다 상대적으로 적은 턴 수(N3)를 가진 제2 권선(212b)을 포함할 수 있다.In this embodiment, the
일반적으로, 전자기유도 현상을 이용하는 CT변류기로부터 출력되는 전류는 1차 권선에 흐르는 전류에 비례하고 코어(철심)를 둘러싸는 2차 권선의 턴 수에 반비례하는 특성을 갖는다. 때문에 2차 권선의 턴 수가 많으면 유도되는 전류는 그 만큼 작은 전류가 흐르게 되어 정밀 계측이 가능하지만 반대로 미세 전류가 유도되기 때문에 전원으로 활용하기에는 부적합하였다.Generally, the current output from the CT deflector using the electromagnetic induction phenomenon is in proportion to the current flowing in the primary winding and inversely proportional to the number of turns of the secondary winding surrounding the core (iron core). Therefore, if the number of turns of the secondary winding is large, the induced current can flow precisely because a small amount of current flows through the secondary winding, but it is not suitable for use as a power source because a microcurrent is induced.
도 4에 도시된 바와 같이, 2차 권선의 턴 수가 10인 변류기를 가정하면, 1차 권선에 흐르는 전류 I1에 의해 코어에는 오른나사의 법칙에 따라 Ø1의 자속이 형성된다. 이때 2차 권선이 폐회로를 만들게 되면 철심에 형성된 자기력에 의해 2차 권선에 유도 전류가 생성되는 2차 전자기변환이 일어난다. 이와 같은 전자기변환은 작용-반작용의 법칙과 같아서 2차 권선에 나타나게 되는 전류의 방향은 1차 권선에서 발생한 자속 Ø1을 상쇄시키는 Ø2의 방향이 되고 2차 전류 I2의 크기는 I1에 의한 Ø1을 상쇄시킬 수 있는 만큼의 Ø2를 만들어내어 코어에서의 전자기 평형을 만든다. 즉, 1차 권선에 흐르는 전류 I1이 10A일 때, 2차 권선에 유도되는 전류 I2는 턴 수에 반비례하는 1A이다.4, assuming a current transformer having a number of turns of the
전술한 바와 같이 기존의 상용 CT변류기는 이러한 전자기 유도 현상을 이용하여 1차 권선에 흐르는 대전류(접촉식으로 계측할 수 있는 허용 전류 범위를 벗어날 경우 CT변류기를 이용하여 비접촉식으로 계측함)를 정확하게 계측하기 위해 2차 권선이 1차 권선보다 상대적으로 많은 턴 수를 갖도록 제작되므로 스마트 센서의 전원공급장치로 활용하기에 부적합 하였다.As described above, the conventional commercial CT current transformer accurately measures the large current flowing through the primary winding (non-contact measurement using a CT current transformer when the current exceeds the allowable current range that can be measured by contact) using such electromagnetic induction phenomenon The secondary winding is fabricated to have a relatively larger number of turns than the primary winding, making it unsuitable for use as a power supply for a smart sensor.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위해 변류기(21)가 전류 계측을 위한 전류 센싱 디바이스로 동작하는 경우와 2차 권선에 유도되는 전류를 이용하여 전력발전 디바이스로로 동작하는 경우에 따라 2차 권선의 턴 수를 달리함으로써 정밀 전류 계측이 가능하면서도 더 높은 전류가 2차 권선에 유도될 수 있도록 하였다. In order to solve this problem, according to the present invention, when the
즉, 본 실시예에 따른 변류기(21)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 2차 권선(212)을 적어도 제1 권선(212a) 및 제2 권선(212b)을 포함하는 멀티 권선으로 구성하되, 제1 권선(212a)의 턴 수 N2는 1차 권선(211)의 턴 수 N1보다 상대적으로 많은 턴 수를 갖도록 형성하고, 제2 권선(212b)의 턴 수 N3은 제1 권선(212a)의 턴 수 N2보다 상대적으로 적은 턴 수를 갖도록 형성함으로써, 해당 변류기(21)가 전류 센싱 디바이스로서의 역할과 전력발전 디바이스로서의 역할을 모두 수행할 수 있도록 하였다. 3, the
다시 도 2에서, 스위칭부(22)는 2차 권선(212)의 제1 권선(212a) 및 제2 권선(212b)으로부터 각각 출력되는 제1 출력(output 1) 및 제2 출력(output 2) 간을 스위칭하여 제1 권선(212a)의 출력단과 신호처리부(23)의 입력단을 전기적으로 연결하거나 또는 제2 권선(212b)의 출력단과 충방전제어부(24)의 입력단을 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 예를 들어, 변류기(21)의 2차 권선(212)의 제1 권선(212a)으로부터 출력되는 제1 출력(전류)(output 1)을 신호처리부(23)로 입력(또는 차단)되도록 제1 권선(212a)의 출력단과 신호처리부(23)의 입력단을 연결(또는 개방)하거나, 변류기(21)의 2차 권선(212)의 제2 권선(212b)으로부터 출력되는 제2 출력(전류)(output 2)을 충방전제어부(24)로 입력(또는 차단)되도록 제2 권선(212b)의 출력단과 충방전제어부(24)의 입력단을 연결(또는 개방)하기 위한 것이다.2, the
신호처리부(23)는 스위칭부(22)를 통해 스위칭되어 입력된 제1 출력(output 1)을 기초로 1차 권선(211)의 전류값 또는 전류 파형을 계측하기 위한 계측 신호를 생성하기 위한 것이다. The
신호처리부(23)는 1차 권선(211)에 흐르는 전류 값을 계측하기 위한 RMS(Root Mean Square) 방식 및 1차 권선(211)의 전류 파형을 계측하기 위한 WF(Wave Form) 방식 중 적어도 하나의 방식 또는 이 두 가지 방식의 조합으로 구성할 수 있다. The
예를 들어, 일반적으로 1차 권선에 흐르는 전류는 교류(60Hz 정현파)이므로 전류 값 계측을 위한 RMS 방식의 신호처리부(23)는 기본적으로 반파 정류를 통해 AC를 DC로 변환하는 정류부와 노이즈 제거를 위한 필터부, 및 전류값을 읽기 위한 정밀 아날로그-디지털 변환부(ADC)를 포함할 수 있다.For example, since the current flowing in the primary winding is AC (60 Hz sinusoidal wave) in general, the RMS
기존의 전류 센서들은 일반적으로 정량적인 전류값만을 계측하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서는 전류값 계측뿐만 아니라 분석 알고리즘을 통해 전류 파형을 분석할 수 있고, 이를 통해 모터 등 전기기기의 소모 전류 패턴 분석을 통해 예상수명 추정 및 고장을 진단할 수 있다.However, the self-generated smart current sensor according to the embodiment of the present invention can analyze the current waveform through the analysis algorithm as well as the current value measurement, Estimation of life expectancy and failure can be diagnosed by analysis of the device's current consumption pattern.
충방전제어부(24)는 스위칭부(22)를 통해 스위칭되어 입력된 제2 출력(output 2)을 기초로 (스마트 전류 센서의 전원으로서의) 배터리(27)의 충전 및 방전을 제어하기 위한 것이다.The charge /
주제어부(25)는 스마트 전류 센서의 구성으로서의 스위칭부(22), 신호처리부(23), 충방전제어부(24), 통신부(26) 등을 총괄 제어하고, 신호처리부(23)로부터 생성된 계측 신호를 입력하여 기 설정된 알고리즘에 따라 처리하기 위한 것이다.The
또한 주제어부(25)는 기 설정된 프로그램에 따라 스위칭부(22)의 스위칭 동작을 제어할 수 있는데, 예를 들어, 시간을 기초로 설정된 스케줄 프로그램에 따라 스위칭부(22)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.The
통신부(26)는 주제어부(25)의 제어에 따라 무선 또는 유선 방식으로 원격 또는 근거리 통신하기 위한 것으로, 예를 들어, 원격의 IoT 서비스 서버(미도시)와 통신하여 주제어부(25)에서 처리된 계측 신호를 전송할 수 있다. The
주제어부(25)와 통신부(26)는 물리적으로 결합된 하나의 소자로 구현할 수도 있다.The
배터리(27)는 생성된 전력을 보관하기 위한 것으로, 슈퍼캡(대용량 캐패시터) 또는 2차전지로 구성할 수 있고, 2차전지를 사용할 경우 필요에 따라 충방전제어부(24)에 재생충전알고리즘을 탑재할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서의 구성도이고, 도 6은 도 5의 변류기 및 스위칭부의 예시도이다.FIG. 5 is a configuration diagram of a self-powered smart current sensor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an illustration of a current transformer and a switching unit of FIG.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자가 발전 스마트 전류 센서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 변류기(51), 스위칭부(52), 신호처리부(53), 충방전제어부(54), 주제어부(55), 통신부(56), 및 배터리(57)를 포함할 수 있다.5, the self-generated smart current sensor according to another embodiment of the present invention includes a
변류기(Current Transformer: CT)(51)는 전류 센싱 디바이스로서의 기능과 전력발전 디바이스로서의 기능을 수행하기 위한 것으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 1차 권선(511), 2차 권선(512), 및 코어(513)를 포함할 수 있다. A current transformer (CT) 51 is provided for performing a function as a current sensing device and a function as a power generating device. As shown in FIG. 6, a
본 실시예에서 2차 권선(512)은 2개 이상의 권선을 포함하는 멀티 권선으로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 제1 권선(512a)과 제2 권선(512b)을 포함할 수 있다. In the present embodiment, the
본 실시예에 따른 변류기(51)는 1차 권선(511)에 흐르는 전류의 계측을 위한 전류 센싱 디바이스로 동작하는 경우와 2차 권선(512)에 유도되는 전류를 이용하여 전력발전 디바이스로 동작하는 경우에 따라 2차 권선(512)의 턴 수를 달리함으로써 정밀 전류 계측이 가능하면서도 더 높은 전류가 2차 권선(512)에 유도될 수 있도록 할 수 있다.The
즉, 본 실시예에 따른 변류기(51)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 2차 권선(512)을 적어도 제1 권선(512a) 및 제2 권선(512b)을 포함하는 멀티 권선으로 구성하되, 2차 권선(512)의 제1 권선(512a)의 턴 수(n2) 또는 제1~2 권선(512a, 512b)의 합의 턴 수(n2+n3)는 1차 권선(511)의 턴 수(n1)보다 상대적으로 많은 턴 수를 가지며, 제2 권선(512b)의 턴 수(n3)는 제1 권선(512a)의 턴 수(n2)보다 상대적으로 적거나 같은 턴 수(즉, n2≥n3)를 가질 수 있다.In other words, the
다른 예로, 2차 권선(512)을 적어도 제1 권선(512a) 및 제2 권선(512b)이 직렬 연결된 단일 권선으로 구성할 수 있는데, 이 경우 2차 권선(512)의 턴 수(n2+n3)는 1차 권선(511)의 턴 수(n1)보다 상대적으로 많은 턴 수를 가지되 전류 센싱 및 전력원으로 공동 사용할 수 있도록 최적화 된 턴 수를 가지도록 한다. As another example, the
본 실시예에 따른 스위칭부(52)는, 도 5-6에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)를 포함할 수 있다.The
제1 스위치(521)는 주제어부(55)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 상태로 동작하여 2차측의 제1 권선(512a)과 제2 권선(512b)을 서로 직렬로 연결하거나 비연결하도록 스위칭하기 위한 것이다.The
제2 스위치(522)는 주제어부(55)의 제어에 따른 제1 스위치의 온(on) 또는 오프(off) 상태에 따라 제1 권선(512a)으로부터 출력되는 제1 출력(output 1), 제2 권선(512b)으로부터 출력되는 제2 출력(output 2), 및 제1~2 권선의 합(512a+512b)으로부터 출력되는 제3 출력(output 3) 중 적어도 하나를 선택적으로 스위칭하여 출력하기 위한 것이다.The
예를 들어, 스위칭부(52)는 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)의 스위칭 상태에 따라, 제1 권선(512a)으로부터 출력되는 제1 출력(output 1)을 신호처리부(53) 또는 충방전제어부(54)의 입력으로 제공하거나, 제2 권선(512b)으로부터 출력되는 제2 출력(output 2)을 신호처리부(53) 또는 충방전제어부(54)의 입력으로 제공하거나, 또는 제1~2 권선의 합(512a+512b)으로부터 출력되는 제3 출력(output 3)을 신호처리부(53) 또는 충방전제어부(54)의 입력으로 제공할 수 있다. For example, the switching
일 예로, 스위칭부(52)는 제1 스위치(521)의 온(on) 시 제3 출력(output 3)을 신호처리부(53)의 입력으로 제공하고, 제1 스위치(521)의 오프(off) 시 제1 출력(output 1) 또는 제2 출력(output 2)을 충방전제어부(54)의 입력으로 제공할 수 있다.For example, the switching
신호처리부(53)는 스위칭부(52)를 통해 스위칭되어 입력되는 제1 출력(output 1), wp2 출력(output 2), 및 제3 출력(output 3) 중 하나를 기초로 변류기(51)의 1차 권선(511)의 전류값 또는 전류 파형을 계측하기 위한 계측 신호를 생성하기 위한 것으로, 일 예로 스위칭부(52)를 통해 입력된 제3 출력(output 3)을 기초로 계측 신호를 생성할 수 있다.The
신호처리부(53)는 1차 권선(511)에 흐르는 전류 값을 계측하기 위한 RMS(Root Mean Square) 방식 및 1차 권선(511)의 전류 파형을 계측하기 위한 WF(Wave Form) 방식 중 적어도 하나의 방식 또는 이 두 가지 방식의 조합으로 구성할 수 있다. The
예를 들어, 일반적으로 1차 권선에 흐르는 전류는 교류(60Hz 정현파)이므로 전류 값 계측을 위한 RMS 방식의 신호처리부(53)는 기본적으로 반파 정류를 통해 AC를 DC로 변환하는 정류부와 노이즈 제거를 위한 필터부, 및 전류값을 읽기 위한 정밀 아날로그-디지털 변환부(ADC)를 포함할 수 있다.For example, since the current flowing in the primary winding is AC (60 Hz sinusoidal wave) in general, the RMS
기존의 전류 센서들은 일반적으로 정량적인 전류값만을 계측하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 무전원 스마트 전류 센서는 전류값 계측뿐만 아니라 분석 알고리즘을 통해 전류 파형을 분석할 수 있고, 이를 통해 모터 등 전기기기의 소모 전류 패턴 분석을 통해 예상수명 추정 및 고장을 진단할 수 있다.Conventional current sensors generally measure only a quantitative current value. However, the non-power smart current sensor according to the embodiment of the present invention can analyze the current waveform through the analysis algorithm as well as the current value measurement, The estimation of the life expectancy and the failure can be diagnosed through analysis of the consumption current pattern of the battery.
충방전제어부(54)는 스위칭부(52)를 통해 스위칭되어 입력되는 제1 출력(output 1), wp2 출력(output 2), 및 제3 출력(output 3) 중 하나를 기초로 (스마트 전류 센서의 전원으로서의) 배터리(57)의 충전 및 방전을 제어하기 위한 것으로, 일 예로 스위칭부(52)를 통해 입력된 제1 출력(output 1) 에너지 또는 제2 출력(output 2) 에너지가 배터리(57)에 충전되도록 제어하거나 해당 배터리(57)에 충전된 에너지를 방전하여 자가 발전 스마트 전류 센서의 전원으로 사용할 수 있도록 한다.
주제어부(55)는 (자가 발전) 스마트 전류 센서의 구성으로서의 스위칭부(52), 신호처리부(53), 충방전제어부(54), 통신부(56) 등의 동작을 총괄 제어하고, 신호처리부(53)로부터 생성된 계측 신호를 입력하여 기 설정된 알고리즘에 따라 처리하기 위한 것이다.The
또한 주제어부(55)는 기 설정된 프로그램에 따라 스위칭부(52)의 제1 및 제2 스위치(521,522)의 스위칭 동작을 제어할 수 있는데, 예를 들어, 시간을 기초로 설정된 스케줄 프로그램에 따라 스위칭부(22)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.The
통신부(56)는 주제어부(55)의 제어에 따라 무선 또는 유선 방식으로 원격 또는 근거리 통신하기 위한 것으로, 예를 들어, 원격의 IoT 서비스 서버(미도시)와 통신하여 주제어부(55)에서 처리된 계측 신호를 전송할 수 있다. The
주제어부(55)와 통신부(56)는 물리적으로 결합된 하나의 소자로 구현할 수도 있다.The
배터리(57)는 생성된 전력 에너지를 보관하기 위한 것으로, 슈퍼캡(대용량 캐패시터) 또는 2차전지로 구성할 수 있고, 2차전지를 사용할 경우 필요에 따라 충방전제어부(54)에 재생충전알고리즘을 탑재할 수 있다.The
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
21,51: 변류기(Current Transformer: CT)
22,52: 스위칭부
23,53: 신호처리부
24,54: 충방전제어부
25,55: 주제어부(Main Controller: MCU)
26,56: 통신부
27,57: 배터리(Battery)21,51: Current transformer (CT)
22, 52:
23, 53:
24, 54: Charge /
25,55: Main Controller (MCU)
26, 56:
27,57: Battery
Claims (7)
1차 권선, 2차 권선, 및 코어를 포함하고, 상기 2차 권선은 적어도 제1 권선 및 제2 권선을 포함하는 변류기;
상기 제1 권선과 상기 제2 권선을 서로 직렬로 연결하거나 비연결하도록 스위칭하기 위한 제1 스위치, 및 상기 제1 스위치의 온(on) 또는 오프(off) 상태에 따라 상기 제1 권선으로부터 출력되는 제1 출력, 상기 제2 권선으로부터 출력되는 제2 출력, 및 상기 제1~2 권선의 합으로부터 출력되는 제3 출력 중 적어도 하나를 선택적으로 스위칭하여 출력하기 위한 제2 스위치를 포함하는 스위칭부;
상기 스위칭부를 통해 스위칭되어 입력된 상기 제1 출력 또는 상기 제2 출력을 기초로 배터리의 충전 및 방전을 제어하기 위한 충방전제어부;
상기 스위칭부를 통해 스위칭되어 입력된 상기 제3 출력을 기초로 상기 1차 권선의 전류값 및 전류 파형을 계측하기 위한 계측 신호를 생성하기 위한 신호처리부;
상기 스위칭부, 상기 신호처리부, 및 상기 충방전제어부를 총괄 제어하고, 상기 계측 신호를 입력하여 기 설정된 알고리즘에 따라 처리하기 위한 주제어부; 및
상기 제어부의 제어에 따라 무선 또는 유선 방식으로 통신하기 위한 통신부를 포함하고,
상기 2차 권선의 상기 제1 권선 또는 상기 제1~2 권선의 합은 상기 1차 권선의 턴 수보다 상대적으로 많은 턴 수를 가지고, 상기 제2 권선은 상기 제1 권선보다 상대적으로 적거나 같은 턴 수를 가지며,
상기 기 설정된 알고리즘은 상기 전류 파형을 분석하여 전기기기의 소모 전류 패턴을 분석하고 예상 수명 추정 및 고장 여부 진단을 수행하는 것이고, 상기 충방전제어부는 상기 배터리의 재생 충전을 위한 재생 충전 알고리즘을 탑재하고 있으며, 상기 주제어부는 기 설정된 프로그램에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 자가 발전 스마트 전류 센서.
In a smart current sensor,
A primary winding, a secondary winding, and a core, said secondary winding comprising at least a first winding and a second winding;
A first switch for switching the first winding and the second winding to be connected or disconnected from each other in series, and a second switch for outputting the first coil from the first coil in accordance with an on or off state of the first switch A switching unit including a second switch for selectively switching at least one of a first output, a second output from the second winding, and a third output from a sum of the first and second windings;
A charge / discharge control unit for controlling charging and discharging of the battery based on the first output or the second output inputted through the switching unit;
A signal processing unit for generating a measurement signal for measuring a current value and a current waveform of the primary winding based on the third output that is switched and input through the switching unit;
A main controller for collectively controlling the switching unit, the signal processing unit, and the charge / discharge control unit, for inputting the measurement signal and processing the measurement signal according to a predetermined algorithm; And
And a communication unit for communicating in a wireless or wired manner under the control of the control unit,
Wherein the sum of the first winding or the first winding and the second winding of the secondary winding has a relatively larger number of turns than the number of turns of the primary winding and the second winding has a relatively smaller or equal number of turns than the first winding The number of turns,
Wherein the predetermined algorithm analyzes the current waveform to analyze a consumed current pattern of the electric device, and performs an estimation of life expectancy and a diagnosis of failure, the charge / discharge control unit includes a regeneration charging algorithm for regeneration charging of the battery Wherein the main controller controls the switching operation of the switching unit according to a preset program.
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