KR102587394B1 - 가정용 또는 상업용 가전 제품을 위한 모니터링 장치 - Google Patents

가정용 또는 상업용 가전 제품을 위한 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

가정용 또는 상업용 가전 제품(100)이 개시된다. 가전 제품은, 적어도 하나의 전기 부하(127), 상기 적어도 하나의 전기 부하에 공급될 AC 전원(115)으로부터의 전력을 수신하기 위한 AC 전력 공급기 입력(112), 및 AC 전원으로부터 가전 제품에 의해 흡수된 AC 전류를 감지하기 위한 전류 센서(180)를 포함한다. 가전 제품은, 전류 센서에 의해 감지되는 감지된 AC 전류에 대한 고조파 분석을 수행하고 상기 고조파 분석의 결과에 기초하여 적어도 하나의 전기 부하를 구동하기 위한 처리 장치(130)를 더 포함한다.

Description

가정용 또는 상업용 가전 제품을 위한 모니터링 장치
본 발명은 일반적으로 가정용 또는 상업용(전문가용으로도 지칭됨) 가전 제품(electric appliance) 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가정용 또는 상업용 냉장고, 가정용 또는 상업용 세탁기, 가정용 또는 상업용 세탁 건조기, 가정용 또는 상업용 건조기 겸용 세탁기, 가정용 또는 상업용 식기 세척기, 가정용 또는 상업용 오븐, 에어컨 등과 같은 가정용 또는 상업용 가전 제품을 위한, 그리고 일반적으로 AC 전류가 공급되도록 적응된 적어도 하나의 전기 부하를 포함하는 그러한 모든 가정용 또는 상업용 가전 제품을 위한, 모니터링 장치에 관한 것이다.
지능형 가전 제품 기술의 발전에 따라, 주변 환경에 관한 실시간 정보 뿐만 아니라 이들의 작동 상태에 관한 실시간 정보를 수집하도록 적응된 모니터링 기능을 구비한 가전 제품이 점점 더 급증하고 있다. 이러한 정보는 가전 제품의 순간 전력 소비량, 과부하 및/또는 오작동 상태에 대한 평가, 가전 제품의 다양한 전기 부하의 작동 상태, AC 전력망의 상태 등과 같은 매우 많은 수의 상이한 양태와 관련될 수 있다. 이러한 기능을 구비한 가전 제품은 예를 들어, 가능성 있는 오작동의 발생을 사용자에게 즉시 시그널링하거나 전력 소비량의 관리를 최적화함으로써, 이들의 작동 효율을 향상시키기 위해 이러한 종류의 정보를 유리하게 이용할 수 있다. 또한, 환경적 및 경제적 이유로 인해, 예를 들어 기상 상태에 기초하여 발전 능력이 변동되는 재생 가능한 발전 장치(예를 들어, 태양 전지판 또는 풍력 터빈)의 확산을 초래했다. 따라서, 지능형 가전 제품은 이들의 작동 효율을 추가로 향상시키기 위해, 상기 재생 가능한 발전에 의해 생성된 전력의 실시간 이용 가능성을 또한 인지해야 한다.
가전 제품이 위에서 언급된 정보를 획득하기 위한 신뢰 가능한 방식은 가전 제품 자체에 의해 흡수되는 AC 전류(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 전류 센서에 의해 모니터링하는 것으로 알려져 있다.
예를 들어, US 4741170 특허는 냉장고를 위한 개선된 제어를 개시한다. 신선 식품 및 냉동실 온도 센서, 온도 설정 장치 및 배플과 같은 중요 구성 요소는 각각이 작동 중인지 확인하기 위해 샘플링된다. 중요 구성 요소 고장 또는 다수의 구성 요소 고장을 진단하면, 제어 장치는 저장된 제어 파라미터를 사용하여, 식품을 계속 보존하는 방식으로 나머지 구성 요소를 작동시킨다.
US 46151779 특허는 냉장고를 위한 자동 제상(defrost) 시스템에서의 고장을 검출하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 전류 센서 수단은 제상 히터에 공급되는 전류를 모니터링하고, 제상 히터 회로에서 전류가 감지되는 경우 "온" 신호를 발생시킨다. 마이크로프로세서는 "오프" 시간을 결정하며, 즉 연속적인 "온" 신호들 사이의 시간을 결정하고, 이러한 시간을 정상 "오프" 시간보다 더 긴 미리 결정된 기준 시간과 비교한다. 기준 시간을 초과하는 "오프" 시간의 검출시에 사용자 식별 가능한 신호가 생성됨으로써, 제상 시스템이 적절하게 작동하고 있지 않고 교정 조치가 필요할 수 있음을 사용자에게 표시한다.
JPH04359778 특허는 전원 라인에 흐르는 전류를 검출하기 위한 변류기를 개시한다. 제어기는 변류기의 검출된 전류 값을 상한 및 하한 기준값 모두와 비교하고, 전류 값이 상한 및 하한 기준값 모두를 벗어나는 경우 오작동으로 판단하여, 디스플레이 장치에 이를 디스플레이하며, 이때 도전되는 구성 요소의 계전기 스위치를 개방한다. 이 경우, 제어기는 이슬-방지(dew-preventive) 히터, 제상 히터, 팬의 구동 모터, 및 압축기 중 도전될 구성 요소에 대응하여 상한 기준값 및 하한 기준값을 변동시킨다.
출원인은 위에서 언급된 공지된 솔루션들이 가전 제품의 작동을 개선하기 위해 이용될 수 있는 정보의 서브세트만을 수집할 수 있기 때문에 이들이 충분하지 않다는 것을 발견했다.
따라서, 상기한 관점에서, 출원인은 가전 제품의 모니터링 기능을 개선하는 방법의 문제를 직시했다.
본 발명의 일 양태는 가정용 또는 상업용(전형적으로 전문가용으로도 지칭됨) 가전 제품에 관한 것이다.
가정용 또는 상업용 가전 제품은 적어도 하나의 전기 부하, AC 전원으로부터 전력을 수신하기 위해 AC 전원에 연결 가능하고 상기 적어도 하나의 전기 부하에 전력을 공급하도록 배치된 AC 전력 공급기 입력을 포함한다. 가정용 또는 상업용 가전 제품은, AC 전원으로부터 가전 제품에 의해 흡수된 AC 전류(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 감지하기 위한 전류 센서, 및 전류 센서에 의해 감지되는 감지된 AC 전류에 대한 고조파 분석을 수행하고 상기 고조파 분석의 결과에 기초하여 적어도 하나의 전기 부하를 구동하기 위한 처리 장치를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 상기 전류 센서는 홀(Hall) 전류 센서이다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 처리 장치는, 감지된 AC 전류의 총 고조파 왜곡을 계산하고, 계산된 총 고조파 왜곡에 기초하여,
- 적어도 하나의 전기 부하의 오작동 상태, 및
- 다른 가전 제품에 의해 유발된 AC 전원에 대한 장애 중 적어도 하나를 평가하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 처리 장치는 감지된 AC 전류에서, 상기 감지된 AC 전류의 주성분의 기본 주파수보다 더 높은 주파수로 발진하는 적어도 하나의 이차 성분의 존재를 평가하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 처리 장치는 상기 적어도 하나의 이차 성분의 존재에 대한 평가에 기초하여 적어도 하나의 전기 부하를 구동하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 처리 장치는, 상기 적어도 하나의 이차 성분이 상기 전력 공급기 입력에 연결된 전원에 포함되는 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기에 의해 생성된 식별 신호에 해당하는지를 검출하고, 상기 식별 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기 부하를 구동하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 처리 장치는 감지된 AC 전류에 고속 푸리에 변환을 적용함으로써 감지된 AC 전류에 대한 고조파 분석을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 처리 장치는 감지된 AC 전류에 기초하여 적어도 하나의 전기 부하의 비정상 작동 상태 또는 오작동 상태를 평가하도록 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 처리 장치는 감지된 AC 전류에 기초하여 적어도 하나의 전기 부하의 전력 소비량을 평가하도록 추가로 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 처리 장치는 감지된 AC 전류에 기초하여 AC 전원의 과부하 상태를 평가하도록 추가로 구성된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 가전 제품은 냉장고이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하는 인버터 장치, 압축기 장치, 및 제상 발열 저항체 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 가전 제품은 세탁기이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하는 배수 펌프, 재순환 펌프, 드럼 모터 회로, 발열 저항체 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 가전 제품은 세탁 건조기이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하는 드럼 모터 회로, 발열 저항체, 압축기 장치, 팬 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 가전 제품은 오븐이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하는 발열 저항체, 마이크로파 발생기 장치, 팬 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 가정용 또는 상업용(전형적으로 전문가용으로도 지칭됨) 가전 제품, 및 상기 가정용 또는 상업용 가전 제품의 AC 전력 공급기 입력에 연결된 AC 전원을 포함하는 전기 시스템에 관한 것이다. 상기 AC 전원은 공용 이용 가능한 AC 전력 공급기의 다용도 주파수인 기본 주파수를 갖는 전력을 상기 AC 전력 공급기 입력에 제공하도록 적응된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 상기 AC 전원은 적어도 하나의 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기를 포함한다. 각각의 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기는 작동시에 추가적인 전력 및 해당 식별 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 이차 성분은 식별 신호에 해당한다.
본 발명에 따른 솔루션의 이들 및 다른 특징들과 이점들은 첨부된 도면들과 함께 이해될 단지 비-제한적인 실시예로 제공된 본 발명의 실시형태의 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이며, 도면들로서:
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 개념이 적용될 수 있는 가전 제품을 포함하는 예시적인 시나리오이다;
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 도 1의 가전 제품에 포함된 전류 센서의 주요 블록을 도시하는 매우 단순화된 개략도이다; 그리고
도 3은 도 2의 전류 센서 및 도 1의 가전 제품의 전기 부하의 등가 회로이다.
본 발명의 실시형태는, AC 전류가 공급되도록 설계되고, 주변 환경에 관한 실시간 정보 뿐만 아니라 이의 작동 상태에 관한 실시간 정보를 획득하기 위해 가전 제품 자체에 의해 흡수되는 AC 전류(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 모니터링하는 기능이 구비된 가정용 또는 상업용(전문가용으로도 지칭됨) 가전 제품에 관한 것이다.
본 발명의 유리한 실시형태를 설명하기 위해, 이제 도 1에 도시된 예시적인 시나리오가 참조될 것이며, 건물(105) 내에 위치되는 냉장고, 세탁기, 세탁 건조기, 건조기 겸용 세탁기, 식기 세척기, 오븐, 에어컨 등과 같은, 예를 들어 가정용 가전 제품과 같은 가전 제품(100)은 AC 전력을 공급하기 위한 전원 소켓(110)에 연결된다. 도 1에서 가전 제품(100)은 가정용 용도를 위한 가정용 가전 제품이지만, 가전 제품(100)이 상업용(또는 전문가용) 가전 제품인 경우, 즉 레스토랑, 식당, 상점, 빨래방 등과 같이 상업용(또는 전문가용) 세팅으로 사용되도록 적응된 가전 제품인 경우에도 유사한 고려사항이 적용된다.
가전 제품(100)은 AC 전원(115)으로부터 전력을 수신하기 위해, 예를 들어, AC 전원 코드에 의해 전원 소켓(110)에 전기적으로 결합된 AC 전력 공급기 입력(112)을 포함한다. AC 전력 공급기 입력(112)은 바람직하게는 제1 단자(라인)(113) 및 제2 단자(중성선(neutral))(114)를 포함한다. 라인(113)과 중성선(114) 사이의 전압차는 예를 들어, 50 또는 60 Hz의 주파수로 발진함으로써, 라인(113)과 중성선(114) 사이에 연결될 때 AC 전류가 범용 전기 부하에 걸쳐서 흐르게 한다.
본 명세서에서, "AC 전원"(115)이라는 용어는 AC 전력을 생성 및/또는 변압, 및/또는 전달, 및/또는 변환하기 위한 공지된 수단/구조/유닛/장치를 포함하는 포괄적 용어이다; 도 1에 도시된 실시예에서, AC 전원(115)에 의해 공급되는 전력은 전원 소켓(110)에서 이용 가능하다.
도 1에 도시된 예시적인 시나리오를 참조하면, AC 전원(115)은 바람직하게는 공급자로부터 소비자로 전기를 전달하기 위한 상호 연결된 네트워크(전력망)이고, 이는 예를 들어, 전력을 생성하는 공용 이용 가능한 AC 전력 공급기(120), 바람직하게는 (전형적으로 원거리의) 공용 이용 가능한 AC 전력 공급기(120)로부터 수요 센터로 전력을 운반하기 위한 고압 송전선을 포함하는 고압 송전망(122), 및 바람직하게는, 전원 소켓(110)이 위치된 건물(105)과 같은 개별 고객들을 연결하기 위한 중압 배전망(124)을 포함한다. AC 전원(115)에 의해, 예를 들어 적어도 하나의 공용 이용 가능한 AC 전력 공급기(120)에 의해 생성된 라인(113)과 중성선(114) 사이의 전압차의 발진 주파수는 다용도 주파수로도 지칭된다.
본 명세서에서, "공용 이용 가능한 AC 전력 공급기"는, 전력 회사에 의해 관리되며 그러한 전력 회사에 가입된 복수의 사용자에게 전달될 AC 전력을 생성하도록 적응되는 임의의 종류의 AC 발전소를 의미하는 것으로 의도된다. 공용 이용 가능한 AC 전력 공급기의 실시예는 화석연료 발전소, 핵 발전소, 수력 발전소, 태양광 발전소 등을 포함할 수 있다.
AC 전원(115)은 유리하게는 재생 가능한 전력 공급기와 같은, 예를 들어, 필수적이진 않지만 바람직하게는, 건물(105)에 직접적으로 위치되거나 건물(105)에 가깝게 위치된 광전지 패널 또는 풍력 터빈과 같은, 적어도 하나의 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)(추가적인 AC 전력 공급기로도 지칭됨)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "사설 이용 가능한 AC 전력 공급기"는 민간 사용자에 의해 직접 관리되는 임의의 종류의 AC 발전기를 의미하는 것으로 의도된다. 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)의 실시예는 가정용 광전지 패널 및 마이크로 풍력 터빈 발전기를 포함할 수 있다.
이러한 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)는 이러한 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)가 작동 상태에 있는 경우, 예를 들어, 태양 광선의 존재시 또는 풍력의 존재시 그리고 실제로 작동되는 경우, 전원 소켓(110)에서 이용 가능해질 추가적인 전력을 제공하도록 구성된다.
가전 제품(100)은 하나 이상의 전기 부하(127)(도 1에서는 단지 하나만 볼 수 있음)를 포함한다.
가전 제품(100)이 냉장고인 경우, 전기 부하(127)의 비-제한적인 가능한 실시예는 순환하는 냉매를 위한 압축기 장치, 압축기 장치를 구동하기 위한 인버터, 및 제상 사이클을 수행하기 위한 발열 저항체를 포함할 수 있다.
가전 제품(100)이 세탁기인 경우, 전기 부하(127)의 비-제한적인 가능한 실시예는 세탁기 드럼을 회전시키기 위한 모터, 이러한 모터를 구동하기 위한 인버터, 세탁통에서 세탁액을 배수하기 위한 배수 펌프, 세탁액을 재순환시키기 위한 재순환 펌프, 및 세탁액을 가열하기 위한 발열 저항체를 포함할 수 있다.
가전 제품(100)이 세탁 건조기인 경우, 전기 부하(127)의 비-제한적인 가능한 실시예는 건조기 드럼을 회전시키기 위한 모터, 이러한 모터를 구동하기 위한 인버터, 건조 공기를 추진시키기 위한 팬, 건조 공기를 가열하기 위한 발열 저항체, 및 열 펌프 회로를 위한 압축기를 포함할 수 있다.
가전 제품(100)이 오븐인 경우, 전기 부하의 비-제한적인 가능한 실시예는 조리실을 가열하기 위한 발열 저항체, 조리실에 제공될 마이크로파를 발생시키기 위한 마이크로파 발생기, 및 조리실 내부의 공기를 순환시키기 위한 팬을 포함할 수 있다.
범용 전기 부하(127)는 각각의 구동 장치(128)에 의해 구동되는 것이 바람직하며, 각각의 구동 장치(128)는 바람직하게는 AC 전류가 전기 부하(127)에 걸쳐서 흐를 수 있도록 하기 위해, 계전기, 트라이액(TRIAC), 또는 라인(113)과 중성선(114) 사이에 상기 전기 부하(127)를 선택적으로 결합시키도록 배치된 다른 제어 가능한 스위칭 수단을 유리하게 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 구동 장치(128)는, 바람직하게는 라인(113)에 전기적으로 결합된 제1 도전 단자, 바람직하게는 각각의 전기 부하(127)의 제1 단자에 결합된 제2 도전 단자, 및 바람직하게는 가전 제품(100)의 작동을 관리하도록 유도된 가전 제품(100)의 처리 장치(제어 장치)(130)(예를 들어, 마이크로프로세서로 구성되거나 마이크로프로세서를 포함함)로부터 제어 신호(CS)를 수신하도록 적응된 제어 단자를 갖는다. 당업자에게 널리 알려진 기술적 세부사항으로 전환함이 없이, 구동 장치(128)는 이의 제1 도전 단자가 이의 제2 도전 단자로부터 전기적으로 분리된 비-도전성 상태와 구동 장치(128)에 의해 수신된 제어 신호(CS)에 기초하여 이의 제1 도전 단자가 이의 제2 도전 단자와 전기적으로 결합되는 도전성 상태 사이에서 스위칭되도록 설계되는 것이 바람직하다.
구동 장치(128)가 비-도전성 상태에 있는 경우, 각각의 전기 부하(127)는 라인(113)으로부터 전기적으로 분리되므로, 이에 걸쳐서 전류가 흐르지 않는다.
구동 장치(128)가 도전성 상태에 있는 경우, 각각의 전기 부하(127)가 라인(113)과 중성선(114) 사이에 전기적으로 결합됨으로써, AC 전류가 전기 부하(127) 자체에 걸쳐서 흐른다. 당업자에게 널리 알려진 바와 같이, 구동 장치(128)가 예를 들어 트라이액인 경우, 전기 부하(127)로 이송된 전력은 라인(113)과 중성선(114) 사이의 AC 전압차의 각각의 하프-사이클의 개시 후에 조정 가능한 시간(위상각)에서 도전성 상태로 트라이액을 스위칭하는 방식으로 제어 신호(CS)를 설정함으로써 조정될 수 있으며, 이에 따라 전기 부하(127)의 단자들 사이에 인가되는 실제 전압차 파형을 변경하여 이의 RMS(실효값) 유효 값을 변경할 수 있다.
명백하게, AC 전류가 전기 부하(127)에 걸쳐서 흐르는 것을 선택적으로 허용/방지할 수 있다면, 다른 가능한 종류 및 배치의 구동 장치(128)가 사용될 수 있다.
또한, 가전 제품(100)의 처리 장치(제어 장치)(130)는 도 1에 도시된 것과 관련하여 상이할 수 있거나/상이할 수 있고, 상이하게 배치/연결될 수 있다.
가전 제품(100)은 바람직하게는, (예를 들어, 라인(113) 및 중성선(114)으로부터) AC 전압을 수신하기 위한 예를 들어 변압, 정류 및 조절 구성 요소들을 포함하는 AC-DC 변환 회로(도면에서는 개념적으로만 도시되고 전체적으로 참조번호 140으로 표시됨)를 포함하며, AC-DC 변환 회로는 예를 들어, 접지 전압(GND) 및 DC 공급 전압(Vcc)(예를 들어, 접지 전압(GND)과 관련하여 3V, 5V 또는 12V DC 전압)과 같은 하나 이상의 DC 전압을 제공한다. AC-DC 변환 장치(140)에 의해 생성된 DC 전압(들)은 예를 들어, 다른 것 중에서도, 가전 제품(100)의 작동을 관리하도록 유도된 제어 장치(130)에 공급하기 위해 사용될 수 있다.
가전 제품(100)은 전원 소켓(110)을 통해 가전 제품(100)에 의해 흡수된 (총) AC 전류(Ip)(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 바람직하게는 실시간으로 측정하도록 구성된 전류 센서(180)를 더 포함하며; 유리하게는, 전류 센서(180)는 이러한 측정의 결과를 제어 장치(130)에 제공하도록 구성된다. 이하의 본 상세한 설명에서 상세히 설명되는 바와 같이, 제어 장치(130)는 전류 센서(180)에 의해 수행된 측정에 기초하여, 구동 장치(128)를 제어하기 위한 제어 신호(CS)를 설정하도록 구성되는 것이 바람직하다.
전류 센서(180)는 바람직하게는 가전 제품(100)에 포함된 다른 요소들의 상류에 있도록 하기 위해, AC 전력 공급기 입력(112)에서 라인(113)에 직렬로 연결되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 AC-DC 변환 장치(140)에 의해 생성된 DC 전압(GND 및 Vcc)이 전류 센서(180)에 공급될 수 있지만, 필수적인 것은 아니다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 전류 센서(180)는 가전 제품(100)에 의해 흡수된 AC 전류(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 측정하기 위해 홀 효과를 이용하는 전류 센서이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 전류 센서(180)의 주요 블록을 도시하는 매우 단순화된 개략도이다. 전류 센서(180)는 바람직하게는 가전 제품(100)에 의해 흡수되는 AC 전류(Ip)가 걸치도록 적응된 일차 도전 경로(210)를 포함한다. 전류 센서는, 일차 도전 경로(210)에 걸친 AC 전류(Ip)의 통과에 의해 생성된 자기장을 감지하고, 감지된 자기장에 비례하는 해당 전기 신호, 예를 들어 해당 전압(Vp)을 생성하도록 적응된 (예를 들어, 집적형) 홀 센서 모듈(220)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 해당 전기 신호, 예를 들어 전압(Vp)은 바람직하게는 전류 센서(180)의 출력 단자(240)에서 이용 가능해지는 해당 출력 전기 신호, 예를 들어 해당 출력 전압(Vo)의 생성을 위해, 전류 센서(180)의 조절부(230)(바람직하게는 필터, 증폭기 및 오프셋 회로를 포함함)에 공급되는 것이 바람직하다. 조절부(230)에 의해 생성된 출력 전기 신호, 예를 들어 출력 전압(Vo)은 AC 전기 신호, 예를 들어 AC 전류(Ip)에 비례하는 AC 전압이며, 유리하게는 동일한 주파수 및 위상을 갖는 후자의 발진 후에 실시간으로 후속된다. 출력 동력을 최대화하기 위해, 조절부(230)는 예를 들어, 바람직하게는 공급 전압(Vcc)의 값의 절반과 동일한 오프셋을 출력 전압(Vo)에 도입하도록 처리되는 것이 바람직하다.
전류 센서(180)의 출력 단자(240)는 출력 전압(Vo)을 제어 장치(130)에 제공하도록 제어 장치(130)(도 1 참조)의 아날로그 입력 단자에 연결되는 것이 바람직하다. 제어 장치(130)는 이하의 본 상세한 설명 부분에서 설명되는 바와 같이, 수신된 출력 전압(Vo)에 기초하여 구동 장치(128)를 제어하기 위한 제어 신호(CS)를 설정하도록 구성되는 것이 바람직하다. 당업자에게 널리 알려진 세부사항으로 전환함이 없이, 제어 장치(130)는 바람직하게는 전류 센서(180)로부터 수신된 출력 전압(Vo)을 샘플링하기 위해 아날로그 입력 단자에 결합된 샘플링 장치를 포함할 수 있으며; 제어 장치(130)는 바람직하게는, 샘플링 장치에 의해 생성된 아날로그 샘플링된 값을 제어 장치(130)의 다른(예를 들어, 펌웨어 또는 소프트웨어) 처리 모듈에 의해 처리될 수 있는 디지털 값으로 변환하도록 적응된 아날로그 대 디지털 변환 장치를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제어 장치(130) 자체의 외부에 위치된 아날로그 대 디지털 변환 장치 및 샘플링 장치를 통해, 출력 전압(Vo)이 상이한 방식으로 제어 장치(130)에 제공되는 경우, 유사한 고려사항이 적용된다.
감지되는 전류가 흐르는 경로에 직렬 연결된 저항기("분로 저항기")에 대한 전압 강하를 증폭시킴으로써 감지 전압이 생성되는 소위 분로 전류 센서와 같은, 가전 제품에 전형적으로 설치된 다른 공지된 전류 센서와 비교하여, 전류 센서(180)는 일차 도전 경로(210)의 저항으로 주어진 매우 낮은 입력 전기 저항, 예를 들어 0.6 mΩ을 갖는다. 낮은 입력 전기 저항 값으로 인해, 전류 센서(180)는 매우 낮은 전력 소비량을 갖는다. 또한, 분로 전류 센서와 같은 다른 전류 센서와 비교하여, 전류 센서(180)는 유리하게는 전류 센서(180)의 다른 부분들로부터 갈바니 전기 절연된 일차 도전 경로(210)를 갖는다.
전류 센서(180)로 인해, 제어 장치(130)는 가전 제품(100)에 의해 흡수된 AC 전류(Ip)(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 바람직하게 실시간으로 모니터링할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치(130)는 가전 제품(100) 작동 상태에 관한 정보, 그리고 또한 바람직하게는 주변 환경에 관한 정보를 바람직하게는 실시간으로 획득하고, 이러한 정보에 따라 가전 제품(100)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어 장치(130)는 모니터링된 전류(Ip)에 기초하여 전기 부하(127)의 비정상 상태를 검출할 수 있다. 전류(Ip)가 너무 높은 경우, 이는 단락이 발생됨을 의미할 수 있거나, 또는 전기 부하(127)가 압축기 또는 모터인 경우, 이는 압축기 또는 모터의 로터가 방해받고 있음을 의미할 수 있다. 전류(Ip)가 너무 낮은 경우, 이는 개회로가 존재함을 의미할 수 있다. 어떤 경우에도, 제어 장치(130)는 확인된 정보를 사용하여 (예를 들어, 오디오 및/또는 시각적 경고 신호를 통해) 사용자에게 통지하거나 조치를 취할 수 있다(예를 들어, 전기 부하(127)를 턴 오프시킴).
제어 장치(130)는 바람직하게는, 이러한 개별 전기 부하(127)의 작동시에 가전 제품(100)에 의해 흡수된 모니터링된 전류(Ip)(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 고려함으로써, 가전 제품(100)의 각각의 개별 전기 부하(127)의 오작동 상태를 평가할 수 있다.
제어 장치(130)는, 전기 부하(127)의 전기 저항을 인지함으로써, 가전 제품(100)에 의해 소비된 전력의 바람직하게는 실시간 측정을 수행하거나, 또는 상이한 시간에 AC 전원(115)에 의해 제공된 전압의 측정치를 획득하기 위해, 예를 들어 AC 전원(115)의 가능한 비정상 상태를 평가하기 위해, 가전 제품(100)에 의해 흡수된 모니터링된 전류(Ip)의 값(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 제어 장치(130)는 또한 AC 전원(115)(및 이에 따른 전류(Ip))의 다용도 주파수가 변위되는지 여부를 검사함으로써 AC 전원(115)의 과부하를 검출할 수 있다.
도 3의 등가 회로에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3에서 참조부호 R로 식별되는 전류 센서(180)의 입력 저항은 도 3에서 참조부하 C로 식별되는 전기 부하(127)의 등가 커패시턴스와 함께 저역 통과 필터를 형성한다. 당업자에게 널리 알려진 바와 같이, 이러한 종류의 저역 통과 필터의 주극의 주파수는 저항(R)의 값에 반비례한다. 따라서, 입력 저항(R)이 더 낮을수록, 저역 통과 필터에 의해 필터링되지 않는 주파수의 범위가 더 넓어진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 전류 센서(180)는 낮은 입력 저항을 갖기 때문에, 제어 장치(130)가 광범위한 주파수에 걸쳐서 가전 제품(100)에 의해 흡수된 전류(Ip)(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 모니터링할 수 있다.
0.6 mΩ의 입력 저항을 갖는 전류 센서(180)를 사용하여, 예를 들어 300 μF의 전기 부하 등가 커패시턴스(C)(전기 부하(127)가 냉장고의 압축기인 경우에 대해 타당한 값임)를 참조하면, 약 884 kHz의 주파수에 있는 주극을 갖는 저역 통과 필터를 형성한다. 따라서, 이러한 예시적인 경우에, 제어 장치(130)는 최대 884 kHz까지의 주파수로 발진하는 전류(Ip)의 성분을 검출할 수 있다.
분로 저항기를 포함하는 전류 센서가 전류 센서(180) 대신에 사용된 경우, 주극은 훨씬 더 낮은 주파수에 있게 된다. 예를 들어, 분로 저항기를 포함하는 전류 센서의 전형적인 입력 저항은 1 Ω일 수 있으므로, 300 μF의 동일한 전기 부하 등가 커패시턴스를 사용하면, 주극은 약 531 Hz의 주파수에 있게 된다. 이 경우, 제어 장치(130)는 (홀 효과를 이용하는 전류 센서(180)를 사용하는 것보다 1000배 더 낮은) 단지 최대 531 Hz까지만의 주파수에서 발생하는 전류(Ip)의 성분을 검출할 수 있다.
위와 같은 관점에서, 본 발명의 유리한 실시형태에 따른 전류 센서(180)가 낮은 입력 저항을 갖기 때문에, 제어 장치(130)는 전류(Ip)의 고조파 성분과 매우 유사한 고조파 성분을 갖는 신호를 전류 센서(180)로부터 수신할 수 있게 되는데, 이는 필터링되는 주파수 성분의 수가 크게 감소되기 때문이다. 이러한 특징으로 인해, 본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 제어 장치(130)는 전류(Ip)의 전체 주파수 성분 중 많은 부분(즉, 이의 주극에 해당하는 주파수까지)을 포함하는, (주파수 관점에서) 전류(Ip)와 매우 유사한 신호에 대한 고조파 분석을 수행할 수 있게 된다. 더 높은 입력 저항을 갖는 상이한 전류 센서가 사용된 경우(본 발명에 따라 가능하지만), 제어 장치(130)는 전류(Ip)의 전체 주파수 성분 중 더 적은 부분을 포함하는(보다 적은 주파수 성분을 포함하는) 신호를 수신하므로, 고조파 분석의 신뢰성이 낮아진다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 제어 장치(130)는 예를 들어, 제어 장치(130)의 펌웨어 및/또는 소프트웨어 모듈에 의해 구현되는, 고속 푸리에 변환(FFT)과 같은 주파수 영역 연산들을 사용함으로써 상기 고조파 분석을 수행하도록 구성된다.
예를 들어, 본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 제어 장치(130)는 모니터링된 전류(Ip)의 주성분의 기본 주파수(즉, 다용도 주파수)보다 더 높은 주파수로 발진하는 모니터링된 전류(Ip)의 이차 성분의 존재를 평가할 수 있다.
다른 실시예로서, 본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 제어 장치(130)는 가전 제품(100)에 의해 흡수된 AC 전류(Ip)의 총 고조파 왜곡(THD)을 계산하여, 존재하는 고조파 왜곡의 정확한 측정치(예를 들어, 모든 고조파 성분의 전력의 합 대 AC 전류(Ip)의 기본 주파수의 전력의 비율)를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치(130)는, 고조파 분석의 결과(예를 들어, 이차 성분의 평가 및/또는 총 고조파 왜곡(THD)의 계산)에 기초하여, 예를 들어 압축기 모터 불량 상태 또는 압축기 인버터 고장과 같은 전기 부하(127)의 오작동 상태를 검출할 수 있으며, 동일한 AC 전원(115)에 의해 공급을 받는 다른 가전 제품에 의해 유발된 AC 전원(115)에 대한 장애를 검출할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 예를 들어, FFT에 의해 수행되는 고조파 분석을 통해, 제어 장치(130)는 AC 전류(Ip)의 스펙트럼에 대한 스퓨리어스(spurious) 주파수 성분(반송파 또는 변조)을 검출할 수 있다. 스퓨리어스 주파수 성분이 검출되는 경우, 제어 장치(130)는 인버터 오작동(즉, 부분적으로 손상된 구동기) 또는 부정확한 모터 상태와 같은, 전기 부하(127)의 오작동 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 낮은 입력 저항 전류 센서(180)를 구비함으로써 가능해지는, 전류(Ip)의 고조파 성분과 매우 유사한 고조파 성분을 갖는 신호에 대해 수행된 고조파 분석은, 도 1의 재생 가능한 전력 공급기(125)(예를 들어, 광전지 패널)와 같은, 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기가 존재하는지 여부(즉, 추가적인 전력을 제공하고 있는지 여부)를 바람직하게는 실시간으로 평가하기 위해 유리하게 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 재생 가능한 전력 공급기(125)는 바람직하게는, 재생 가능한 전력 공급기(125)가 작동되고 있고 추가적인 전력을 제공하고 있는 경우, 재생 가능한 전력 공급기(125) 자체에 의해 생성된 AC 전류를 보다 고주파(예를 들어, 30 내지 300 KHz 범위와 같은)로 발진하는 AC 식별 신호로 변조하도록 적응된 변조기 장치(190)를 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 가전 제품(100)에 의해 흡수된 AC 전류(Ip)에 대해 수행된 고조파 분석의 결과에 따라 AC 전류(Ip)가 기지의 식별 신호의 주파수로 발진하는 성분을 포함한다고 규정되는 경우, 제어 장치(130)는 상기 특정 식별 신호에 대응하는 재생 가능한 전력 공급기(125)가 현재 전력을 전달하고 있다고 평가할 수 있다. 또한, 제어 장치(130)는 유리하게는 재생 가능한 전력 공급기(125)와 같은 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기에 의해 전송된 전력선 통신(PLC) 신호를 복조하도록 구성된 복조 장치를 포함할 수도 있다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라, 재생 가능한 전력 공급기(125)가 현재 전력을 전달하고 있는지 여부를 바람직하게는 실시간으로 알 수 있는 가능성이 유리하게 이용될 수 있으므로, 예를 들어 비용을 절감하기 위한 최적화된 스케줄에 따라 가전 제품(100)의 작동을 프로그래밍할 수 있다. 예를 들어, 가전 제품(100)이 세탁기인 경우, 재생 가능한 전력 공급기(125)가 실제로 추가적인 전력을 전달하고 있는 것으로 평가될 때까지, 세탁 사이클의 실행이 제어 장치(130)에 의해 일시 정지될 수 있다.
물론, 국부적인 요건 및 특정 요건을 충족시키기 위해, 당업자는 전술한 솔루션에 많은 논리적 및/또는 물리적 변형 및 변경을 적용할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 이의 바람직한 실시형태를 참조하여 특정 정도의 상세한 사항으로 설명되었지만, 다른 실시형태 뿐만 아니라 형태 및 세부사항에서의 다양한 생략, 대체 및 변경이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 특히, 본 발명의 상이한 실시형태는 이의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 이전의 설명에서 상술된 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다; 대조적으로, 불필요한 세부사항으로 설명을 방해하지 않기 위해 널리 알려진 특징들은 생략되거나 단순화되었을 수 있다. 또한, 본 발명의 임의의 개시된 실시형태와 관련하여 설명된 특정 요소 및/또는 방법 단계가 임의의 다른 실시형태에 포함될 수 있는 것으로 의도된다는 것은 명백하다.
예를 들어, 설명에서 홀 효과를 이용하도록 구성된 전류 센서의 사용에 대해 명시적으로 참조되었지만, 가전 제품에 의해 흡수된 전류의 고조파 성분과 충분히 유사한 고조파 성분을 갖는, 제어 장치에 제공될 해당 신호를 생성하기에 이의 입력 저항이 충분히 낮은 경우(예를 들어, 0.1 내지 1 mΩ), 가전 제품에 의해 흡수된 (총) AC 전류(즉, 가전 제품의 총 전류 소비량)를 측정하도록 적응된 다른 유형의 전류 센서에 본 발명의 개념이 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 가정용 또는 상업용 가전 제품(100)으로서,
    - 적어도 하나의 전기 부하(127);
    - AC 전원(115)으로부터 전력을 수신하기 위해 상기 AC 전원(115)에 연결 가능하고, 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)에 전력을 공급하도록 배치된 AC 전력 공급기 입력(112) - 상기 AC 전원은 상기 AC 전력 공급기 입력(112)에 연결된 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)를 포함하고, 상기 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기는, 민간 사용자에 의해 직접 관리되는 AC 발전기이고, 상기 AC 발전기가 작동되고 있고 추가적인 전력을 제공하고 있을 때, 상기 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기에 의해 생성된 AC 전류를 식별 신호로 변조하도록 적응된 변조기 장치를 포함하며, 가정용 광전지 패널 또는 마이크로 풍력 터빈 발전기를 더 포함함 -;
    - 상기 AC 전원으로부터 상기 가전 제품에 의해 흡수된 AC 전류를 감지하기 위한 전류 센서(180); 및
    - 상기 전류 센서(180)에 의해 감지되는 감지된 AC 전류에 대한 고조파 분석을 수행하고, 상기 고조파 분석의 결과에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)를 구동하기 위한 처리 장치(130)를 포함하고,
    상기 처리 장치(130)는 감지된 AC 전류에서, 상기 감지된 AC 전류의 주성분의 기본 주파수보다 더 높은 주파수로 발진하는 적어도 하나의 이차 성분의 존재를 평가하고, 상기 적어도 하나의 이차 성분이 상기 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)에 의해 생성된 식별 신호에 해당하는지를 검출하도록 구성되고, 상기 처리 장치(130)는 또한, 상기 식별 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)를 구동하도록 구성되는,
    가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 센서는 홀 전류 센서인, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 장치(130)는, 상기 감지된 AC 전류의 총 고조파 왜곡을 계산하고, 상기 계산된 총 고조파 왜곡에 기초하여,
    - 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)의 오작동 상태, 및
    - 다른 가전 제품에 의해 유발된 상기 AC 전원에 대한 장애 중 적어도 하나를 평가하도록 구성되는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 장치(130)는 상기 감지된 AC 전류에 고속 푸리에 변환을 적용함으로써 상기 감지된 AC 전류에 대한 상기 고조파 분석을 수행하도록 구성되는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 장치(130)는 상기 감지된 AC 전류에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)의 비정상 작동 상태 또는 오작동 상태를 평가하도록 구성되는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 장치(130)는 또한, 상기 감지된 AC 전류에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)의 전력 소비량을 평가하도록 구성되는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 장치(130)는 또한, 감지된 AC 전류에 기초하여 상기 AC 전원(115)의 과부하 상태를 평가하도록 구성되는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가전 제품은 냉장고이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)는,
    - 인버터 장치;
    - 압축기 장치;
    - 제상 발열 저항체 중 적어도 하나를 포함하는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가전 제품은 세탁기이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)는,
    - 배수 펌프;
    - 재순환 펌프;
    - 드럼 모터 회로;
    - 발열 저항체 중 적어도 하나를 포함하는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가전 제품은 세탁 건조기이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)는,
    - 드럼 모터 회로;
    - 발열 저항체;
    - 압축기 장치;
    - 팬 중 적어도 하나를 포함하는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가전 제품은 오븐이며, 상기 적어도 하나의 전기 부하(127)는,
    - 발열 저항체;
    - 마이크로파 발생기 장치;
    - 팬 중 적어도 하나를 포함하는, 가정용 또는 상업용 가전 제품(100).
  12. 전기 시스템(150)으로서,
    제1항 또는 제2항에 따른 가정용 또는 상업용 가전 제품(100); 및
    상기 가정용 또는 상업용 가전 제품(100)의 AC 전력 공급기 입력(112)에 연결된 AC 전원(115)을 포함하며,
    상기 AC 전원(115)은 공용 이용 가능한 AC 전력 공급기(120)의 다용도 주파수인 기본 주파수를 갖는 전력을 상기 AC 전력 공급기 입력(112)에 제공하도록 적응되는,
    전기 시스템(150).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 AC 전원(115)은 적어도 하나의 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기(125)를 포함하며, 상기 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기는 민간 사용자에 의해 직접 관리되는 AC 발전기이고, 각각의 사설 이용 가능한 AC 전력 공급기는 작동시에 추가적인 전력 및 해당 식별 신호를 생성하도록 구성되는, 전기 시스템(150).
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