OA11373A

OA11373A - Prepaid energy control device having a measuring shunt.

Info

Publication number: OA11373A
Application number: OA1200000123A
Authority: OA
Inventors: Patrice Chaboud; Michel Lauraire; Didier Vigouroux; Bruno Martin
Original assignee: Schneider Electric Ind Sa
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2004-04-27
Also published as: FR2793030B1; FR2793030A1; BR0002151A; ZA200001188B

Abstract

The device has: - terminals (2 to 5) connected to the phase (P) and neutral (N) of an electrical supply network; - an electrical shunt (6) having first and second longitudinal ends arranged in series with a contact (7) of a relay, between measuring terminals (10,11) of the measuring zone (12), the shunt voltage represents the current (I) circulating in the phase conductor (P; - a processor (9), see Fig.1, connected to the terminals (10,11), calculates the energy consumed and control opening of the contact (7) of the relay when the consumed energy value reaches the pre-paid set value. The processor (9) includes a printed circuit card (24). The shunt (6) comprises a plate of electrically conducting material having a longitudinal axis (A) arranged parallel to the printed circuit card (24). The measuring zone (12) is arranged in a plane perpendicular to the printed circuit card (24). the measuring terminals (10,11) of the shunt part through the shunt in the measuring zone (12) on the same side as the longitudinal axis (A) and are soldered directly onto the printed circuit card (24).

Description

011373011373

DISPOSITIF DE CONTROLE D'ENERGIE A PREPAIEMENT COMPORTANT UNSHUNT DE MESURE L'invention concerne un dispositif de contrôle d'énergie à prépaiement comportant des5 bornes de raccordement à des conducteurs de phase et de neutre d'un réseau électrique, unshunt électrique comportant des première et seconde extrémités longitudinales, disposé, ensérie avec un contact d'un relais, entre les bornes de raccordement au conducteur de phaseet fournissant, entre deux bornes de mesure délimitant sur le shunt une zone de mesure, unetension représentative du courant circulant dans le conducteur de phase, un ensemble deîo traitement connecté aux bornes de mesure, calculant la quantité d'énergie consommée etcommandant l'ouverture du contact du relais lorsque ladite quantité d'énergie atteint unevaleur prédéterminée prépayée, l'ensemble de traitement comportant au moins une carte de circuit imprimé. 15 II a déjà été proposé d'utiliser un shunt pour la mesure de courant dans un dispositif decontrôle d'énergie à prépaiement. Les shunts connus sont constitués par un matériau résistifsoudé à des plaques de cuivre connectées par des tresses à des bornes de raccordement duconducteur dans lequel le courant doit être mesuré. Des bornes de mesure sont connectéspar des fils torsadés aux entrées de mesure d'un circuit de traitement. 20 L’invention a pour but un dispositif de contrôle d'énergie à prépaiement avec un shunt demesure, dont le coût soit réduit tout en améliorant la fiabilité de la mesure.The invention relates to a pre-paid energy control device comprising terminals for connection to phase and neutral conductors of an electrical network, an electrical sheath comprising first and second second longitudinal ends, arranged, in series with a contact of a relay, between the terminals for connection to the phase conductor and providing, between two measurement terminals delimiting on the shunt a measurement zone, a voltage representative of the current flowing in the phase conductor , a processing unit connected to the measurement terminals, calculating the amount of energy consumed andcommanding the opening of the contact of the relay when said quantity of energy reaches a predetermined value prepaid, the processing assembly comprising at least one printed circuit board . It has already been proposed to use a shunt for current measurement in a pre-paid energy control device. Known shunts consist of a resistive material bonded to copper plates connected by braids to the conductor connection terminals in which the current is to be measured. Measuring terminals are connected by twisted wires to the measuring inputs of a processing circuit. The object of the invention is to provide a pre-paid energy control device with a measurement shunt, the cost of which is reduced while improving the reliability of the measurement.

Selon l'invention ce but est atteint par le fait que le shunt est constitué par une plaque en 25 matériau électriquement conducteur comportant un axe longitudinal disposé sensiblementparallèlement à la carte de circuit imprimé, la zone de mesure étant disposée dans un plansensiblement perpendiculaire à la carte de circuit imprimé, les bornes de mesure du shuntfaisant saillie vers l'extérieur du shunt, dans le plan de la zone de mesure, d'un même côtéde l'axe longitudinal et étant soudées directement sur la carte de circuit imprimé. 30According to the invention this object is achieved by the fact that the shunt is constituted by a plate of electrically conductive material having a longitudinal axis disposed substantiallyparallel to the printed circuit board, the measurement zone being disposed in a plane substantially perpendicular to the card circuit board, the measuring terminals of the shuntfaisant protruded outwardly of the shunt, in the plane of the measurement zone, on the same side of the longitudinal axis and being soldered directly on the printed circuit board. 30

Selon un développement de l'invention, la première extrémité longitudinale du shuntconstitue une plage de raccordement à l'une des bornes de raccordement au conducteur dephase, la seconde extrémité longitudinale du shunt étant reliée au contact du relais. 35 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivrede modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs,et représentés aux dessins annexés sur lesquels : 2 011373According to a development of the invention, the first longitudinal end of the shuntconstitutes a connection pad at one of the terminals for connection to the phase conductor, the second longitudinal end of the shunt being connected to the contact of the relay. Other advantages and features will become more clearly apparent from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and shown in the accompanying drawings, in which:

La figure 1 illustre, sous forme de schéma-bioc, un dispositif selon l'invention.FIG. 1 illustrates, in the form of a bioc diagram, a device according to the invention.

La figure 2 représente un mode particulier de réalisation d'un dispositif selon l'invention, envue de face, sans capot. 5 La figure 3 représente plus en détail un mode particulier de réalisation d'un shunt et sonpositionnement dans un dispositif selon l'invention.FIG. 2 represents a particular embodiment of a device according to the invention, seen from the front, without a hood. FIG. 3 shows in greater detail a particular embodiment of a shunt and its positioning in a device according to the invention.

Les figures 4 et 5 représentent, en vue de profil, deux variantes de réalisation d'un shuntd'un dispositif selon l'invention. 10Figures 4 and 5 show, in profile, two embodiments of a shuntd'un device according to the invention. 10

Le dispositif 1 de contrôle d'énergie à prépaiement représenté aux figures 1 et 3 estconnecté par deux bornes de raccordement 2 et 3 à un conducteur de phase P d'un réseauélectrique. Il est également connecté par deux bornes de raccordement 4 et 5 à unconducteur de neutre N du réseau. 15The prepaid energy control device 1 shown in FIGS. 1 and 3 is connected by two connection terminals 2 and 3 to a phase conductor P of an electrical network. It is also connected by two connection terminals 4 and 5 to a neutral conductor N of the network. 15

Un shunt électrique 6 est connecté en série avec un contact 7 d'un relais entre les bornes deraccordement 2 et 3. Le contact 7 est commandé par un électroaimant, ou bobine 8 durelais. Un ensemble électronique de traitement 9 est connecté aux bornes 2 et 4, de manièreà recevoir des signaux représentatifs de la tension U entre les conducteurs de phase P et de 20 neutre N. Il est également connecté à deux bornes de mesure 10 et 11 du shunt délimitantsur le shunt une zone de mesure 12. La tension présente entre les bornes de mesure 10 et 11est représentative du courant I circulant dans le conducteur de phase P.An electrical shunt 6 is connected in series with a contact 7 of a relay between the junction terminals 2 and 3. The contact 7 is controlled by an electromagnet, or coil 8 durelais. An electronic processing unit 9 is connected to the terminals 2 and 4, so as to receive signals representative of the voltage U between the phase P and neutral N conductors. It is also connected to two measuring terminals 10 and 11 of the shunt delimiting on the shunt a measurement zone 12. The voltage present between the measurement terminals 10 and 11 is representative of the current I flowing in the phase conductor P.

La tension U est également appliquée à des entrées d'un circuit d'alimentation 13 qui fournit 25 au dispositif une tension d'alimentation Vcc appropriée. L’ensemble électronique de traitement 9 comporte un circuit de traitement 14, de préférenceà microprocesseur, alimenté par la tension Vcc et recevant les signaux U et I. Le circuit detraitement 14 calcule, de manière classique, la quantité d'énergie consommée par un 30 utilisateur connecté au réseau. Il est de plus connecté à un lecteur de carte 15, de typeclassique. Une carte électronique 16 peut être introduite dans une fente d'entrée 17 dulecteur de carte. Dans un mode de réalisation préférentiel la carte électronique 16 est unecarte à mémoire, de type jetable, dans laquelle est mémorisé le montant d'un créditd'énergie prédéterminé, par exemple 100 kWh. Le montant de ce crédit est lu par le lecteur 35 de carte après introduction de la carte 16 dans la fente 17. Le circuit de traitement 14provoque, par l’intermédiaire de la bobine 8 du relais, l'ouverture du contact 7 etl'interruption de la fourniture d'énergie à l'utilisateur lorsque la totalité du crédit d'énergiea été consommée. 3 Π11777υ ι ι û / οThe voltage U is also applied to inputs of a supply circuit 13 which supplies the device with a suitable supply voltage Vcc. The electronic processing unit 9 comprises a processing circuit 14, preferably a microprocessor, powered by the voltage Vcc and receiving the signals U and I. The processing circuit 14 calculates, in a conventional manner, the amount of energy consumed by a device 30. user connected to the network. It is also connected to a card reader 15, typeclassique. An electronic card 16 can be inserted into an input slot 17 of the card reader. In a preferred embodiment, the electronic card 16 is a memory card, of disposable type, in which is stored the amount of a predetermined energy credit, for example 100 kWh. The amount of this credit is read by the card reader 35 after introduction of the card 16 in the slot 17. The processing circuit 14, through the coil 8 of the relay, opens the contact 7 and the interruption the supply of energy to the user when the entire energy credit has been consumed. 3 Π11777υ ι ι û / ο

Le shunt 6 est constitué par une plaque en matériau électriquement conducteur fabriquée pardécoupage d'une pièce en matériau électriquement conducteur, de préférence en constantan.Le shunt 6 comporte un axe longitudinal A. Sur les figures 2 et 3, une première extrémité 5 longitudinale 18 du shunt 6 constitue une plage de raccordement à la borne de raccordement 2.Shunt 6 is constituted by a plate of electrically conductive material manufactured by cutting a piece of electrically conductive material, preferably constantan.Le shunt 6 comprises a longitudinal axis A. In Figures 2 and 3, a first longitudinal end 18 shunt 6 constitutes a connection range to the connection terminal 2.

Dans le mode particulier de réalisation représenté sur la figure 3, le shunt 6 a une formegénérale sensiblement rectangulaire et ses première et seconde extrémités longitudinales 18 10 et 19 sont légèrement rétrécies pour former des épaulements 20 destinés à coopérer avec deséléments 21 de positionnement et de maintien du shunt solidaires du boîtier 22 du dispositif.In the particular embodiment shown in Figure 3, the shunt 6 has a generally rectangular shape and its first and second longitudinal ends 18 and 19 are slightly narrowed to form shoulders 20 for cooperating with elements 21 for positioning and holding shunt secured to the housing 22 of the device.

Une tresse 23, dont une extrémité est soudée sur la seconde extrémité longitudinale 19 dushunt, relie le shunt 6 au contact 7 du relais. Sur la figure 2, l'autre extrémité de la tresse 15 23 est soudée sur l’élément de contact mobile du contact 7.A braid 23, one end of which is welded to the second longitudinal end 19 dushunt, connects the shunt 6 to the contact 7 of the relay. In FIG. 2, the other end of the braid 23 is welded to the movable contact element of the contact 7.

Les bornes de mesure 10 et 11 du shunt font saillie vers l'extérieur du shunt, dans le plan dela zone de mesure 12, d'un même côté de l'axe longitudinal A. L'ensemble électronique detraitement comporte au moins une carte de circuit imprimé 24 sur laquelle le shunt 6 est 20 monté. Il est soudé directement sur la carte de circuit imprimé 24 par l'intermédiaire de sesbornes de mesure 10 et 11. L'axe longitudinal A du shunt est sensiblement parallèle à lacarte de circuit imprimé 24. Le shunt 6, et plus particulièrement la zone de mesure 12, sontdisposés dans un plan sensiblement perpendiculaire à la carte de circuit imprimé 24. 25 Dans la variante de réalisation représentée à la figure 4, la zone de mesure 12 et lesextrémités 18 et 19 sont dans un même plan. Dans le mode de réalisation préférentielreprésenté à la figure 5, les extrémités 18 et 19 ont été repliées, formant avec la zone demesure 12 un angle supérieur à 90°. Les extrémités 18 et 19 sont, de préférence, disposéesdans des plans sensiblement parallèles. Cette variante de réalisation permet d'utiliser au 30 mieux le volume interne disponible à l'intérieur du boîtier 22. Dans tous les cas il estindispensable pour garantir une bonne précision de la mesure de courant, que la zone demesure 12, située entre les bornes de mesure 10 et 11 soit le plus linéaire possible, c'est-à-dire disposée dans un seul plan. 35 Dans le mode particulier de réalisation du shunt représenté aux figures 1 et 3, le shunt 6comporte une borne additionnelle 25. Celle-ci est parallèle aux bornes de mesure 10 et 11,également soudée directement sur la carte de circuit imprimé 24. Cette borne additionnelledu shunt est disposée entre la zoiie de mesure 12 et l'extrémité longitudinale 18 du shunt 4 011373 constituant la piage de raccordement à îa borne de raccordement 2. Elle constitue le point demesure de la tension du conducteur P et une entrée du circuit d'alimentation 13.The measuring terminals 10 and 11 of the shunt protrude outwardly from the shunt, in the plane of the measuring zone 12, on one and the same side of the longitudinal axis A. The electronic treatment unit comprises at least one data card. circuit board 24 on which shunt 6 is mounted. It is soldered directly to the printed circuit board 24 via measuring points 10 and 11. The longitudinal axis A of the shunt is substantially parallel to the printed circuit board 24. The shunt 6, and more particularly the 12, are arranged in a plane substantially perpendicular to the printed circuit board 24. In the embodiment shown in Figure 4, the measuring zone 12 and the ends 18 and 19 are in the same plane. In the preferred embodimentrepresented in FIG. 5, the ends 18 and 19 have been folded together, forming with the measurement zone 12 an angle greater than 90.degree. The ends 18 and 19 are preferably arranged in substantially parallel planes. This variant of embodiment makes it possible to use at best the internal volume available inside the housing 22. In all cases it is essential to guarantee a good accuracy of the current measurement, that the measurement zone 12, located between the terminals 10 and 11 is the most linear possible, that is to say arranged in a single plane. In the particular embodiment of the shunt shown in FIGS. 1 and 3, the shunt 6comporte an additional terminal 25. This is parallel to the measurement terminals 10 and 11, also soldered directly on the printed circuit board 24. This terminal Further, the shunt is disposed between the measurement zone 12 and the longitudinal end 18 of the shunt 4 011373 constituting the connection distance to the connection terminal 2. It constitutes the point of measurement of the voltage of the conductor P and an input of the circuit of FIG. feeding 13.

La soudure du shunt 6 directement sur la carte de circuit imprimé 24 améliore la fiabilité de5 la mesure de courant réalisée à l'aide du shunt. De plus, ceci est réalisé sans que lapuissance transite au travers du circuit imprimé, la totalité du courant traversant le shunt 6parallèlement à l'axe longitudinal A. Pour éviter un échauffement excessif du circuitimprimé, une distance minimale d (figure 3) est prévue entre le circuit imprimé et la partiedu shunt dans laquelle transite la puissance. Ceci peut être, par exemple, réalisé au moyen 10 d'un rétrécissement de l'extrémité des bornes de mesure 10, 11 et 25, seule l'extrémitérétrécie étant introduite dans les orifices correspondants de la plaque de circuit imprimé.The soldering of the shunt 6 directly on the printed circuit board 24 improves the reliability of the current measurement made using the shunt. In addition, this is done without the power passing through the printed circuit, the entire current flowing through the shunt 6parallel to the longitudinal axis A. To prevent excessive heating of the printed circuit, a minimum distance d (Figure 3) is provided between the printed circuit and the part of the shunt in which the power passes. This can be achieved, for example, by means of a narrowing of the end of the measuring terminals 10, 11 and 25, with only the extreme end being introduced into the corresponding holes in the printed circuit board.

Le shunt selon l'invention permet de minimiser le nombre de pièces et de connexions. Eneffet, il permet de supprimer une plage de raccordement, une tresse et des fils de connexion 15 au circuit imprimé. La réduction du nombre de pièces permet de réduire le coût dudispositif, tout en améliorant la fiabilité de la mesure. La précision du positionnement dushunt 6 sur la plaque du circuit imprimé, ainsi que son positionnement et son maintien dansle boîtier 22, permet de ne pas transmettre, au niveau des soudures du shunt sur la carte decircuit imprimé, le couple de serrage des câbles de raccordement, extérieurs, ni les efforts 20 de traction pouvant être exercés sur ces câbles.The shunt according to the invention makes it possible to minimize the number of parts and connections. In fact, it makes it possible to eliminate a connection pad, a braid and connection wires 15 to the printed circuit. Reducing the number of parts reduces the cost of the device, while improving the reliability of the measurement. The accuracy of positioning dushunt 6 on the printed circuit board, as well as its positioning and its retention in the housing 22, makes it possible not to transmit, at the welds of the shunt on the printed circuit board, the tightening torque of the connection cables. , external, or tensile forces that can be exerted on these cables.

Claims

5

1. - Prepaid energy control device having terminals (2 to 5) for connection to phase (P) and neutral (N) conductors of an electrical network, an electrical shunt (6) comprising first and second longitudinal ends, arranged in series with a contact (7) of a relay, between the connection terminals (2, 3) and the phase conductor (P) and providing between two measuring terminals (10, 11 ) delimiting on the shunt a measurement zone (12), a voltage representative of the current (I) flowing in the phase conductor (P), a processing unit (9) connected to the measurement terminals (10, 11), calculating the amount of energy consumed andcommanding the opening of the contact (7) of the relay when said quantity of energy reaches a predetermined value prepaid, the treatment unit (9) comprising at least one printed circuit board (24), characterized what the shunt (6) is made of a material plate The measuring region (12) is arranged electrically in a plane extending substantially parallel to the printed circuit board (24) and has a longitudinal axis (A) disposed substantially parallel to the printed circuit board (24). The measurement terminals (10) are arranged in a plane substantially perpendicular to the printed circuit board. 11) of the shunt protruding outwardly of the shunt in the plane of the measurement zone (12) on the same side of the axial longitudinal axis (A) and being welded directly to the printed circuit board (24) . 20

2. - Device according to claim 1, characterized in that the first longitudinal end (18) of the shunt (6) is a connection pad to one of the terminals (2) to the phase conductor (P), the second longitudinal end (19) of the shunt (6) being connected to the contact (7) of the relay. 25

3. - Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the shunt (6) is manufactured by cutting a piece of electrically conductive material.

4. - Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the second longitudinal end (19) of the shunt (6) is connected to the contact (7) via a braid (23) welded on said end (19).

5. - Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the measurement zone (12) of the shunt (6) forms an angle, greater than 90 °, with each of the longitudinal ends (18, 19 ) of the shunt.

6. - Device according to claim 5, characterized in that said ends (18,19) are substantially parallel. 6 011373

7. - Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a housing (22) having elements (21) for positioning and maintenance shunt (6). 5

8. - Device according to claim 6, characterized in that it comprises at least one element (21) for positioning and holding constituting a housing of the second longitudinal end (19) of the shunt, which is connected to the contact (7).

9.- Device according to one of claims 7 and 8, characterized in that the first longitudinal end (18) of the shunt comprises shoulders (20) forcooperating with elements (21) for positioning and holding the shunt integral housing (22).

10.-Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the shunt (6) comprises an additional terminal (25) welded directly to the printed circuit board and disposed between the measuring zone (12) and the first longitudinal end (18) of the shunt, the latter constituting a connection pad to one of the connection terminals (2) to the phase conductor (P).