KR101740861B1 - Self-Powering Smart Current Sensor - Google Patents

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KR101740861B1
KR101740861B1 KR1020160060250A KR20160060250A KR101740861B1 KR 101740861 B1 KR101740861 B1 KR 101740861B1 KR 1020160060250 A KR1020160060250 A KR 1020160060250A KR 20160060250 A KR20160060250 A KR 20160060250A KR 101740861 B1 KR101740861 B1 KR 101740861B1
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송종섭
김종식
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Abstract

The present invention relates to a powerless smart electrical current sensor. A power source supplied to a smart electrical current sensor can have an autonomous generation method replaced from a conventional buried battery or external common power source method, and an operation lifespan of a smart sensor is semi-permanently improved. A sensor and a power supply device can be integrated. The powerless smart electrical current sensor according to an aspect of the present invention comprises: a converter including a primary wire, a secondary wire, and a core, wherein the secondary wire includes a first wire having relatively more number of turns than the number of turns of the primary wire and a second wire having relatively less number of turns than the primary wire; a switching unit for switching a first output and a second output respectively outputted from each of the first wire and the second wire; a signal treating unit for generating a measurement signal for measuring an electrical current value or an electrical current waveform of the primary wire on the basis of the first output inputted by being switched through the switching unit; a charging and discharging control unit for controlling charging and discharging of a battery on the basis of the second output inputted by being switched through the switching unit; and a main control unit for integrally controlling the structure of the smart electrical current sensor, and inputting the measurement signal to be treated according to a predetermined algorithm.

Description

자가 발전 스마트 전류 센서{Self-Powering Smart Current Sensor}[0001] Self-Powering Smart Current Sensor [0002]

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.

등록특허공보 제10-1317220호 (2013.10.04. 등록)Patent Registration No. 10-1317220 (registered on April 4, 2013)

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 current transformer 21, a switching unit 22, a signal processing unit 23, a charge / discharge control unit 24 ), A main control unit 25, a communication unit 26, and a battery 27.

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 primary winding 211, a secondary winding 212, And a core 213, as shown in FIG.

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 secondary winding 212 may be composed of a plurality of windings including two or more windings. For example, the number N of turns (N2), which is relatively larger than the number of turns N1 of the primary winding 211 And a second winding 212b having a relatively smaller number of turns N3 than the first winding 212a.

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 secondary winding 10, a magnetic flux of? 1 is formed in the core by the current I1 flowing through the primary winding according to the right-hand rule. At this time, when the secondary winding forms a closed circuit, a secondary electromagnetic conversion occurs in which an induced current is generated in the secondary winding by the magnetic force formed on the iron core. This electromagnetic conversion is the same as that of action-reaction, so that the direction of the current appearing in the secondary winding is in the direction of Ø2 canceling the magnetic flux Ø1 generated in the primary winding and the magnitude of the secondary current I2 is offset by Ø1 by I1 We make Ø2 as much as we can make to create electromagnetic equilibrium in the core. That is, when the current I1 flowing in the primary winding is 10A, the current I2 induced in the secondary winding is 1A, which is inversely proportional to the number of turns.

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 current transformer 21 operates as a current sensing device for current measurement and when it operates as a power generation device using a current induced in the secondary winding, By varying the number of turns, a precise current measurement is possible, but a higher current can be induced in the secondary winding.

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 current transformer 21 according to the present embodiment includes the secondary winding 212 as a multi-winding including at least a first winding 212a and a second winding 212b, The number of turns N2 of the first winding 212a is formed to have a relatively larger number of turns than the number of turns N1 of the primary winding 211 and the number of turns N3 of the second winding 212b is set to be larger than that of the first winding 212a, So that the current transformer 21 can perform both a role as a current sensing device and a role as a power generation device.

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 switching unit 22 includes a first output (output 1) and a second output (output 2) respectively output from the first winding 212a and the second winding 212b of the secondary winding 212, To electrically connect the output terminal of the first winding 212a to the input terminal of the signal processing unit 23 or to electrically connect the output terminal of the second winding 212b and the input terminal of the charge and discharge control unit 24 (Or output) of the first output (current) output 1 from the first winding 212a of the secondary winding 212 of the current transformer 21 to the signal processing unit 23 The second output (current) output from the second winding 212b of the secondary winding 212 of the current transformer 21 is connected to (or opened) the output terminal of the first winding 212a and the input terminal of the signal processing unit 23, (or opening) the output terminal of the second winding 212b and the input terminal of the charging / discharging control section 24 so that the output 2 is input (or interrupted) to the charge-discharge control section 24 All.

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 signal processing unit 23 generates a measurement signal for measuring the current value or the current waveform of the primary winding 211 based on the first output (output 1) that is switched and input through the switching unit 22 .

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 signal processing unit 23 includes at least one of an RMS (Root Mean Square) method for measuring the current value flowing through the primary winding 211 and a WF (Wave Form) method for measuring the current waveform of the primary winding 211 Or a combination of the two methods.

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 signal processing unit 23 for measuring the current value basically has a rectifying unit for converting AC to DC through half wave rectification, And a precision analog-to-digital converter (ADC) for reading the current value.

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 / discharge control unit 24 is for controlling the charging and discharging of the battery 27 (as a power source of the smart current sensor) based on the second output (output 2) inputted through the switching unit 22 and inputted.

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 main control part 25 performs overall control of the switching part 22, the signal processing part 23, the charging and discharging control part 24 and the communication part 26 as the configuration of the smart current sensor, Signal for processing according to a predetermined algorithm.

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 main control unit 25 may control the switching operation of the switching unit 22 according to a preset program. For example, the main control unit 25 may control the switching operation of the switching unit 22 according to a schedule program set on the basis of time .

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 communication unit 26 communicates with a remote IoT service server (not shown), for example, in a wireless or wired manner under the control of the main control unit 25 and performs processing in the main control unit 25 The measurement signal can be transmitted.

주제어부(25)와 통신부(26)는 물리적으로 결합된 하나의 소자로 구현할 수도 있다.The main control unit 25 and the communication unit 26 may be implemented as a single device physically coupled to each other.

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 battery 27 is for storing the generated power and can be constituted by a supercap (large capacity capacitor) or a secondary battery. When the secondary battery is used, the charge / discharge control section 24 is provided with a regeneration charging algorithm .

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 current transformer 51, a switching unit 52, a signal processing unit 53, a charge / discharge control unit 54, a main control unit 55, a communication unit 56, and a battery 57. [

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 primary winding 511, a secondary winding 512, And a core 513.

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 secondary winding 512 may be composed of multiple windings including two or more windings, for example, may include a first winding 512a and a second winding 512b.

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 current transformer 51 according to the present embodiment operates as a current sensing device for measuring the current flowing in the primary winding 511 and as a power generating device using the current induced in the secondary winding 512 In some cases, by varying the number of turns of the secondary winding 512, a higher current can be induced in the secondary winding 512, while accurate current measurement is possible.

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 current transformer 51 according to the present embodiment is configured such that, as shown in Fig. 6, the secondary winding 512 is composed of a multi-winding including at least a first winding 512a and a second winding 512b The number of turns n2 of the first winding 512a of the secondary winding 512 or the total number of turns n2 + n3 of the sum of the first and second windings 512a and 512b is the number of turns of the primary winding 511 the number of turns n3 of the second winding 512b is relatively smaller than or equal to the number of turns n2 of the first winding 512a n3).

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 secondary winding 512 may be constituted by a single winding in which at least a first winding 512a and a second winding 512b are connected in series. In this case, the number of turns of the secondary winding 512 (n2 + n3 Has a relatively larger number of turns than the number of turns (n1) of the primary winding 511 and has a number of turns optimized for co-use with the current sensing and power sources.

본 실시예에 따른 스위칭부(52)는, 도 5-6에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(521) 및 제2 스위치(522)를 포함할 수 있다.The switching unit 52 according to the present embodiment may include a first switch 521 and a second switch 522, as shown in Figs. 5-6.

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 first switch 521 operates in an on or off state under the control of the main controller 55 to connect the first winding 512a and the second winding 512b of the secondary side to each other in series Or non-connection.

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 second switch 522 outputs the first output (output 1) output from the first winding 512a according to the on or off state of the first switch according to the control of the main controller 55, For selectively switching at least one of a second output (output 2) output from the two windings 512b and a third output (output 3) output from the sum of the first and second windings 512a + 512b will be.

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 section 52 outputs the first output (output 1) output from the first winding 512a to the signal processing section 53 (second output) according to the switching states of the first switch 521 and the second switch 522 ) Or the input of the charge / discharge control section 54 or the second output (output 2) output from the second winding 512b as the input of the signal processing section 53 or the charge / discharge control section 54, or The third output (output 3) output from the sum of the first and second windings 512a and 512b may be provided to the signal processing unit 53 or the charge / discharge control unit 54 as inputs.

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 unit 52 may provide a third output (output 3) when the first switch 521 is on as an input to the signal processing unit 53, The first output (output 1) or the second output (output 2) may be provided to the charge / discharge control unit 54 as an input.

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 signal processing unit 53 is connected to the output of the current transformer 51 based on one of the first output (output 1), the wp2 output (output 2), and the third output (output 3) And generates a measurement signal for measuring the current value or the current waveform of the primary winding 511. For example, the measurement signal is generated based on the third output (output 3) input through the switching unit 52 .

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 signal processing unit 53 includes at least one of an RMS (Root Mean Square) method for measuring the current value flowing through the primary winding 511 and a WF (Wave Form) method for measuring the current waveform of the primary winding 511 Or a combination of the two methods.

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 signal processing unit 53 for measuring the current value basically has a rectifying unit for converting AC to DC through half wave rectification, And a precision analog-to-digital converter (ADC) for reading the current value.

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.Discharge control unit 54 is based on one of a first output (output 1), a wp2 output (output 2), and a third output (output 3) that is switched and input through the switching unit 52 The first output or second output energy inputted through the switching unit 52 is supplied to the battery 57 (for example, Or discharges the energy stored in the battery 57 so that the battery can be used as a power source of the self-generated smart current sensor.

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 main control part 55 collectively controls the operations of the switching part 52, the signal processing part 53, the charge / discharge control part 54 and the communication part 56 as the configuration of the (self-generated) smart current sensor, 53 and processes it according to a predetermined algorithm.

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 main control unit 55 may control the switching operations of the first and second switches 521 and 522 of the switching unit 52 according to a predetermined program. For example, So that the switching operation of the unit 22 can be controlled.

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 communication unit 56 communicates with a remote IoT service server (not shown), for example, in a wireless or wired manner under the control of the main control unit 55, The measurement signal can be transmitted.

주제어부(55)와 통신부(56)는 물리적으로 결합된 하나의 소자로 구현할 수도 있다.The main control unit 55 and the communication unit 56 may be implemented as a single device physically coupled to each other.

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 battery 57 is for storing the generated power energy and can be constituted by a supercap (a large capacity capacitor) or a secondary battery. When a secondary battery is used, the charge / discharge control unit 54 is equipped with a regeneration charging algorithm can do.

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)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 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 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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