EA037144B1 - Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same - Google Patents
Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same Download PDFInfo
- Publication number
- EA037144B1 EA037144B1 EA201991421A EA201991421A EA037144B1 EA 037144 B1 EA037144 B1 EA 037144B1 EA 201991421 A EA201991421 A EA 201991421A EA 201991421 A EA201991421 A EA 201991421A EA 037144 B1 EA037144 B1 EA 037144B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- magnetic field
- phase
- calibration
- load
- sensors
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 136
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 136
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 72
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 76
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 25
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 6
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 101100382321 Caenorhabditis elegans cal-1 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 210000003811 finger Anatomy 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004393 prognosis Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
- G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Distribution Board (AREA)
Abstract
Description
(54) СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СООРУЖЕНИИ И СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИХ КАЛИБРОВКИ(54) SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING ELECTRIC ENERGY CONSUMPTION IN A STRUCTURE AND SYSTEMS AND METHODS FOR THEIR CALIBRATION
037144 Bl037144 Bl
(57) Некоторые варианты осуществления могут относиться к способу использования устройства для измерения потребления энергии. Устройство для измерения потребления энергии может быть механически связано с поверхностью коробки автоматического выключателя, расположенной поверх по меньшей мере части одного или нескольких главных проводов электроснабжения для электрической инфраструктуры сооружения. Способ может включать рабочую операцию, на которой определяют одно или несколько первых показаний магнитного поля от одного или нескольких главных проводов электроснабжения при помощи одного или нескольких датчиков в устройстве для измерения потребления энергии; рабочую операцию, на которой после определения одного или нескольких первых показаний магнитного поля электрически связывают первую калибровочную нагрузку с силовой электрической инфраструктурой; рабочую операцию, на которой, пока первая калибровочная нагрузка остается электрически связанной с силовой электрической инфраструктурой, определяют одно или несколько вторых показаний магнитного поля от одного или нескольких главных проводов электроснабжения при помощи одного или нескольких датчиков в устройстве для измерения потребления энергии; рабочую операцию, на которой калибруют устройство для измерения потребления энергии, используя, по меньшей мере частично, одно или несколько первых показаний магнитного поля и одно или несколько вторых показаний магнитного поля; рабочую операцию, на которой после калибровки устройства для измерения потребления энергии определяют одно или несколько третьих показаний магнитного поля от одного или нескольких главных проводов электроснабжения при помощи одного или нескольких датчиков в устройстве для измерения потребления энергии; и рабочую операцию, на которой определяют электрическую энергию, потребляемую силовой электрической инфраструктурой сооружения, используя, по меньшей мере частично, одно или несколько третьих показаний магнитного поля и один или несколько калибровочных коэффициентов. Калибровка устройства для измерения потребления энергии может включать определение одного или нескольких первых калибровочных коэффициентов для устройства для измерения потребления энергии, используя, по меньшей мере частично, одно или несколько первых показаний магнитного поля и одно или несколько вторых показаний магнитного поля. Раскрыты и другие варианты осуществления.(57) Some embodiments may relate to a method of using a device for measuring energy consumption. The device for measuring energy consumption may be mechanically coupled to the surface of the circuit breaker box located on top of at least a portion of one or more main power supply conductors for the electrical infrastructure of the structure. The method may include an operation of determining one or more first readings of a magnetic field from one or more main power supply wires using one or more sensors in a device for measuring energy consumption; a work step in which, after determining one or more of the first readings of the magnetic field, electrically couple the first calibration load to the power electrical infrastructure; an operation in which, while the first calibration load remains electrically connected to the power electrical infrastructure, one or more second readings of the magnetic field from one or more main power supply wires are determined using one or more sensors in the device for measuring power consumption; an operation in which the device for measuring energy consumption is calibrated using, at least in part, one or more of the first readings of the magnetic field and one or more of the second readings of the magnetic field; a step in which, after calibrating the energy consumption measuring device, one or more third magnetic field readings from one or more main power supply wires are determined using one or more sensors in the energy consumption measuring device; and an operating step in which the electrical energy consumed by the power electrical infrastructure of the structure is determined using, at least in part, one or more third magnetic field readings and one or more calibration coefficients. Calibrating the device for measuring energy consumption may include determining one or more first calibration coefficients for the device for measuring energy consumption using, at least in part, one or more first readings of the magnetic field and one or more second readings of the magnetic field. Other embodiments are disclosed.
037144 В1037144 B1
Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related claims
Настоящая заявка притязает на приоритет, зарезервированный предварительной заявкой США № 61/361296, поданной 2 июля 2010 г., и предварительной заявкой США № 61/380174, поданной 3 сентября 2010 г. Настоящая заявка также является частичным продолжением заявки США № 12/567561, поданной 25 сентября 2009 г. Описания изобретений из предварительных заявок США №№ 61/361296 и 61/380174 и заявки США № 12/567561 включаются в данный документ по ссылке.This application claims priority reserved by US Provisional Application No. 61/361296, filed July 2, 2010, and US Provisional Application No. 61/380174, filed September 3, 2010. This application is also a partial continuation of US Application No. 12/567561. filed September 25, 2009. The disclosures of US Provisional Applications Nos. 61/361296 and 61/380174 and US Application Nos. 12/567561 are incorporated herein by reference.
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Настоящее изобретение относится, в общем, к приборам, устройствам, системам и способам контроля электрической энергии и, в частности, относится к таким приборам, устройствам, системам и способам, которые контролируют электрическую энергию в одном или нескольких главных силовых электрических проводов на щите автоматических электрических выключателей сооружения.The present invention relates generally to devices, devices, systems and methods for controlling electrical energy and, in particular, relates to such devices, devices, systems and methods that control electrical energy in one or more main power electrical wires on an automatic electrical panel. switches of the structure.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Сооружение (например, жилое или административное здание) может иметь один или несколько главных силовых электрических проводов, подающих электрическую энергию в электрические приборы (т.е. на нагрузку) в сооружении. Во многих сооружениях используется система распределения электрической энергии с расщепленной фазой с главными силовыми электрическими проводами в количестве до трех. Главные силовые электрические провода входят в сооружение через щит автоматических электрических выключателей. Щит автоматических электрических выключателей является главным распределительным пунктом электрической энергии в сооружении. Кроме того, щиты автоматических электрических выключателей обеспечивают защиту от сверхтоков, которые в противном случае могли бы вызвать пожар или повредить электрические приборы в сооружении. Щиты автоматических электрических выключателей могут подключаться к и располагаться поверх по меньшей мере части из трех главных силовых проводов.A structure (for example, a residential or office building) may have one or more main electrical power wires that supply electrical energy to electrical appliances (i.e., a load) in the structure. Many facilities use a split-phase electrical distribution system with up to three main power conductors. The main power wires enter the structure through the circuit breaker board. The board of automatic electrical switches is the main distribution point of electrical energy in the structure. In addition, circuit breaker panels provide protection against overcurrents that could otherwise cause fire or damage to electrical appliances in the structure. Circuit breaker panels may be connected to and positioned on top of at least a portion of the three main power wires.
Различные предприятия-изготовители щитов автоматических электрических выключателей, включая, например, компании Square-D, Eaton, Cutler-Hammer, General Electric, Siemens и Murray, выбрали для своих щитов автоматических электрических выключателей разные расстояния между проводами и конструктивные исполнения. Кроме того, каждое предприятие-изготовитель выпускает разные конструктивные исполнения щитов автоматических электрических выключателей для внутренней установки, для наружной установки и для разных суммарных номинальных токов, из которых электроснабжения величиной 100 А и 200 А являются наиболее распространенными.Various manufacturers of circuit breaker panels, including, for example, Square-D, Eaton, Cutler-Hammer, General Electric, Siemens and Murray, have chosen different wire spacings and designs for their circuit breaker panels. In addition, each manufacturer produces different designs of automatic switchboards for indoor installation, for outdoor installation and for different total rated currents, of which 100 A and 200 A power supplies are the most common.
Разные схемы расположения проводов во многих различных типах щитов автоматических электрических выключателей обусловили разные профили магнитных полей на металлических поверхностях щитов автоматических электрических выключателей. Кроме того, схема расположения внутренних проводов (например, главных силовых электрических проводов) не видна без открытия щита выключателей, и то, каким образом схема расположения внутренних проводов транслируется в профиль магнитного поля на поверхности щита автоматических электрических выключателей, требует для правильной интерпретации и моделирования глубокого знания электромагнитной теории. Поэтому трудно точно измерить магнитное поле одного или нескольких главных силовых электрических проводов на поверхности щита автоматических электрических выключателей. Если бы магнитное поле одного или нескольких главных силовых электрических проводов на поверхности щита автоматических электрических выключателей можно было точно определить, можно было бы определить электрический ток и энергию, потребляемые нагрузкой в сооружении.The different wire layouts in many different types of circuit breaker boards have resulted in different magnetic field profiles on the metal surfaces of the circuit breaker boards. In addition, the layout of the internal wires (for example, the main power electrical wires) is not visible without opening the switchboard, and how the layout of the internal wires translates into the magnetic field profile on the surface of the circuit breaker board requires deep interpretation and modeling. knowledge of electromagnetic theory. Therefore, it is difficult to accurately measure the magnetic field of one or more main electrical power wires on the surface of the circuit breaker board. If the magnetic field of one or more main power wires on the surface of the circuit breaker board could be accurately determined, it would be possible to determine the electrical current and energy consumed by the load in the structure.
Соответственно, целью настоящего изобретения является создание устройства, системы и(или) способа, позволяющих неспециалисту в области электричества точно определять магнитное поле и другие параметры, связанные с одним или несколькими главными силовыми электрическими проводами на поверхности щита автоматических электрических выключателей.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus, system, and / or method that enables a non-electrician to accurately determine the magnetic field and other parameters associated with one or more main power wires on the surface of a circuit breaker board.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Для облегчения последующего описания вариантов осуществления настоящего изобретения приводятся графические материалы, на которых на фиг. 1 проиллюстрирован вид примерной системы контроля электрической энергии, подключенной к щиту электрических выключателей, в соответствии с первым вариантом осуществления;To facilitate the following description of embodiments of the present invention, drawings are provided in which FIG. 1 illustrates a view of an exemplary electrical energy monitoring system connected to an electrical switchboard in accordance with a first embodiment;
на фиг. 2 - блок-схема системы контроля электрической энергии, показанной на фиг. 1, в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 2 is a block diagram of the electrical energy monitoring system shown in FIG. 1 in accordance with the first embodiment;
на фиг. 3 - разрез щита автоматических выключателей по фиг. 1 по линии 3-3 в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 3 is a sectional view of the circuit breaker board of FIG. 1 along line 3-3 in accordance with the first embodiment;
на фиг. 4 - пример проводов магнитного поля, создаваемых одним проводом;in fig. 4 is an example of magnetic field wires generated by one wire;
на фиг. 5 - пример проводов магнитного поля, создаваемых главными силовыми электрическими проводами в автоматическом выключателе по фиг. 1, в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 5 shows an example of magnetic field wires generated by main power wires in the circuit breaker of FIG. 1 in accordance with the first embodiment;
на фиг. 6 - пример сенсорного устройства по фиг. 2 в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 6 shows an example of the sensor device of FIG. 2 in accordance with the first embodiment;
на фиг. 7 - примерное расположение сенсорного устройства по фиг. 2 над главным силовым элек- 1 037144 трическим проводом автоматического выключателя по фиг. 1 в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 7 illustrates an exemplary arrangement of the sensor device of FIG. 2 above the main power line of the circuit breaker of FIG. 1 in accordance with a first embodiment;
на фиг. 8 - примерный график изменения напряжения датчиков электрического тока во времени в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 8 is an exemplary graph of voltage versus time of electric current sensors in accordance with one embodiment;
на фиг. 9 - пример сенсорного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления;in fig. 9 shows an example of a sensor device according to a second embodiment;
на фиг. 10 - пример сенсорного устройства фиг. 9 над главными силовыми электрическими проводами автоматического выключателя фиг. 1 в соответствии со вторым вариантом осуществления;in fig. 10 shows an example of the sensor device of FIG. 9 above the main power lines of the circuit breaker of FIG. 1 in accordance with a second embodiment;
на фиг. 11 - пример калибровочного устройства фиг. 1 в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 11 shows an example of the calibration device of FIG. 1 in accordance with a first embodiment;
на фиг. 12 - примерный график потенциального входящего сигнала низкого напряжения в контроллер фиг. 11 из транслятора уровня фиг. 11 в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 12 is an exemplary graph of a potential low voltage input signal to the controller of FIG. 11 from the level translator of FIG. 11 in accordance with one embodiment;
на фиг. 13 - примерные графики, иллюстрирующие соотношение прямоугольного низковольтного сигнала, используемого для разработки опорной фазы, и низковольтного сигнала на фиг. 12 в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 13 are exemplary graphs illustrating the relationship of a rectangular low voltage signal used to develop a phase reference and a low voltage signal in FIG. 12 in accordance with one embodiment;
на фиг. 14 - пример коммутируемой нагрузки в соответствии с третьим вариантом осуществления;in fig. 14 illustrates an example of a switched load according to the third embodiment;
на фиг. 15 - пример коммутируемой нагрузки в соответствии с четвертым вариантом осуществления;in fig. 15 illustrates an example of a switched load in accordance with a fourth embodiment;
на фиг. 16 - пример коммутируемой нагрузки в соответствии с пятым вариантом осуществления;in fig. 16 illustrates an example of a switched load according to the fifth embodiment;
на фиг. 17 - пример коммутируемой нагрузки в соответствии с шестым вариантом осуществления;in fig. 17 illustrates an example of a switched load according to the sixth embodiment;
на фиг. 18 - маршрутная карта способа калибровки системы контроля электрической энергии в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 18 is a roadmap for a method for calibrating an electrical energy monitoring system in accordance with one embodiment;
на фиг. 19 - маршрутная карта способа определения калибровочных коэффициентов в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 19 is a roadmap for a method for determining calibration factors in accordance with one embodiment;
на фиг. 20 - блок-схема способа определения прогнозного тока в главных силовых электрических проводах в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 20 is a flowchart of a method for determining a predicted current in main power electrical wires in accordance with one embodiment;
Нна фиг. 21 - пример первого местоположения двух датчиков электрического тока относительно главных силовых электрических проводов в примерном сенсорном устройстве в соответствии с одним из вариантов осуществления;Fig. 21 illustrates an example of a first location of two electric current sensors with respect to main power wires in an exemplary sensing device in accordance with one embodiment;
на фиг. 22 - график, сравнивающий прогнозный ток по сравнению с измеренными токами для датчиков электрического тока по фиг. 21;in fig. 22 is a graph comparing predicted current versus measured currents for the electric current sensors of FIG. 21;
на фиг. 23 - пример второго местоположения двух датчиков электрического тока относительно главных силовых электрических проводов в примерном сенсорном устройстве в соответствии с одним из вариантов осуществления; и на фиг. 24 - график, сравнивающий прогнозный ток по сравнению с измеренными токами для датчиков электрического тока по фиг. 23.in fig. 23 illustrates an example of a second location of two electric current sensors with respect to main power wires in an exemplary sensing device in accordance with one embodiment; and in FIG. 24 is a graph comparing predicted current versus measured currents for the electric current sensors of FIG. 23.
Для простоты и наглядности иллюстрации на фигурах графических материалов иллюстрируют общий принцип построения, а описания и детали хорошо известных признаков и методик могут быть упущены во избежание ненужного усложнения для понимания изобретения. Кроме того, элементы на фигурах графических материалов не обязательно начерчены в масштабе. Например, размеры некоторых из элементов на фигурах могут быть преувеличенными относительно других элементов, чтобы помочь пониманию вариантов осуществления настоящего изобретения. Одинаковые элементы на разных фигурах обозначены одинаковыми позициями.For simplicity and clarity, the illustrations in the figures of the drawings illustrate the general principle of construction, and descriptions and details of well-known features and techniques may be omitted to avoid unnecessarily complicating the understanding of the invention. In addition, elements in the figures in the graphics are not necessarily drawn to scale. For example, the dimensions of some of the features in the figures may be exaggerated relative to other features to aid understanding of embodiments of the present invention. Identical elements in different figures are designated with the same reference numbers.
Выражения первый, второй, третий, четвертый и т.п. в соответствующих числе, роде и падеже в описании и формуле изобретения, если таковые встречаются, используются для проведения различия между подобными элементами и не обязательно для описания конкретного последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что выражения, используемые таким образом, в соответствующих обстоятельствах являются взаимозаменяемыми, так что варианты осуществления, описанные в данном документе, могут, например, быть в состоянии работать в последовательностях, отличных от проиллюстрированных или иным образом описанных в данном документе. Кроме того, выражения содержать и иметь в соответствующих числе, роде и падеже предназначены охватывать неисключающее включение; так, например, процесс, способ, система, изделие, устройство или аппарат, который (которая или которое) содержит некоторый перечень элементов, не обязательно ограничивается этими элементами, а может содержать другие элементы, определенным образом не перечисленные или присущие этому процессу, способу, системе, изделию, устройству или аппарату.Expressions first, second, third, fourth, etc. in the appropriate number, gender and case in the description and the claims, if any, are used to distinguish between like elements and not necessarily to describe a specific sequential or chronological order. It should be understood that expressions used in this manner are, in appropriate circumstances, interchangeable so that embodiments described herein may, for example, be able to operate in sequences other than those illustrated or otherwise described herein. In addition, expressions to contain and be in appropriate number, gender, and case are intended to cover non-exclusive inclusion; so, for example, a process, method, system, product, device or apparatus, which (which or which) contains a certain list of elements, is not necessarily limited to these elements, but may contain other elements not specifically listed or inherent in this process, method, system, product, device or apparatus.
Выражения левый, правый, передний, задний, верхний, нижний, над, под и т.п. в соответствующих числе, роде и падеже в описании и формуле изобретения, если таковые встречаются, используются в описательных целях и вовсе не обязательно для описания постоянных относительных положений. Следует понимать, что выражения, используемые таким образом, в соответствующих обстоятельствах, являются взаимозаменяемыми, так что варианты осуществления, описанные в данном документе, могут, например, быть в состоянии работать в иных ориентациях, нежели проиллюстрировано или иным образом описано в данном документе.Expressions left, right, front, back, top, bottom, above, below, etc. in the corresponding number, gender and case in the description and the claims, if any, are used for descriptive purposes and not necessarily to describe constant relative provisions. It should be understood that expressions used in this manner, in appropriate circumstances, are interchangeable so that embodiments described herein may, for example, be able to operate in orientations other than those illustrated or otherwise described herein.
Выражения связывать, связанный, связывает, связь и т.п. в соответствующих числе, роде иExpressions bind, bound, bind, link, etc. in the appropriate number, gender and
- 2 037144 падеже следует понимать широко, и они относятся к соединению двух или более элементов или сигналов электрически, механически и(или) иным образом. Два или более электрических элемента могут быть связанными электрически, но не механически или иным образом; два или более механических элемента могут быть связанными механически, но не электрически или иным образом; два или более электрических элемента могут быть связанными механически, но не электрически или иным образом. Связь может быть любой продолжительности по времени, например постоянной, или полупостоянной, или лишь на мгновение.- 2 037144 should be understood broadly and refer to the connection of two or more elements or signals electrically, mechanically and / or otherwise. Two or more electrical elements can be connected electrically, but not mechanically or otherwise; two or more mechanical elements may be connected mechanically, but not electrically or otherwise; two or more electrical elements can be connected mechanically, but not electrically or otherwise. The connection can be of any duration in time, for example, permanent, or semi-permanent, or only for a moment.
Электрическую связь и т.п. следует понимать широко, и она содержит связь, включающую любой электрический сигнал, будь-то сигнал мощности, сигнал данных и(или) другие типы или комбинации электрических сигналов. Механическая связь и т.п. следует понимать широко, и она содержит механическую связь всех типов.Electrical connection, etc. is to be understood broadly and includes communications including any electrical signal, be it a power signal, a data signal, and / or other types or combinations of electrical signals. Mechanical connection, etc. is to be understood broadly and contains mechanical linkages of all types.
Отсутствие слова разъемно, разъемный и т.п. возле слова связанный и т.п. не означает, что данное соединение и т.п. является или не является разъемным.The absence of a word is detachable, detachable, etc. next to the word connected, etc. does not mean that a given compound, etc. is or is not detachable.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Некоторые варианты осуществления могут относиться к способу использования устройства для измерения потребления энергии. Устройство для измерения потребления энергии может быть механически связано с поверхностью коробки автоматического выключателя, расположенной поверх по меньшей мере части одного или нескольких главных проводов электроснабжения для электрической инфраструктуры сооружения. Способ может содержать определение одного или нескольких первых показаний магнитного поля от одного или нескольких главных проводов электроснабжения при помощи одного или нескольких датчиков в устройстве для измерения потребления энергии; связывание электрическим путем первой калибровочной нагрузки с силовой электрической инфраструктурой после определения одного или нескольких первых показаний магнитного поля; определение одного или нескольких вторых показаний магнитного поля от одного или нескольких главных проводов электроснабжения при помощи одного или нескольких датчиков в устройстве для измерения потребления энергии, пока первая калибровочная нагрузка остается электрически связанной с силовой электрической инфраструктурой; калибровку устройства для измерения потребления энергии с использованием, по меньшей мере частично, одного или нескольких первых показаний магнитного поля и одного или нескольких вторых показаний магнитного поля; определение одного или нескольких третьих показаний магнитного поля от одного или нескольких главных проводов электроснабжения при помощи одного или нескольких датчиков в устройстве для измерения потребления энергии после калибровки устройства для измерения потребления энергии; и определение электрической энергии, потребляемой силовой электрической инфраструктурой сооружения, с использованием, по меньшей мере частично, одного или нескольких третьих показаний магнитного поля и одного или нескольких калибровочных коэффициентов. Калибровка устройства для измерения потребления энергии может содержать определение одного или нескольких первых калибровочных коэффициентов для устройства для измерения потребления энергии с использованием, по меньшей мере частично, одного или нескольких первых показаний магнитного поля и одного или нескольких вторых показаний магнитного поля.Some embodiments may relate to a method of using a device for measuring energy consumption. The device for measuring energy consumption may be mechanically coupled to the surface of the circuit breaker box located on top of at least a portion of one or more main power supply conductors for the electrical infrastructure of the structure. The method may comprise determining one or more first readings of a magnetic field from one or more main power supply wires using one or more sensors in a device for measuring energy consumption; electrically binding the first calibration load to the power electrical infrastructure after one or more first readings of the magnetic field have been determined; determining one or more second magnetic field readings from one or more main power supply wires using one or more sensors in the power consumption meter while the first calibration load remains electrically connected to the power electrical infrastructure; calibrating the device for measuring energy consumption using, at least in part, one or more of the first readings of the magnetic field and one or more of the second readings of the magnetic field; determining one or more third magnetic field readings from one or more main power supply wires using one or more sensors in the energy consumption measuring device after calibrating the energy consumption measuring device; and determining the electrical energy consumed by the power electrical infrastructure of the structure using, at least in part, one or more third magnetic field readings and one or more calibration factors. Calibrating the device for measuring energy consumption may comprise determining one or more first calibration coefficients for the device for measuring energy consumption using, at least in part, one or more first readings of the magnetic field and one or more second readings of the magnetic field.
Другие варианты осуществления могут относиться к способу калибровки сенсорного устройства магнитного поля. Сенсорное устройство магнитного поля связано с первой поверхностью коробки автоматического выключателя. Коробка автоматического выключателя расположена поверх силовой электрической инфраструктуры здания. Силовая электрическая инфраструктура имеет первую фазовую ветвь и вторую фазовую ветвь. Сенсорное устройство магнитного поля может содержать два или более датчиков магнитного поля. Способ может содержать определение первой амплитуды и первого угла сдвига фаз первого магнитного поля в двух или более датчиках магнитного поля сенсорного устройства магнитного поля; получение сообщений о том, что первая нагрузка связана с первой фазовой ветвью силовой электрической инфраструктуры; определение второй амплитуды и второго угла сдвига фаз второго магнитного поля в двух или более датчиках магнитного поля сенсорного устройства магнитного поля, пока первая нагрузка связана с первой фазовой ветвью; получение сообщений о том, что вторая нагрузка связана со второй фазовой ветвью силовой электрической инфраструктуры; определение третьей амплитуды и третьего угла сдвига фаз третьего магнитного поля в двух или более датчиках магнитного поля сенсорного устройства магнитного поля, пока вторая нагрузка связана со второй фазовой ветвью; и определение одного или нескольких калибровочных коэффициентов для сенсорного устройства магнитного поля, по меньшей мере частично, с использованием первой амплитуды и первого угла сдвига фаз первого магнитного поля в двух или более датчиках магнитного поля, второй амплитуды и второго угла сдвига фаз второго магнитного поля в двух или более датчиках магнитного поля, и третьей амплитуды и третьего угла сдвига фаз третьего магнитного поля в двух или более датчиках магнитного поля.Other embodiments may relate to a method for calibrating a magnetic field sensor device. The magnetic field sensing device is associated with the first surface of the circuit breaker box. The circuit breaker box is located on top of the building's power electrical infrastructure. The power electrical infrastructure has a first phase branch and a second phase branch. The magnetic field sensor device may comprise two or more magnetic field sensors. The method may comprise determining a first amplitude and a first phase angle of a first magnetic field in two or more magnetic field sensors of a magnetic field sensor device; receiving messages that the first load is associated with the first phase branch of the power electrical infrastructure; determining a second amplitude and a second phase angle of the second magnetic field in two or more magnetic field sensors of the magnetic field sensor device while the first load is associated with the first phase arm; receiving messages that the second load is associated with the second phase branch of the power electrical infrastructure; determining a third amplitude and a third phase angle of the third magnetic field in two or more magnetic field sensors of the magnetic field sensor device while the second load is associated with the second phase arm; and determining one or more calibration coefficients for the magnetic field sensor device, at least in part, using the first amplitude and the first phase angle of the first magnetic field in two or more magnetic field sensors, the second amplitude and the second phase angle of the second magnetic field in two or more magnetic field sensors, and a third amplitude and third phase angle of the third magnetic field in two or more magnetic field sensors.
Дополнительные варианты могут относиться к системе контроля потребления электрической энергии в силовой электрической инфраструктуре здания. Здание содержит коробку автоматического выключателя и провода электроснабжения силовой электрической инфраструктуры здания. Система может содержать: (а) устройство для измерения потребления энергии, предназначенное для связи с первой поверхностью коробки автоматического выключателя, причем коробка автоматического выключателя расAdditional options may relate to a system for monitoring the consumption of electrical energy in the power electrical infrastructure of the building. The building contains the circuit breaker box and the power supply wires of the building's power electrical infrastructure. The system may comprise: (a) a device for measuring energy consumption for communication with the first surface of the circuit breaker box, the circuit breaker box being distributed
- 3 037144 положена поверх по меньшей мере части проводов электроснабжения силовой электрической инфраструктуры, причем устройство для измерения потребления энергии имеет один или несколько датчиков магнитного поля; (b) первое калибровочное устройство, предназначенное для электрической связи с силовой электрической инфраструктурой, причем первый калибровочный модуль содержит одну или несколько первых калибровочных нагрузок; и (с) калибровочный модуль, предназначенный для прогона в первом процессоре и предназначенный, по меньшей мере, для частичной калибровки устройства для измерения потребления энергии с использованием данных, полученных от одного или нескольких датчиков магнитного поля устройства для измерения потребления энергии. Устройство для измерения потребления энергии может конструктивно исполняться для получения по меньшей мере части данных, пока по меньшей мере одна или несколько первых калибровочных нагрузок электрически связаны с силовой электрической инфраструктурой, и пока устройство для измерения потребления энергии связано с первой поверхностью коробки автоматического выключателя.- 3 037144 is laid on top of at least part of the power supply wires of the power electrical infrastructure, and the device for measuring energy consumption has one or more magnetic field sensors; (b) a first calibration device for electrically communicating with the power electrical infrastructure, the first calibration module comprising one or more first calibration loads; and (c) a calibration module for running on the first processor and for at least partially calibrating the power consumption measuring device using data from one or more magnetic field sensors of the power consumption measuring device. The energy consumption measuring device can be configured to acquire at least a portion of the data while at least one or more of the first calibration loads are electrically connected to the power electrical infrastructure and while the energy consumption measuring device is connected to the first surface of the circuit breaker box.
В еще одних дополнительных вариантах осуществления сенсорное устройство магнитного поля может содержать: (а) по меньшей мере два датчика магнитного поля, предназначенных для обнаружения магнитного поля в токонесущем проводе; (b) фазовый детектор, электрически связанный с выходами по меньшей мере двух датчиков магнитного поля; и (с) фазоуказатель, электрически связанный с фазовым детектором. Фазоуказатель может содержать дисплей, указывающий на то, когда по меньшей мере два датчика магнитного поля находятся в заданном положении относительно токонесущего провода.In still further embodiments, the magnetic field sensing device may comprise: (a) at least two magnetic field sensors for detecting a magnetic field in a current-carrying wire; (b) a phase detector electrically coupled to the outputs of at least two magnetic field sensors; and (c) a phase indicator electrically coupled to the phase detector. The phase indicator may include a display indicating when at least two magnetic field sensors are in a predetermined position relative to the current carrying wire.
На фиг. 1 проиллюстрирован вид примерной системы контроля электрической энергии 100, подключенной к щиту автоматических выключателей 190, в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема системы контроля электрической энергии 100 в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг. 3 проиллюстрирован разрез щита автоматических выключателей 190 по линии 3-3 в соответствии с первым вариантом осуществления.FIG. 1 illustrates a view of an exemplary electrical energy monitoring system 100 connected to a circuit breaker board 190 in accordance with a first embodiment. FIG. 2, a block diagram of an electrical power monitoring system 100 is illustrated in accordance with the first embodiment. FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of a circuit breaker board 190 taken along line 3-3 in accordance with the first embodiment.
Систему контроля электрической энергии 100 можно рассматривать и как систему для контроля потребления электрической энергии в сооружении (т.е. здании). Систему контроля электрической энергии 100 можно также рассматривать как устройство и систему для определения прогнозируемого тока, потребляемого одним или несколькими электрическими устройствами (т.е. нагрузкой) в сооружении. Система контроля электрической энергии 100 является лишь примерной и не ограничивается вариантами осуществления, описанными в данном документе. Система контроля электрической энергии 100 может использоваться во многих отличных вариантах осуществления или примерах, конкретно не показанных или не описанных в данном документе.The electrical energy control system 100 can also be viewed as a system for monitoring the consumption of electrical energy in a structure (i.e., a building). The electrical energy monitoring system 100 can also be viewed as a device and system for determining the predicted current consumed by one or more electrical devices (ie, a load) in a structure. The electrical energy monitoring system 100 is exemplary only and is not limited to the embodiments described herein. The electrical energy monitoring system 100 can be used in many different embodiments or examples not specifically shown or described herein.
В некоторых примерах система контроля электрической энергии 100 может содержать: (а) по меньшей мере одно сенсорное устройство 110 (т.е. устройство для измерения потребления энергии), (b) по меньшей мере один вычислительный блок 120 и (с) по меньшей мере одно калибровочное устройство 180.In some examples, the electrical energy monitoring system 100 may comprise: (a) at least one sensor device 110 (i.e., a device for measuring energy consumption), (b) at least one computing unit 120, and (c) at least one one calibration device 180.
В некоторых примерах систему 100 можно применять на щитах выключателей от разных предприятий-изготовителей и на разных типах щитов выключателей от одного предприятия-изготовителя. Кроме того, в некоторых примерах систему 100 может легко установить неподготовленное лицо (т.е. не электрик) без открытия коробки щита выключателей и обнажения неизолированных силовых электрических проводов внутри него.In some examples, system 100 can be applied to switchboards from different manufacturers and to different types of switchboards from the same manufacturer. In addition, in some examples, the system 100 can be easily installed by an untrained person (i.e., non-electrician) without opening the switch cabinet and exposing the bare electrical power wires within it.
Также, как показано на фиг. 1, обычная коробка выключателей или щит автоматических выключателей 190 может содержать: (а) два или более индивидуальных автоматических выключателей 191, (b) два или более главных автоматических выключателей 192, (с) щит 196 с наружной поверхностью и (d) дверцу 197, обеспечивающую доступ к автоматическим выключателям 191 и 192. Внутри щита автоматических выключателей 190 может находиться, по меньшей мере, доля главных силовых электрических проводов 193, 194 и 195. Щит автоматических выключателей может относиться (и содержать их) к блокам плавких предохранителей, которые по-прежнему являются обычными в зданиях с более старыми электрическими системами. Силовая электрическая инфраструктура сооружения может содержать, по меньшей мере, щит автоматических выключателей 190 и главные силовые электрические провода 193, 194 и 195. В некоторых примерах щиты автоматических выключателей могут также относиться к любому типу электрических распределительных щитов, используемых для электроснабжения сооружения.Also, as shown in FIG. 1, a conventional switch box or circuit breaker panel 190 may comprise: (a) two or more individual circuit breakers 191, (b) two or more main circuit breakers 192, (c) an outer panel 196, and (d) a door 197, providing access to the circuit breakers 191 and 192. Inside the circuit breaker board 190 there may be at least a portion of the main power wires 193, 194, and 195. The circuit breaker board may be (and contain) fuse boxes that are still common in buildings with older electrical systems. The structure's electrical power infrastructure may include at least a circuit breaker panel 190 and main power wires 193, 194, and 195. In some examples, the circuit breaker panels may also refer to any type of electrical distribution panel used to power the structure.
Главные силовые электрические провода 193, 194 и 195 электрически связаны с главными автоматическими выключателями 192 и подают электрическую энергию в электрические устройства (т.е, на нагрузку) в сооружении. Щит 196 находится поверх по меньшей мере части главных силовых электрических проводов 193, 194 и 195 и соответствующей разводки проводов для защиты людей от случайного касания этих находящихся под напряжением силовых электрических проводов. Обычно щит 196 состоит из стали или иного металла.The main power wires 193, 194 and 195 are electrically connected to the main circuit breakers 192 and supply electrical energy to the electrical devices (i.e., the load) in the structure. A shield 196 is positioned over at least a portion of the main power wires 193, 194, and 195 and associated wiring to protect people from accidentally touching these energized power wires. Usually shield 196 consists of steel or other metal.
Дверца 197 закрывает автоматические выключатели 191 и 192 и. как правило, закрыта по эстетическим соображениям, но может открываться для обеспечения доступа к рычажкам автоматических выключателей 191 и 192 внутри щита автоматических выключателей 190. Как показано на фиг. 3, когда дверца 197 закрыта, зона 398 щита имеет глубину 399 зоны щита. Глубина 399 зоны щита, как правило, составляет 13-20 мм, что позволяет дверце 197 закрываться без ударения по рычажкам 189 автоматичеDoor 197 covers circuit breakers 191 and 192 and. is generally closed for aesthetic reasons, but can be opened to provide access to the arms of the circuit breakers 191 and 192 within the circuit breaker cabinet 190. As shown in FIG. 3, when door 197 is closed, shield zone 398 has a shield zone depth 399. The depth 399 of the shield zone is usually 13-20 mm, which allows the door 197 to close without hitting the levers 189 automatically
- 4 037144 ских выключателей. Глубина 399 зоны щита ограничивает допустимую толщину сенсорного устройства 110, установленного в зоне 398 щита. То есть в различных примерах сенсорное устройство 110 может соответствовать глубине 399 зоны щита, и при этом дверцу щита выключателей можно держать закрытой, пока работает сенсорное устройство 110. Во многих примерах сенсорное устройство 110 имеет глубину менее 20 мм. В одних и тех же или разных примерах сенсорное устройство 110 может иметь глубину менее 13 мм.- 4 037144 switches. The depth 399 of the shield zone limits the allowable thickness of the sensor device 110 installed in the zone 398 of the shield. That is, in various examples, the sensor device 110 may correspond to the depth 399 of the shield zone, and the switch cabinet door may be kept closed while the sensor device 110 is operating. In many examples, the sensor device 110 has a depth of less than 20 mm. In the same or different examples, the sensor device 110 may have a depth of less than 13 mm.
Электроснабжение жилых и небольших административных зданий обычно представляет собой энергоснабжение по схеме с расщепленной фазой с напряжением 240 В. Речь идет об электросистеме общего пользования, в которой обеспечиваются два исходящих провода переменного тока в 120 В (например, силовые провода 193 и 194), сдвинутые по фазе на 180°, наряду с нейтральным проводом (например, силовым проводом 195), который можно применять для обратного тока из любого из силовых проводов 193 или 194. Силовые провода 193, 194 и 195 - это фидерные или главные электрические силовые провода, несущие входящую энергию из электросистемы общего пользования перед расщеплением на ответвления, подающие энергию на разные нагрузки. Считывая магнитные поля, создаваемые силовыми проводами 193, 194 и 195, система 100 может считывать общий ток, потребляемый всеми нагрузками из электросистемы общего пользования, поскольку все нагрузки в сооружении подключены параллельно к силовым проводам 193, 194 и(или) 195.The power supply for residential and small office buildings is usually a split-phase power supply of 240V. This is a public electrical system that provides two 120V AC outgoing wires (for example, power wires 193 and 194), shifted along phase 180 °, along with a neutral wire (for example, power wire 195), which can be used to reverse current from any of the power wires 193 or 194. Power wires 193, 194 and 195 are feeder or main electrical power wires carrying the incoming energy from the public electrical system before splitting into branches supplying energy to different loads. By reading the magnetic fields generated by power wires 193, 194, and 195, system 100 can read the total current drawn by all loads from the public electrical system since all loads in the structure are connected in parallel to power wires 193, 194, and / or 195.
В США в сооружении с энергоснабжением по схеме с расщепленной фазой с напряжением в 240 В из электросистемы общего пользования находится много разных типов электрических нагрузок. Электрические нагрузки можно разбить на две категории нагрузок: (а) нагрузки в 120 В и (b) нагрузки в 240 В.In the United States, a structure with a split-phase 240 volt power supply from the public electrical system contains many different types of electrical loads. Electrical loads can be classified into two load categories: (a) 120 V loads and (b) 240 V loads.
Нагрузки в 120 В могут, главным образом, содержать нагрузки более низкой мощности, т.е. нагрузки, подключаемые к стандартным 3-штырьковым розеткам на 120 В и 15 А или 120 В и 20 А, и небольшие электробытовые приборы с мощностью менее ~2 кВт. Эти нагрузки связываются проводами в отдельные схемы между парой силовых проводов 193 и 195 (первая фазовая ветвь или плечо 193-195 схемы проводки) или парой силовых проводов 194 и 195 (вторая фазовая ветвь или плечо 194-195 схемы проводки). При выполнении проводки электрики пытаются уравновесить ожидаемую мощность нагрузок и розеток в каждом плече, но этот процесс неточный, и поэтому токи в плече 193-195 и плече 194-195 наверняка неуравновешены, поскольку из каждой пары обычно потребляется разная мощность. При включении нагрузки в 120 В ее ток протекает из электросистемы общего пользования по силовому проводу 193 или 194 через главный и индивидуальный автоматические выключатели к нагрузке, а затем обратно в силовой провод 195 и обратно в электросистему общего пользования.Loads of 120 V can mainly contain loads of lower power, i. E. loads connected to standard 3-pin 120V and 15A or 120V and 20A outlets, and small household appliances less than ~ 2 kW. These loads are wired into separate circuits between a pair of power wires 193 and 195 (first phase leg or arm 193-195 of the wiring diagram) or a pair of power wires 194 and 195 (second phase leg or arm 194-195 of the wiring diagram). When wiring, electricians try to balance the expected wattage of the loads and outlets in each arm, but this process is imprecise, and therefore the currents in arm 193-195 and arm 194-195 are probably unbalanced, since different power is usually drawn from each pair. When the 120 V load is turned on, its current flows from the public electrical system through the power wire 193 or 194 through the main and individual circuit breakers to the load, and then back to the power wire 195 and back to the public electrical system.
Нагрузки в 240 В - это, как правило, крупные электробытовые приборы (например, электросушилка, печь, компрессор кондиционера, электронагреватели пола), потребляющие более 2 кВт. В этом случае ток нагрузки протекает между силовыми проводами 193 и 194 и никакой ток нагрузки не протекает в силовой провод 195. Из-за сдвига по фазе на 180° между напряжениями силовых проводов 193 и 194 общее напряжение равно 240 В.240V loads are typically large electrical appliances (e.g. electric dryer, oven, air conditioning compressor, electric floor heaters) that consume more than 2 kW. In this case, the load current flows between the power wires 193 and 194 and no load current flows into the power wire 195. Due to the 180 ° phase shift between the voltages of the power wires 193 and 194, the total voltage is 240 V.
При ссылке снова на фиг. 1 и 2 вычислительный блок 120 может содержать: (а) модуль связи 221, (b) модуль обработки 222, (с) источник питания 223 с электрическим разъемом 128, (d) устройство связи с пользователем 134, (е) контроллер 225, (f) запоминающее устройство 226, (g) модуль калибровочной нагрузки 227, (h) модуль калибровочных расчетов 229, (i) механизм управления 132 и (j) датчик электрического напряжения 228.Referring back to FIG. 1 and 2, computing unit 120 may comprise: (a) communication module 221, (b) processing module 222, (c) power supply 223 with electrical connector 128, (d) user communication device 134, (e) controller 225, ( f) memory 226, (g) calibration load module 227, (h) calibration calculation module 229, (i) control mechanism 132, and (j) voltage sensor 228.
Вычислительный блок 120 может конструктивно исполняться для приема выходного сигнала из калибровочного устройства 180 и(или) сенсорного устройства 110 через модуль связи 221 и обработки выходного сигнала для определения одного или нескольких параметров, связанных с потреблением электрической энергии в сооружении (например, электрическая энергия, потребляемая сооружением, и электрический ток в главных силовых электрических проводах 193, 194 и 195). В некоторых вариантах осуществления вычислительным блоком 120 может быть персональный компьютер (ПК).Computing unit 120 may be configured to receive an output signal from calibration device 180 and / or sensor device 110 via communication module 221 and process the output signal to determine one or more parameters associated with electrical energy consumption in a structure (e.g., electrical energy consumed structure, and electric current in the main power electrical wires 193, 194 and 195). In some embodiments, computing unit 120 may be a personal computer (PC).
Контроллером 225 может быть микроконтроллер, такой как микроконтроллер MSP430, производимый компанией Texas Instruments, Inc. В другом варианте осуществления контроллером 225 является процессор обработки цифровых сигналов (ПОЦС), такой как процессор обработки цифровых сигналов TMS320VC5505, производимый компанией Texas Instruments, Inc., или процессор обработки цифровых сигналов Blackfin, производимый компанией Analog Devices, Inc.Controller 225 may be a microcontroller such as the MSP430 microcontroller manufactured by Texas Instruments, Inc. In another embodiment, controller 225 is a digital signal processor (DSP) such as a TMS320VC5505 digital signal processor manufactured by Texas Instruments, Inc. or a Blackfin digital signal processor manufactured by Analog Devices, Inc.
Модуль обработки 222 может конструктивно исполняться для использования результатов измерения тока из сенсорного устройства 110 для определения одного или нескольких параметров, связанных с потреблением электрической энергии в сооружении (например, электрический ток и электрическая мощность главных силовых электрических проводов 193, 194 и 195). Как будет объяснено ниже, модуль калибровочных расчетов 229 может конструктивно исполняться для использования результатов измерения тока из сенсорного устройства 110 для калибровки системы контроля электрической энергии 100 (например, для расчета калибровочных коэффициентов для сенсорного устройства 110).Processing module 222 may be configured to use current measurements from sensor device 110 to determine one or more parameters associated with electrical energy consumption in a structure (eg, electrical current and electrical power from main power wires 193, 194, and 195). As will be explained below, the calibration calculation module 229 may be configured to use the current measurements from the sensor device 110 to calibrate the electrical energy monitoring system 100 (eg, to calculate the calibration coefficients for the sensor device 110).
В некоторых примерах модуль обработки 222 и модуль калибровочных расчетов 229 могут храниться в запоминающем устройстве 226 и конструктивно исполняться для прогона в контроллере 225.In some examples, processing module 222 and calibration calculation module 229 may be stored in memory 226 and constructively executed for run in controller 225.
- 5 037144- 5 037144
Когда вычислительный блок 120 находится в действии, контроллер 225 выполняет команды программы (например, модуль обработки 222 и(или) модуль калибровочных расчетов 229), хранящиеся в запоминающем устройстве 226. Доля команд программы, хранящихся в запоминающем устройстве 226, может подходить для осуществления способов 1800 и 2000 (фиг. 18 и 20 соответственно), как описано ниже.When computing unit 120 is in operation, controller 225 executes program instructions (e.g., processing module 222 and / or calibration module 229) stored in memory 226. The proportion of program instructions stored in memory 226 may be suitable for performing methods 1800 and 2000 (FIGS. 18 and 20, respectively), as described below.
Модуль калибровочной нагрузки 227 может содержать одну или несколько калибровочных нагрузок. Как будет объяснено ниже, одна или несколько калибровочных нагрузок могут быть временно электрически связанными, например, с первой фазовой ветвью силовой электрической инфраструктуры сооружения, чтобы помочь откалибровать систему контроля электрической энергии 100.Calibration load module 227 may contain one or more calibration loads. As will be explained below, one or more calibration loads may be temporarily electrically coupled, for example, to the first phase leg of the structure's power electrical infrastructure to help calibrate the electrical energy monitoring system 100.
В некоторых примерах устройство связи с пользователем 134 и механизм управления 132 могут быть отсоединяемыми от остальной части вычислительного блока 120 и могут без проводов сообщаться с остальной частью вычислительного блока 120.In some examples, user communications device 134 and control mechanism 132 may be detachable from the rest of computing unit 120 and may wirelessly communicate with the rest of computing unit 120.
Датчик электрического напряжения 228 можно применять для определения амплитуды и угла сдвига фаз напряжения по силовой электрической инфраструктуре. Охватывающий угол сдвига фаз тока равен углу сдвига фаз, измеренному датчиком электрического тока 211, из которого вычли угол сдвига фаз напряжения, измеренный с помощью датчика электрического напряжения 228. То есть угол сдвига фаз тока можно рассчитать относительно точки пересечения нуля напряжения.Voltage transducer 228 can be used to determine the amplitude and phase angle of the voltage from the power electrical infrastructure. The sweeping current phase angle is equal to the phase angle measured by the electric current sensor 211, from which the voltage phase angle measured by the voltage sensor 228 was subtracted. That is, the phase angle of the current can be calculated relative to the voltage zero crossing point.
В некоторых примерах сенсорное устройство 110 может сообщать результат измерения тока, выполненного датчиками электрического тока 211, в блок вычислений 120 так, что может быть рассчитан угол сдвига фаз тока. В других примерах вычислительное устройство 120 может сообщать результат измерения напряжения, выполненного датчиком электрического напряжения 228, в сенсорное устройство 110 так, что может быть рассчитан угол сдвига фаз тока. В других примерах датчик электрического напряжения 228 может находиться в калибровочном устройстве 180.In some examples, the sensor device 110 may report the current measurement made by the electric current sensors 211 to the calculator 120 so that the phase angle of the current can be calculated. In other examples, computing device 120 may report a voltage measurement made by voltage sensor 228 to sensor device 110 so that current phase angle can be calculated. In other examples, voltage sensor 228 may be located in calibrator 180.
Источник питания 223 может подавать электрическую энергию на модуль связи 221, на модуль обработки 222, на устройство связи с пользователем 134, на контроллер 225, на запоминающее устройство 226, на модуль калибровочной нагрузки 227 и(или) на механизм управления 132. В некоторых примерах источник питания 223 может быть связан с электрическим разъемом 128, который может быть связан с электрической настенной розеткой силовой электрической инфраструктуры.Power supply 223 may provide electrical power to communication module 221, processing module 222, user communication device 134, controller 225, memory 226, calibration load module 227, and / or control mechanism 132. In some examples power supply 223 may be associated with an electrical connector 128 that may be associated with a power electrical infrastructure electrical wall outlet.
Устройство связи с пользователем 134 может конструктивно исполняться для отображения информации пользователю. В одном из примеров устройством связи с пользователем 134 могут быть монитор, сенсорный экран и(или) один или несколько светодиодов (светоизлучающих диодов).User communication device 134 may be structurally implemented to display information to a user. In one example, the communication device 134 may be a monitor, a touch screen, and / or one or more LEDs (Light Emitting Diodes).
Механизм управления 132 может содержать одну или несколько кнопок, конструктивно исполненных для, по меньшей мере, частичного управления вычислительным блоком 120 или, по меньшей мере, устройством связи с пользователем 134. В одном из примеров механизм управления 132 может содержать переключатель электропитания (т.е. переключатель включено-выключено) и/или переключатель дисплея, предназначенный для управления, что отображается на устройстве связи с пользователем 134.The control mechanism 132 may include one or more buttons configured to at least partially control the computing unit 120 or at least a device for communicating with the user 134. In one example, the control mechanism 132 may include a power switch (i.e. on / off switch) and / or a display switch for control, which is displayed on the user communication device 134.
При ссылке по-прежнему на фиг. 1 и 2 сенсорное устройство 110 может содержать: (а) два или более датчиков магнитного поля или датчиков электрического тока 211, (b) контроллер 213, (с) модуль связи с пользователем 214, (d) модуль связи 215, (е) источник питания 216 и (f) связующий механизм 219. Контроллер 213 можно применять для управления датчиками электрического тока 211, модулем связи с пользователем 214, модулем связи 215 и источником питания 216.Referring still to FIG. 1 and 2, the sensor device 110 may comprise: (a) two or more magnetic field sensors or electric current sensors 211, (b) a controller 213, (c) a communication module with a user 214, (d) a communication module 215, (e) a source power supply 216 and (f) linkage mechanism 219. Controller 213 may be used to control current sensors 211, user communications module 214, communications module 215, and power supply 216.
Датчики электрического тока 211 могут содержать индуктивный датчик, датчик на эффекте Холла, магниторезистивный датчик или любой иной тип датчика, конструктивно исполненный для реагирования на изменяющееся во времени магнитное поле, создаваемое проводами внутри щита автоматических выключателей 190.Electric current sensors 211 may include an inductive sensor, a Hall effect sensor, a magnetoresistive sensor, or any other type of sensor designed to respond to the time-varying magnetic field generated by the wires inside the switchboard 190.
В разных примерах сенсорное устройство 110 может конструктивно исполняться для связи с поверхностью щита 190 с помощью связующего механизма 219. В некоторых примерах связующий механизм 219 может содержать клей, материал Velcro®, магнит или иной механизм прикрепления.In various examples, the sensor device 110 may be configured to communicate with the surface of the shield 190 via the link mechanism 219. In some examples, the link mechanism 219 may comprise an adhesive, Velcro® material, a magnet, or other attachment mechanism.
Модуль связи 215 может быть электрически связан с датчиками электрического тока 211 и контроллером 213. В некоторых примерах модуль связи 215 сообщает напряжения или другие параметры, измеренные с помощью датчиков электрического тока 211, в модуль связи 221 вычислительного блока 120. Во многих примерах модуль связи 215 и модуль связи 221 могут быть беспроводными приемопередатчиками. В некоторых примерах электрические сигналы могут передаваться с использованием технологии WI-FI (точная беспроводная передача данных), протокола беспроводной связи 802.11 IEEE (Института инженеров электротехнической и электронной промышленности) или протокола беспроводной связи Bluetooth 3.0+HS (High Speed - высокая скорость). В дополнительных примерах эти сигналы могут передаваться с использованием Zigbee (протокола беспроводной связи IEEE 802.15.4), Z-Wave или патентованного стандарта беспроводной связи. В других примерах модуль связи 215 и модуль связи 221 могут передавать электрические сигналы с использованием сотовой или проводной связи.Communication module 215 may be electrically coupled to current sensors 211 and controller 213. In some examples, communication module 215 communicates voltages or other parameters measured by electric current sensors 211 to communication module 221 of computing unit 120. In many examples, communication module 215 and communication module 221 can be wireless transceivers. In some examples, electrical signals may be transmitted using WI-FI (Wireless Precision), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 wireless communications, or Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) wireless communications. In additional examples, these signals may be transmitted using Zigbee (IEEE 802.15.4 wireless protocol), Z-Wave, or a proprietary wireless standard. In other examples, communications module 215 and communications module 221 may transmit electrical signals using cellular or wired communications.
Модуль связи с пользователем 214 может конструктивно исполняться для отображения информации пользователю. В одном из примеров модулем связи с пользователем 214 может быть ЖКД (жидкокристаллический дисплей) и(или) один или несколько светодиодов (светоизлучающих диодов).User communication module 214 may be constructively executed to display information to a user. In one example, the user communication module 214 may be an LCD (liquid crystal display) and / or one or more LEDs (light emitting diodes).
Контроллер 213 может конструктивно исполняться для управления датчиками электрического токаController 213 can be configured to control electric current sensors
- 6 037144- 6 037144
211, модулем связи 215, модулем связи с пользователем 214 и(или) источником питания 216.211, communications module 215, user communications module 214, and / or power supply 216.
Калибровочное устройство 180 может содержать: (а) модуль связи 281, (b) электрический разъем 282, (с) модуль калибровочной нагрузки 283, (d) устройство связи с пользователем 184, (е) контроллер 285 и (f) источник питания 289. В некоторых примерах модуль связи 281 может быть подобным или таким же, как модуль связи 215 и/или 221. Электрический разъем 282 может представлять собой электрическую силовую вилку в некоторых примерах. Устройство связи с пользователем 184 может конструктивно исполняться для отображения информации пользователю. В одном из примеров устройством связи с пользователем 184 могут быть один или несколько светодиодов.Calibration device 180 may comprise: (a) communication module 281, (b) electrical connector 282, (c) calibration load module 283, (d) user communication device 184, (e) controller 285, and (f) power supply 289. In some examples, communications module 281 may be the same or the same as communications module 215 and / or 221. Electrical connector 282 may be an electrical power plug in some examples. User communication device 184 may be structurally implemented to display information to a user. In one example, communication device 184 may be one or more LEDs.
По закону Ампера, токонесущие провода создают магнитные поля, как показано на фиг. 4. То есть магнитное поле, создаваемое данным проводом, представляет собой трехмерное векторное поле, которое можно разложить на составляющие по каждой из осей X, Y и Z. В системе переменного тока эти магнитные поля изменяются во времени по величине, но поддерживают неизменным угол вектора относительно начала координат. Таким образом, при ссылке на ось X, например, поле может в любой момент времени быть направленным в направлении +Х или в направлении -X, когда переменный ток меняет направление на обратное при линейной частоте, например, 60 Гц. Предполагается, что составляющая магнитного поля в направлении X может относиться либо к +Х, либо к -X в зависимости от направления протекания тока в конкретный момент времени.According to Ampere's law, current-carrying wires create magnetic fields as shown in FIG. 4. That is, the magnetic field created by this wire is a three-dimensional vector field that can be decomposed into components along each of the X, Y, and Z axes. In an alternating current system, these magnetic fields vary with time in magnitude, but keep the vector angle unchanged relative to the origin. Thus, when referenced to the X-axis, for example, the field can be directed in the + X direction or in the -X direction at any time when the alternating current is reversed at a linear frequency of, for example, 60 Hz. It is assumed that the component of the magnetic field in the X direction may refer to either + X or -X, depending on the direction of current flow at a particular time.
Силовые линии магнитного поля подчиняются правилу правой руки закона Ампера; если большой палец правой руки человека направить вдоль направления протекания тока в проводнике, силовые линии поля закручиваются вокруг проводника перпендикулярно этому проводнику и в направлении пальцев руки человека.The lines of force of the magnetic field obey the right-hand rule of Ampere's law; if the thumb of the right hand of a person is directed along the direction of current flow in the conductor, the field lines of force twist around the conductor perpendicular to this conductor and in the direction of the fingers of the person's hand.
Некоторые варианты осуществления относятся, главным образом, к составляющей магнитного поля, ориентированной перпендикулярно плоскости щита автоматических выключателей (по оси Z), поскольку это составляющие поля, которые могут легко считываться датчиком магнитного поля (т.е. сенсорным устройством 110) снаружи металлического покрытия щита автоматических выключателей 190.Some embodiments mainly relate to the magnetic field component oriented perpendicular to the plane of the circuit breaker board (Z-axis), since these are field components that can be readily read by a magnetic field sensor (i.e., sensor device 110) outside the shield metal cover. circuit breakers 190.
Как показано на фиг. 5, поскольку силовые провода 193 и 194 имеют угол сдвига фаз в 180°, направление силовых линий магнитного поля образует петлю в противоположных направлениях.As shown in FIG. 5, since the power wires 193 and 194 have a phase angle of 180 °, the direction of the magnetic field lines loops in opposite directions.
Таким образом, в соответствии с первым законом Кирхгофа суммарный ток через данный питающий провод (т.е. силовые провода 193, 194 и/или 195) представляет собой сумму всех токов нагрузки, отводимых из этого провода. Следовательно, величина магнитного поля, создаваемого каждым из проводов (т.е. силовым проводом 193, 194 или 195), прямо пропорциональна сумме токов, вытекающих по всем ветвям, подсоединенным к этому проводу. Направление силовых линий магнитного поля от данного провода не меняется, как токи в ветвях.Thus, in accordance with the first Kirchhoff's law, the total current through a given supply wire (i.e., power wires 193, 194 and / or 195) is the sum of all load currents drawn from this wire. Therefore, the magnitude of the magnetic field produced by each of the wires (i.e., the power wire 193, 194, or 195) is directly proportional to the sum of the currents flowing through all the branches connected to that wire. The direction of the lines of force of the magnetic field from a given wire does not change, like the currents in the branches.
Система 100 может конструктивно исполняться для считывания магнитных полей, создаваемых, по меньшей мере, силовыми проводами 193 и 194, чтобы рассматривать три возможных случая нагрузки: (а) нагрузка в 120 В в плече 193-195, (b) нагрузка в 120 В в плече 194-195 и (с) нагрузка в 240 В в плече 193194. В большинстве случаев считывать магнитное поле, создаваемое силовым проводом 195 (т.е. нейтральным проводом), не требуется, поскольку любой ток, вытекающий из силового провода 195, протекает вначале по силовому проводу 193 или 194.System 100 may be configured to read magnetic fields generated by at least the power wires 193 and 194 to consider three possible load cases: (a) 120 V load in arm 193-195, (b) 120 V load. arm 194-195 and (c) 240 V load in arm 193194. In most cases, it is not necessary to read the magnetic field generated by power wire 195 (i.e. neutral wire), since any current flowing out of power wire 195 flows first on the power line 193 or 194.
На фиг. 6 проиллюстрирован пример датчика электрического тока 211 в соответствии с первым вариантом осуществления. В данных примерах датчик электрического тока может содержать: (а) один или несколько датчиков 641 и 642, (b) один или несколько усилителей 647 и 648, (с) один или несколько фильтров 649 и 650, (d) один или несколько фазовых детекторов 651, (е) по меньшей мере один дифференциальный усилитель 652 и (f) по меньшей мере один дигитайзер 653.FIG. 6 illustrates an example of an electric current sensor 211 in accordance with the first embodiment. In these examples, an electric current sensor may comprise: (a) one or more sensors 641 and 642, (b) one or more amplifiers 647 and 648, (c) one or more filters 649 and 650, (d) one or more phase detectors 651, (e) at least one differential amplifier 652, and (f) at least one digitizer 653.
В некоторых примерах система 100 может конструктивно исполняться для помощи пользователю в правильном размещении сенсорного устройства 110 путем указания правильного размещения с помощью модуля связи с пользователем 214. В некоторых примерах система 100 может определять правильное размещение путем обнаружения приблизительно 180-градусного сдвига фаз между датчиками 641 и 642, расположенными с противоположных сторон провода (т.е. электрического силового провода 193 или 194). В таких же или отличных примерах модуль связи с пользователем 214 можно располагать вместе с сенсорным устройством 110, или же можно применять модуль связи с пользователем 214, который может быть дистанционным и связанным с сенсорным устройством 110 по беспроводной сети.In some examples, system 100 may be structurally implemented to assist a user in the correct placement of sensor device 110 by indicating the correct placement via a user communication module 214. In some examples, system 100 may determine correct placement by detecting an approximately 180 degree phase shift between sensors 641 and 642 located on opposite sides of the wire (i.e., electrical power wire 193 or 194). In the same or different examples, the user communication module 214 may be co-located with the sensor device 110, or the user communication module 214 may be used, which may be remote and communicated with the sensor device 110 over a wireless network.
Датчик 641 может содержать: (а) ферромагнитный сердечник 643 и (b) считывающую катушку 644, намотанную на ферромагнитный сердечник 643. Датчик 642 может содержать: (а) ферромагнитный сердечник 645 и (b) считывающую катушку 646, намотанную на ферромагнитный сердечник 645. В разных примерах датчики 641 и 642 могут иметь диаметр от 2,5 до 12,7 мм. В других примерах датчик электрического тока 211 содержит только датчик 641 без содержания датчика 642, усилитель 647, фильтр 649, фазовый детектор 651 и/или дифференциальный усилитель 652. В этом альтернативном варианте осуществления фильтр 649 или 650 связан с дигитайзером 653. В дополнительных вариантах осуществления датчик электрического тока 211 содержит четыре, шесть, восемь или десять датчиков.Sensor 641 may include: (a) a ferromagnetic core 643 and (b) a pickup coil 644 wound around a ferromagnetic core 643. Sensor 642 may include: (a) a ferromagnetic core 645 and (b) a pickup coil 646 wound around a ferromagnetic core 645. In various examples, probes 641 and 642 may have diameters ranging from 2.5 mm to 12.7 mm. In other examples, electric current sensor 211 comprises only sensor 641 without sensor 642, amplifier 647, filter 649, phase detector 651, and / or differential amplifier 652. In this alternative embodiment, filter 649 or 650 is associated with digitizer 653. In further embodiments electric current sensor 211 contains four, six, eight, or ten sensors.
Назначение ферромагнитных сердечников 643 и 645 - сосредоточить магнитное поле со считывающих катушек 644 и 646, чтобы получить большее выходное напряжение датчика на выходных клеммахThe purpose of the ferromagnetic cores 643 and 645 is to concentrate the magnetic field from the pickup coils 644 and 646 in order to obtain a higher output voltage of the sensor at the output terminals.
- 7 037144 считывающих катушек 644 и 646. Напряжение на выходе считывающих катушек 644 и 646 задается по закону Фарадея. То есть напряжение зависит от приложенного магнитного поля переменного тока, физических размеров катушки и провода, числа витков провода в катушке и магнитной проницаемости сердечника. В других примерах датчики 641 и 642 не имеют ферромагнитных сердечников 643 и 645 соответственно.- 7 037144 reading coils 644 and 646. The voltage at the output of the reading coils 644 and 646 is set according to Faraday's law. That is, the voltage depends on the applied AC magnetic field, the physical dimensions of the coil and wire, the number of turns of the wire in the coil, and the magnetic permeability of the core. In other examples, sensors 641 and 642 do not have ferromagnetic cores 643 and 645, respectively.
Как показано на фиг. 7, когда датчик электрического тока 211 связан со щитом автоматических выключателей 190, один из датчиков 641 и 642 может располагаться с каждой стороны провода (т.е. электрического силового провода 193 или 194). В данном варианте осуществления наведенное напряжение на датчике 641 сдвинуто по фазе на 180° по сравнению с датчиком 642, поскольку магнитное поле входит в датчик 642 снизу, в то время как в датчик 641 магнитное поле входит сверху.As shown in FIG. 7, when an electric current sensor 211 is coupled to the circuit breaker board 190, one of the sensors 641 and 642 may be located on either side of the wire (ie, the electrical power wire 193 or 194). In this embodiment, the induced voltage across sensor 641 is 180 ° out of phase with respect to sensor 642 because the magnetic field enters sensor 642 from below while magnetic field enters sensor 641 from above.
На фиг. 8 показан график фазового соотношения между напряжением на датчиках 641 и 642. В случаях, когда ссылаются на фиг. 8, переменный ток, протекающий в проводе (т.е. электрическом силовом проводе 193 или 194), наводит напряжение V(датчик) в считывающих катушках 644 и 646. Это напряжение V(датчик) пропорционально току I(датчик), переносимому проводом (т.е. электрическим силовым проводом 193 или 194), т.е. V(датчик) = k·I(датчик). Постоянную пропорциональности k можно найти путем пропускания известного тока по проводу путем временного подключения калибровочной нагрузки (т.е. модуля калибровочной нагрузки 283 или 227 (фиг. 2) к цепи, питаемой проводом (т.е. электрическим силовым проводом 193 или 194), и измерения напряжения, наведенного в датчиках 641 и 642 (фиг. 6). В некоторых случаях для установления многоточечной калибровки постоянной пропорциональности можно отводить более одного известного тока.FIG. 8 is a plot of the phase relationship between the voltage across sensors 641 and 642. When referring to FIG. 8, an alternating current flowing in the wire (i.e., electrical power wire 193 or 194) induces a voltage V (sensor) in sense coils 644 and 646. This voltage V (sensor) is proportional to the current I (sensor) carried by the wire ( i.e. electrical power wire 193 or 194), i.e. V (sensor) = k I (sensor). The proportionality constant k can be found by passing a known current through a wire by temporarily connecting a calibration load (i.e., calibration load module 283 or 227 (FIG. 2) to the circuit fed by the wire (i.e., electrical power wire 193 or 194), and measuring the voltage induced at sensors 641 and 642 in Fig. 6. In some cases, more than one known current may be tapped to establish a multipoint constant proportional calibration.
При ссылке снова на фиг. 6 это конструктивное исполнение с двумя датчиками (т.е. датчиками 641 и 642) можно использовать для получения сенсорного устройства 110, которое автоматически сообщает пользователю, что оно правильно расположено относительно данного токонесущего провода с подавлением помех из других источников, в том числе от других соседних проводов. Эта способность пригодна в электрически помехонасыщенной среде, находящейся в щите автоматических выключателей, где возле конкретного интересуемого провода имеется много проводов.Referring back to FIG. 6, this dual-sensor design (i.e., sensors 641 and 642) can be used to provide a sensor device 110 that automatically informs the user that it is correctly positioned relative to a given current-carrying wire, while suppressing interference from other sources, including others. adjacent wires. This ability is useful in an electrically noisy environment in a circuit breaker switchboard where there are many wires near a particular wire of interest.
В частности, в некотором варианте осуществления выходной сигнал каждого из датчиков 641 и 642 может усиливаться при помощи усилителей 648 и 647 соответственно и затем фильтроваться фильтрами 650 и 649 соответственно. Выходной сигнал фильтров 650 и 649 может подаваться в фазовый детектор 651, связанный с фазоуказателем 619 в модуле связи с пользователем 214 (например, один или несколько светодиодов). Модуль связи с пользователем 214 предназначен для указания пользователю, что датчики 641 и 642 правильно размещены относительно данного токонесущего провода. Пользователь может получить команду переместить датчик по зоне, где должны находиться главные силовые электрические провода, и остановить перемещение, как только фазоуказатель укажет, что сдвиг фаз между сигналами датчиков 641 и 642 составляет приблизительно 180°. Например, когда сигналы от датчиков 641 и 642 сдвинуты по фазе приблизительно на 180°, в верхней части сенсорного устройства 110 может загореться зеленый светодиод.Specifically, in some embodiment, the output of each of sensors 641 and 642 may be amplified by amplifiers 648 and 647, respectively, and then filtered by filters 650 and 649, respectively. The output of filters 650 and 649 may be provided to a phase detector 651 coupled to a phase indicator 619 in a user communications module 214 (eg, one or more LEDs). User communication module 214 is intended to indicate to the user that sensors 641 and 642 are correctly positioned with respect to a given current carrying wire. The user can be instructed to move the sensor around the area where the main power wires are to be located and stop moving as soon as the phase indicator indicates that the phase shift between the signals of the sensors 641 and 642 is approximately 180 °. For example, when the signals from sensors 641 and 642 are approximately 180 ° out of phase, a green LED at the top of the sensor device 110 may illuminate.
Усилители 648 и 647 и фильтры 650 и 649 являются необязательными в некоторых примерах. Назначение усилителей 648 и 647 и фильтров 650 и 649 состоит в том, чтобы повысить уровень сигнала с подавлением помех при нежелательных частотах и тем самым повысить отношение сигнал/шум сигналов датчиков 641 и 642 в помехонасыщенных средах. Усилители 648 и 647 могут быть операционными усилителями, такими как типа TL082, производимые компанией Texas Instruments, Inc. Фильтры 650 и 649 могут быть либо пассивными фильтрами на элементах с сосредоточенными параметрами, либо активными фильтрами, реализованными с операционными усилителями. Как правило, фильтры 650 и 649 являются полосовыми фильтрами, рассчитанными на пропуск линейной частоты переменного тока (например, 60 Гц в США и Канаде или 50 Гц в Европе и Японии) при подавлении помех вне полосы пропускания.Amplifiers 648 and 647 and filters 650 and 649 are optional in some examples. The purpose of amplifiers 648 and 647 and filters 650 and 649 is to increase the signal level with suppression of interference at unwanted frequencies and thereby increase the signal-to-noise ratio of signals from sensors 641 and 642 in noisy environments. The amplifiers 648 and 647 can be operational amplifiers such as the TL082 type manufactured by Texas Instruments, Inc. Filters 650 and 649 can be either passive lumped element filters or active filters implemented with operational amplifiers. Typically, filters 650 and 649 are bandpass filters designed to pass the AC line frequency (for example, 60 Hz in the US and Canada, or 50 Hz in Europe and Japan) while rejecting out-of-band noise.
Фазовый детектор 651 может быть либо аналоговой схемой фазового детектора, либо цифровым фазовым детектором. Цифровой фазовый детектор может быть реализован по комбинаторной логике, по программируемой логике или в программном обеспечении в контроллере. В одном из вариантов осуществления можно использовать фазовый детектор на интегральной схеме, такой как фазовый детектор, содержащийся в интегральных контроллерах типа 4046 или 74НС4046 с системой фазовой автоматической подстройки, производимых компанией Texas Instruments, Inc. В другом варианте осуществления фазовый детектор 651 реализован путем оцифровывания сигналов датчика с помощью аналогоцифрового преобразователя, а затем подгонки функции арктангенса к вектору принятых образцов от датчиков 641 и 642. В дополнительном варианте осуществления функции фильтрования и фазового детектирования объединены путем использования основанной на периодограмме оценке максимального правдоподобия, такой как алгоритм комплексного быстрого преобразования Фурье (FFT), для нахождения величины сигнала и угла сдвига фаз только при линейной частоте переменного тока с подавлением шума на других частотах.The phase detector 651 can be either an analog phase detector circuit or a digital phase detector. The digital phase detector can be implemented using combinatorial logic, programmable logic, or software in the controller. In one embodiment, an integrated circuit phase detector may be used, such as the phase detector contained in a 4046 or 74HC4046 phase locked controller manufactured by Texas Instruments, Inc. In another embodiment, the phase detector 651 is implemented by digitizing the sensor signals using an analog-to-digital converter and then fitting the arctangent function to the vector of the received samples from the sensors 641 and 642. In a further embodiment, the filtering and phase detection functions are combined by using a periodogram-based maximum likelihood estimate , such as a complex fast Fourier transform (FFT) algorithm, for finding the signal magnitude and phase angle only at the linear AC frequency, while suppressing noise at other frequencies.
Фазоуказатель 619 может быть любым устройством, указывающим пользователю, что требуемоеThe phase indicator 619 can be any device that indicates to the user that the required
- 8 037144 фазовое соотношение между входными сигналами датчиков 641 и 642 достигнуто. В некоторых вариантах осуществления фазоуказателем может быть один или несколько светодиодов. В других вариантах осуществления фазоуказателем 619 может быть графический или цифровой дисплей, такой как жидкокристаллический дисплей (ЖКД), или звуковой сигнал, указывающий пользователю, что напряжения датчиков 641 и 642 сдвинуты по фазе примерно на 180°.- 8 037144 the phase relationship between the inputs of the sensors 641 and 642 has been reached. In some embodiments, the phase indicator may be one or more LEDs. In other embodiments, the phase indicator 619 may be a graphic or digital display, such as a liquid crystal display (LCD), or an audible signal to indicate to the user that the voltages of the sensors 641 and 642 are out of phase by about 180 degrees.
Дифференциальный усилитель 652 может использоваться для объединения сигналов от датчиков 641 и 642, чтобы получить сигнал тока или напряжения, пропорциональный току в главном силовом электрическом проводе, после установления правильного фазового соотношения. Этот сигнал можно применять в качестве входных данных для расчетов, выполняемых с помощью контроллера 213. В таком же или отличном примере модуль связи 215 можно применять для передачи в вычислительный блок данных, включая: (а) правильное расположение датчиков 641 и 642, как указано по фазовому соотношению датчиков, а также (b) дифференциально считанный сигнал от датчиков 641 и 642.Differential amplifier 652 can be used to combine signals from sensors 641 and 642 to obtain a current or voltage signal proportional to the current in the main electrical power wire, once the correct phase relationship has been established. This signal can be used as input for calculations performed by controller 213. In the same or different example, communication module 215 can be used to transmit data to the computing unit, including: (a) the correct location of sensors 641 and 642, as indicated in the phase relationship of the sensors; and (b) a differentially read signal from sensors 641 and 642.
При обращении к другому варианту осуществления на фиг. 9 проиллюстрирован пример датчика 910 в соответствии со вторым вариантом осуществления. На фиг. 10 проиллюстрирован пример датчика 910 над силовыми электрическими проводами 193 и 194 в соответствии со вторым вариантом осуществления. В данном примере можно применять линейную группу датчиков 941|. 9412, ..., 941N, где N - число от 2 до 10. В других примерах N может быть другим числом, таким как 4, 6, 8, 20, 50 или 100. Одно из назначений этой линейной группы датчиков состоит в том, чтобы позволить контроллеру 213 автоматически выбирать одну или несколько пар датчиков 9411 9412, ..., 941N, так что пользователь не вынужден вручную помещать датчик 910 в правильное положение. В некоторых вариантах осуществления датчик 910 можно применять вместо сенсорного устройства 110 в системе 100 по фиг. 1.Referring to another embodiment in FIG. 9 illustrates an example of a sensor 910 in accordance with a second embodiment. FIG. 10 illustrates an example of a sensor 910 above power lines 193 and 194 in accordance with a second embodiment. In this example, linear sensor array 941 | can be used. 9412, ..., 941N, where N is a number between 2 and 10. In other examples, N can be another number, such as 4, 6, 8, 20, 50, or 100. One of the purposes of this linear group of sensors is to allow the controller 213 to automatically select one or more pairs of sensors 9411 9412, ..., 941N, so that the user does not have to manually place the sensor 910 in the correct position. In some embodiments, sensor 910 may be used in place of sensor 110 in system 100 of FIG. one.
При ссылке на фиг. 9 и 10 в данном примере датчик 910 может содержать: (а) датчики 9411, 9412, ..., 941N, (b) усилители 647 и 648, (с) фильтры 649 и 650, (d) фазовые детекторы 651, (е) дифференциальный усилитель 652, (f) дигитайзер 653 и (g) по меньшей мере один мультиплексор 955 и 956.Referring to FIG. 9 and 10 in this example, the sensor 910 may contain: (a) sensors 9411, 9412, ..., 941N, (b) amplifiers 647 and 648, (c) filters 649 and 650, (d) phase detectors 651, (e ) a differential amplifier 652, (f) a digitizer 653, and (g) at least one multiplexer 955 and 956.
Как показано на фиг. 10, линейная группа датчиков 9411, 9412, ..., 941N связана с мультиплексорами 955 и 956, которые выбирают из датчиков 9411, 9412, ..., 941N по меньшей мере один датчик для применения в качестве датчика магнитного поля для получения сигнала, пропорционального току в главных силовых электрических проводах 193 и/или 194.As shown in FIG. 10, a linear group of sensors 941 1 , 9412, ..., 941N is associated with multiplexers 955 and 956, which select from sensors 941 1 , 9412, ..., 941N at least one sensor for use as a magnetic field sensor to obtain a signal proportional to the current in the main power lines 193 and / or 194.
В другом варианте осуществления датчик 910 одновременно считывает более чем один провод из электрических силовых проводов 193 и 194. В данном варианте осуществления контроллер 213 управляет мультиплексорами 955 и 956 таким образом, что из датчиков 9411, 9412, ..., 941N выбираются два различительных датчика, расположенных рядом с двумя разными токонесущими силовыми проводами 193 и 194. В данном варианте осуществления контроллер 213 управляет мультиплексорами так, чтобы выбирать датчики на основании амплитуды или угла фазы сигнала датчика. В некоторых вариантах осуществления под управлением контроллера 213 мультиплексируются несколько датчиков из датчиков 9411, 9412, ..., 941N для выбора различительных датчиков, каждый из которых имеет предпочтительную связь по магнитному полю с различительным токонесущим проводом.In another embodiment, the sensor 910 simultaneously reads more than one wire from the electrical power wires 193 and 194. In this embodiment, the controller 213 controls the multiplexers 955 and 956 such that two distinctives are selected from the sensors 941 1 , 9412, ..., 941N. sensors located adjacent to two different current carrying power wires 193 and 194. In this embodiment, the controller 213 controls the multiplexers to select sensors based on the amplitude or phase angle of the sensor signal. In some embodiments, under the control of controller 213, multiple sensors from sensors 941 1 , 9412, ..., 941N are multiplexed to select discriminating sensors, each of which has a preferred magnetic field communication with the discriminating current-carrying wire.
При ссылке снова на фиг. 1 в некоторых примерах для достижения точного измерения тока в электрических силовых проводах 193 и 194 в системе 100 может применяться калибровка. Возможная необходимость в калибровке может обуславливаться плохо управляемой геометрией монтажа, например, если сенсорное устройство 110 или 910 (фиг. 9) устанавливается неподготовленным пользователем.Referring back to FIG. 1, in some examples, calibration may be applied to system 100 to achieve accurate current measurement in electrical power wires 193 and 194. The possible need for calibration may be due to poorly controlled mounting geometry, for example, if the sensor device 110 or 910 (FIG. 9) is installed by an untrained user.
На фиг. 11 проиллюстрирован пример калибровочного устройства 180 в соответствии с первым вариантом осуществления. Калибровочное устройство 180 показано на фиг. 11 как одноцепное калибровочное устройство, конструктивно исполненное для подключения одинарной калибровочной нагрузки к одинарному входящему проводу (т.е. электрическому силовому проводу 193 или 194) для замыкания цепи между входящим проводом, одинарной калибровочной нагрузкой и нейтральным или обратным проводом (т.е. электрическим силовым проводом 195). Для временного замыкания цепи с калибровочной нагрузкой, которую применяют в способе калибровки 1800 по фиг. 18, применяется переключающий сигнал.FIG. 11, an example of a calibration device 180 according to the first embodiment is illustrated. Calibration device 180 is shown in FIG. 11 as a single-circuit calibration device designed to connect a single calibration load to a single input wire (i.e. electrical power wire 193 or 194) to close the circuit between the input wire, single calibration load and neutral or return wire (i.e. electrical power wire 195). To temporarily close the loop with the calibration load used in the calibration method 1800 of FIG. 18, a switching signal is applied.
В некоторых примерах модуль калибровочной нагрузки 283 может содержать: (а) коммутируемую нагрузку 1105, (b) трансформатор 1171, (с) фильтр 1172, (d) транслятор уровня 1173 и (е) устройство формирования прямоугольных импульсов 1174. Коммутируемая нагрузка 1105 может содержать: (а) переключатель 1187 и (b) калибровочную нагрузку 1188. Контроллер 285 может содержать: (а) аналогоцифровой преобразователь 1177; (b) цифровой вход 1176 и (с) датчик температуры 1186.In some examples, calibration load module 283 may comprise: (a) switched load 1105, (b) transformer 1171, (c) filter 1172, (d) level translator 1173, and (e) square wave shaper 1174. Switching load 1105 may comprise : (a) switch 1187 and (b) calibration load 1188. Controller 285 may comprise: (a) analog-to-digital converter 1177; (b) digital input 1176 and (c) temperature sensor 1186.
В варианте осуществления по фиг. 11 модуль калибровочной нагрузки 283 может предназначаться для калибровки измерения одинарного токонесущего провода (фидера в ответвленной цепи), измеряемого с помощью сенсорного устройства 110. В данном варианте осуществления одинарная калибровочная нагрузка 1188 переключается переключателем 1187 между линейным проводом (например, главными силовыми электрическими проводами 193 и 194) и нейтральным проводом (например, главным силовым электрическим проводом 195) под управлением переключающего сигнала от контроллера 285. В США коммутируемая нагрузка 1105 может использоваться с розеткой на 120 В. В других странах коммутируемая нагрузка 1105 может использоваться с розетками на 240 В и другое напряжение.In the embodiment of FIG. 11, the calibration load module 283 may be configured to calibrate a single live wire (branch circuit feeder) measurement measured by the sensor device 110. In this embodiment, the single calibration load 1188 is switched by a switch 1187 between a line wire (e.g., main power wires 193 and 194) and a neutral wire (e.g. main power wire 195) controlled by a switching signal from controller 285. In the USA, the 1105 switched load can be used with a 120V outlet. In other countries, the 1105 switched load can be used with 240V outlets, and more. voltage.
- 9 037144- 9 037144
Следует понимать, что хотя калибровочная нагрузка 1188 и калибровочные нагрузки на фиг. 14-17 начерчены как резистор, калибровочная нагрузка 1188 и другие калибровочные нагрузки на фиг. 14-17 могут быть любой нагрузкой, включая реактивную нагрузку, такую как дроссель или конденсатор, с активной составляющей или без нее. Кроме того, калибровочная нагрузка может быть нагрузкой с переменным активным сопротивлением. Кроме того, следует понимать, что хотя переключатель 1187 и другие переключатели на фиг. 14-17 начерчены как механические релейные переключатели, переключатели могут относиться к другим видам переключающих устройств. Например, переключатели могут быть полупроводниковыми переключателями, такими как твердотельные реле, симметричные триодные тиристоры, транзисторы, такие как FET (полевые транзисторы), SCR (триодные тиристоры), BJT (биполярные плоскостные транзисторы), или IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), или другие управляемые переключающие устройства.It should be understood that although the calibration load 1188 and the calibration loads in FIG. 14-17 are drawn as resistor, calibration load 1188, and other calibration loads in FIG. 14-17 can be any load, including a reactive load such as an inductor or capacitor, with or without an active component. In addition, the calibration load can be a variable resistance load. In addition, it should be understood that although switch 1187 and other switches in FIG. 14-17 are drawn as mechanical relay switches, switches may be related to other types of switching devices. For example, the switches can be semiconductor switches such as solid state relays, symmetrical triode thyristors, transistors such as FETs (field effect transistors), SCRs (triode thyristors), BJTs (bipolar junction transistors), or IGBTs (insulated gate bipolar transistors). or other controlled switching devices.
Как показано на фиг. 11, модуль связи 281 связан с контроллером 285 для обеспечения передачи калиброванных результатов измерения тока из калибровочного устройства 180 в вычислительный блок 120. В некоторых примерах модуль связи 281 может содержать приемник и передатчик. Модуль связи 281 может содержать любой вид устройства проводной и беспроводной связи, работающего на любой частоте и с любым протоколом канала передачи данных. В одном из вариантов осуществления модуль связи 281 содержит приемопередатчик на 2,4 ГГц с номером детали СС2500, выпускаемый компанией Texas Instruments, Inc. В другом варианте осуществления модуль связи 281 содержит приемопередатчик на 900 МГц с номером детали СС2010, выпускаемый компанией Texas Instruments, Inc. В некоторых вариантах осуществления модуль связи 281 может передавать сообщения, используя любой из следующих протоколов связи: WiFi (IEEE 802.11), Zigbee (IEEE 802.15.4), ZWave или SimpliciTI. В другом варианте осуществления используется патентованный протокол передачи данных. В другом варианте осуществления канал связи между модулем связи 215 и модулями связи 281 и/или 221 обеспечивается через контролируемый провод. В данном варианте осуществления канал связи представляет собой связь по силовой линии, созданную путем введения переданного сигнала по меньшей мере в один провод ответвленной цепи, с которой связано калибровочное устройство.As shown in FIG. 11, communication module 281 is coupled to controller 285 to transmit calibrated current measurements from calibration device 180 to computing unit 120. In some examples, communication module 281 may include a receiver and transmitter. Communications module 281 may comprise any kind of wired and wireless communications device operating on any frequency and with any data link protocol. In one embodiment, communications module 281 includes a 2.4 GHz transceiver with part number CC2500, available from Texas Instruments, Inc. In another embodiment, communications module 281 comprises a 900 MHz transceiver with part number CC2010 available from Texas Instruments, Inc. In some embodiments, communications module 281 may transmit messages using any of the following communications protocols: WiFi (IEEE 802.11), Zigbee (IEEE 802.15.4), ZWave, or SimpliciTI. In another embodiment, a proprietary communication protocol is used. In another embodiment, the communication link between the communication module 215 and the communication modules 281 and / or 221 is provided via a monitored wire. In this embodiment, the communication channel is a power line communication created by injecting the transmitted signal into at least one wire of the branch circuit to which the calibration device is connected.
В примере, показанном на фиг. 11, источник питания 289 может содержать источник питания 289. Источник питания 289 может содержать развязывающий трансформатор и источник питания постоянного тока. Источник питания 289 преобразует напряжение входящей линии с напряжения силовой линии переменного тока, такого как 120 В в США и Канаде или 220 В в Европе, в низкое напряжение постоянного тока, такое как 3,3 В или 5 В, для питания контроллера 213 и других элементов калибровочного устройства 180.In the example shown in FIG. 11, power supply 289 may include a power supply 289. Power supply 289 may include an isolation transformer and a DC power supply. The 289 power supply converts the incoming line voltage from AC power line voltage, such as 120 V in the US and Canada, or 220 V in Europe, to a low DC voltage, such as 3.3 V or 5 V, to power the 213 controller and others. elements of the calibration device 180.
Контроллер 285 может принимать образец напряжения входящей силовой линии переменного тока, преобразованного транслятором уровня 1173 в сигнал более низкого напряжения переменного тока, пропорциональный напряжению входящей силовой линии переменного тока. В некоторых вариантах осуществления напряжение входящей силовой линии переменного тока равно 120 В, при этом сигнал более низкого напряжения переменного тока находится в пределах 0-3,3 В. В некоторых вариантах осуществления транслятор уровня 1173 используется для переключения низковольтного сигнала с биполярного сигнала, периодически меняющегося между +V и -V, на униполярный сигнал между 0 В и VDD или на иной диапазон униполярного сигнала в пределах диапазона напряжения аналого-цифрового преобразователя 1177. Аналого-цифровой преобразователь 1177 может отбирать входящий низковольтный сигнал, как показано на фиг. 12. В одних и тех же или разных вариантах осуществления фильтр 1172 может ограничивать частотный диапазон низковольтного сигнала частотой линии переменного тока.Controller 285 may receive a sample of the incoming AC power line voltage converted by level translator 1173 to a lower AC voltage signal proportional to the incoming AC power line voltage. In some embodiments, the AC input power line voltage is 120 V with the lower AC voltage signal in the 0-3.3 V range. In some embodiments, a level translator 1173 is used to switch the low voltage signal from a bipolar signal that is intermittently between + V and -V, to a unipolar signal between 0 V and VDD, or to another range of a unipolar signal within the voltage range of A / D converter 1177. A / D converter 1177 may sample the incoming low voltage signal as shown in FIG. 12. In the same or different embodiments, filter 1172 may limit the frequency range of the low voltage signal to the frequency of the AC line.
Во многих примерах аналого-цифровой преобразователь 1177 может быть объединенным с контроллером 285 или может быть отдельным от контроллера 213, но связанным с контроллером 285. Отобранное напряжение линии переменного тока позволяет контроллеру 213 измерять напряжение входящей линии переменного тока, чтобы точнее калибровать систему 100 путем расчета тока, взятого калибровочной нагрузкой 1188, учитывая отобранный низковольтный сигнал, пропорциональный напряжению входящей линии переменного тока. Дополнительно отобранный низковольтный сигнал может использоваться для разработки опорной фазы, синхронной с напряжением линии переменного тока.In many examples, A / D converter 1177 may be integrated with controller 285, or may be separate from controller 213 but associated with controller 285. The sampled AC line voltage allows controller 213 to measure the incoming AC line voltage to more accurately calibrate system 100 by calculating current taken by the 1188 calibration load, given a sampled low voltage signal proportional to the incoming AC line voltage. The additionally sampled low voltage signal can be used to design a phase reference synchronous with the AC line voltage.
В некоторых вариантах осуществления для разработки опорной фазы контроллер 285 использует низковольтный сигнал прямоугольной формы. В данных вариантах осуществления низковольтный сигнал прямоугольной формы создается с помощью устройства формирования прямоугольных импульсов 1174. Низковольтный сигнал прямоугольной формы может представлять собой прямоугольную волну, имеющую такие же период и время прохождения через нуль, что и низковольтный сигнал переменного тока. Это соотношение между сигналом прямоугольной формы и низковольтным сигналом показано на фиг. 13. В некотором варианте осуществления устройство формирования прямоугольных импульсов 1174 может содержать триггер Шмидта, компаратор или цифровой логический вентиль, такой как инвертер или транзисторная схема сдвига уровня. Амплитуда прямоугольной волны выбирается логическим уровнем, совместимым с контроллером 285. Сигнал прямоугольной формы не содержит информации об амплитуде напряжения входящей линии переменного тока, но содержит фазовую информацию, поскольку восходящий и нисходящий фронты сигнала прямоугольной формы синхронны с прохождениями нуляIn some embodiments, controller 285 uses a low voltage square wave to develop the phase reference. In these embodiments, the low voltage square wave is generated by the square wave shaper 1174. The low voltage square wave may be a square wave having the same period and zero crossing time as the low voltage AC signal. This relationship between the square waveform and the low voltage signal is shown in FIG. 13. In some embodiment, square wave shaper 1174 may include a Schmidt flip-flop, comparator, or digital logic gate such as an inverter or transistor level shifter. The amplitude of the square wave is selected by a logic level compatible with controller 285. The square wave does not contain information about the voltage amplitude of the incoming AC line, but contains phase information because the rising and falling edges of the square wave are synchronous with zero crossings.
- 10 037144 напряжения входящей линии переменного тока.- 10 037144 AC input line voltage.
В некоторых вариантах осуществления опорная фаза, полученная либо из низковольтного сигнала, либо из его аналога прямоугольной формы, применяется для измерения относительного угла сдвига фаз между калиброванным результатом измерения тока, переданным сенсорным устройством 110, и напряжением входящей силовой линии. Этот результат измерения относительного угла сдвига фаз между напряжением и током применяется для точного учета коэффициента мощности реактивных нагрузок, подключенных к силовому проводу, изменяемому сенсорным устройством 110. Коэффициент мощности - это косинус угла сдвига фаз между формами кривых напряжения и тока. Этот коэффициент мощности может рассчитываться непосредственно по отобранному низковольтному сигналу или в случае низковольтного сигнала прямоугольной формы может рассчитываться косвенно путем подгонки синусоиды нужной частоты к переходам фронтов в сигнале прямоугольной формы.In some embodiments, a phase reference obtained from either a low voltage signal or a square wave analog thereof is used to measure the relative phase angle between the calibrated current measured by the sensor device 110 and the incoming power line voltage. This measurement of the relative phase angle between voltage and current is used to accurately account for the power factor of reactive loads connected to the power wire as varied by the sensor device 110. The power factor is the cosine of the phase angle between the voltage and current waveforms. This power factor can be calculated directly from the sampled low voltage signal or, in the case of a low voltage square wave, can be calculated indirectly by fitting a sine wave of the desired frequency to the edge transitions in the square wave.
Коэффициент мощности является отношением активной мощности, протекающей в проводе, к полной мощности, протекающей в проводе. В некоторых вариантах осуществления пользователю системы 100 предпочтительно сообщать активную мощность, протекающую в электрических силовых проводах 193, 194 и 195, для лучшего понимания показания счетчика электрической энергии, устанавливаемого электриками. В данных вариантах осуществления фазовая информация, предоставляемая низковольтным сигналом, является критической для правильного расчета прогнозируемой энергии.The power factor is the ratio of the active power flowing in the wire to the total power flowing in the wire. In some embodiments, it is preferred for the user of system 100 to report the active power flowing in electrical power wires 193, 194, and 195 for better understanding of the electrical energy meter read by the electricians. In these embodiments, the phase information provided by the low voltage signal is critical for correctly calculating the predicted energy.
Поскольку калибровочная нагрузка 1188 при ее подключении с использованием переключателя 1187 рассеивает ток, калибровочная нагрузка 1188 подвержена нагреванию. Это нагревание может создать угрозу безопасной работе калибровочной нагрузки 1188, вызывая тепловое повреждение самой калибровочной нагрузке 1188 или другим компонентам в корпусе калибровочного устройства 180 или людям или предметам вблизи калибровочного устройства 180.Since the 1188 calibration load dissipates current when connected using switch 1187, the 1188 calibration load is prone to heat. This heating can jeopardize the safe operation of the calibration load 1188 by causing thermal damage to the calibration load 1188 itself or other components in the housing of the calibration device 180 or to people or objects in the vicinity of the calibration device 180.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 285 содержит датчик температуры 1186, такой как биметаллический термостат, термистор или полупроводниковый датчик температуры. В некоторых вариантах осуществления датчик температуры 1186 прерывает сигнал подключения для отключения калибровочной нагрузки 1188, когда калибровочная нагрузка 1188 или корпус калибровочного устройства 180 становится слишком горячим.In some embodiments, controller 285 includes a temperature sensor 1186, such as a bimetallic thermostat, thermistor, or semiconductor temperature sensor. In some embodiments, the temperature sensor 1186 interrupts the connect signal to disconnect the calibration load 1188 when the calibration load 1188 or the body of the calibrator 180 becomes too hot.
В дополнительных вариантах осуществления контроллер 285 перед подключением калибровочной нагрузки 1188 проверяет показание температуры на датчике температуры 1186 для обеспечения того, чтобы в начале калибровочного процесса калибровочная нагрузка 1188 или корпус калибровочного устройства 180 не были слишком горячими. В еще одних дополнительных вариантах осуществления контроллер 285 может выполнять экстраполяцию, чтобы определить, вероятно ли то, что калибровочная нагрузка 1188 станет слишком горячей после обычного времени работы калибровочной нагрузки 1188. В данном варианте осуществления контроллер 285 действует для отсрочки калибровочного процесса, пока данный процесс нельзя будет завершить без того, чтобы калибровочная нагрузка 1188 или корпус калибровочного устройства 180 не становились слишком горячими.In additional embodiments, the controller 285 checks the temperature reading at the temperature sensor 1186 prior to connecting the calibration load 1188 to ensure that the calibration load 1188 or the body of the calibrator 180 is not too hot at the beginning of the calibration process. In still further embodiments, the controller 285 may extrapolate to determine if the calibration load 1188 is likely to become too hot after the normal running time of the calibration load 1188. In this embodiment, the controller 285 acts to delay the calibration process until the process cannot will complete without the 1188 calibration load or the housing of the calibrator 180 getting too hot.
В некоторых вариантах осуществления есть два разных механизма управления, посредством которых контроллер управляет сигналом подключения к переключателю 1187. Эти два способа соответствуют двум разным местам процессора, в которых осуществляется прогон процесса калибровки для получения калиброванного результата измерения тока.In some embodiments, there are two different control mechanisms through which the controller controls the signal to connect to switch 1187. These two methods correspond to two different locations in the processor where the calibration is run to obtain a calibrated current measurement.
В первом способе контроллер 285 размещается вместе с модулем калибровочной нагрузки 283 и управляет им. Кроме того, контроллер 285 может получать показания датчиков от сенсорного устройства 110 (через модуль связи 281) и контроллера 213. В контроллере 285 выполняется процесс калибровки (описанный ниже со ссылками на фиг. 18) и получается калиброванный результат измерения тока. В данных примерах модуль калибровочных расчетов 229 может размещаться в калибровочном устройстве 180, а не в вычислительном блоке 120.In the first method, the controller 285 is co-located with and controls the calibration load module 283. In addition, controller 285 may receive sensor readings from sensor device 110 (via communication module 281) and controller 213. Controller 285 performs a calibration process (described below with reference to FIG. 18) and obtains a calibrated current measurement. In these examples, the calibration calculation module 229 may be located in the calibration device 180 rather than in the computing unit 120.
В первом способе, если прогон процесса калибровки осуществляется в с помощью контроллера 285, модуль связи 281 принимает результаты измерений входящего сигнала от сенсорного устройства 110 и/или вычислительного блока 120. Контроллер 285 может рассчитывать калиброванные результаты измерения тока, используя способ 2000 по фиг. 20. После расчета калиброванных результатов измерения тока калибровочное устройство 180 может сообщать калиброванные результаты измерения тока в вычислительный блок 120 для отображения и иных способов применения.In the first method, if the calibration process is run by controller 285, communications module 281 receives measurements of an input signal from sensor 110 and / or computing unit 120. Controller 285 may calculate calibrated current measurements using method 2000 of FIG. 20. After calculating the calibrated current measurements, the calibration device 180 may report the calibrated current measurements to the computing unit 120 for display and other uses.
Во втором способе дистанционный процессор, такой как контроллер 225 (фиг. 2) или контроллер 213 (фиг. 2), выдает команду на подключение или отключение калибровочной нагрузки 1188, и данный контроллер (контроллер 225 или контроллер 213) осуществляет способ калибровки 1800 на фиг. 18 и получает калиброванный результат измерения тока, как описано в способе 2000 по фиг. 20.In the second method, a remote processor, such as controller 225 (FIG. 2) or controller 213 (FIG. 2), issues a command to connect or disconnect the calibration load 1188, and this controller (controller 225 or controller 213) performs the calibration method 1800 in FIG. ... 18 and obtains a calibrated current measurement as described in method 2000 of FIG. twenty.
Если при управлении калибровкой второй способ применяют с контроллером 225, контроллер 225 принимает сообщение по каналу связи от контроллера 285. В некоторых вариантах осуществления контроллер 225 посылает сообщение на подключение калибровочной нагрузки на оговоренный период времени. В некоторых вариантах осуществления данный период времени выбирается из одного или нескольких заданных периодов времени. В других вариантах осуществления калибровочная нагрузка 1188 подключается до тех пор, пока контроллер 285 не получит сообщение об отключении, или до истеченияIf the second method is applied to the controller 225 in the calibration control, the controller 225 receives a communication message from the controller 285. In some embodiments, the controller 225 sends a message to connect the calibration load for a specified period of time. In some embodiments, a given time period is selected from one or more predetermined time periods. In other embodiments, the implementation of the calibration load 1188 is enabled until the controller 285 receives a trip message, or until
- 11 037144 максимального времени ожидания по таймеру или срабатывания датчика температуры 1186, указывающего, что калибровочная нагрузка 1188 или ее корпус слишком горячие.- 11 037144 maximum timer wait time or 1186 temperature sensor trip indicating that the 1188 calibration load or its housing is too hot.
В дополнительных вариантах осуществления контроллер 285 независимо принимает решение подключить калибровочную нагрузку на конкретный период времени. В некоторых примерах контроллер 285 подключает и отключает калибровочную нагрузку 1188 на конкретный период времени, одновременно, заранее или позже посылая уведомление контроллеру 225, указывая на подключение калибровочной нагрузки 1188. В данном варианте осуществления в контроллере 213 применяется известное смещение по времени между сообщениями, полученными от контроллера 285, для синхронизации протекания процедуры калибровки со временем подключения/отключения калибровочной нагрузки 118, указанным в сообщении, полученном от контроллера 285 по каналу связи. В других примерах контроллер 285 подключает и отключает калибровочную нагрузку 1188 в определенной последовательности, которая известна контроллеру 213 и/или 225 (фиг. 2).In additional embodiments, the controller 285 independently decides to connect the calibration load for a specific period of time. In some examples, controller 285 connects and disconnects calibration load 1188 for a specified period of time while simultaneously sending a notification to controller 225 in advance or later indicating that calibration load 1188 is connected. In this embodiment, controller 213 applies a known time offset between messages received from controller 285 to synchronize the flow of the calibration procedure with the connection / disconnection time of the calibration load 118 indicated in the message received from the controller 285 via the communication channel. In other examples, controller 285 connects and disconnects calibration load 1188 in a sequence that is known to controller 213 and / or 225 (FIG. 2).
На фиг. 11 проиллюстрирован один из примеров коммутируемой нагрузки 1105 в калибровочном устройстве 180. Другие возможные конструктивные исполнения коммутируемой нагрузки показаны на фиг. 14-17.FIG. 11 illustrates one example of a switched load 1105 in a calibrator 180. Other possible switch load designs are shown in FIG. 14-17.
В частности, на фиг. 14 проиллюстрирован пример коммутируемой нагрузки 1405 в соответствии с третьим вариантом осуществления. Коммутируемая нагрузка 1405 может содержать: (а) переключатели 1187 и 1442 и (b) калибровочные нагрузки 1188 и 1441. В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1405 заменяет коммутируемую нагрузку 1105 в калибровочном устройстве 180 по фиг. 2 и 11.In particular, in FIG. 14 illustrates an example of a switched load 1405 in accordance with the third embodiment. The switched load 1405 may comprise: (a) switches 1187 and 1442 and (b) calibration loads 1188 and 1441. In this embodiment, the switched load 1405 replaces the switched load 1105 in calibrator 180 of FIG. 2 and 11.
В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1405 может конструктивно исполняться для калибровки результата измерения одиночного токонесущего провода (фидера в ответвленной цепи, обозначенной как линия), измеряемого с помощью сенсорного устройства 110. В данном варианте осуществления контроллер 285 может осуществлять переключения между калибровочными нагрузками 1188 и 1441 для обеспечения двух разных наборов измерения для применения в процессе калибровки. В других примерах коммутируемая нагрузка 1405 может содержать три или более переключателей трех или более калибровочных нагрузок.In this embodiment, the switched load 1405 may be configured to calibrate the measurement of a single current carrying wire (a feeder in a branch circuit, indicated as a line) measured by the sensor device 110. In this embodiment, the controller 285 can switch between calibration loads 1188 and 1441 to provide two different sets of measurements for use in the calibration process. In other examples, the switched load 1405 may include three or more switches of three or more calibration loads.
На фиг. 15 проиллюстрирован пример коммутируемой нагрузки 1505 в соответствии с четвертым вариантом осуществления. Коммутируемая нагрузка 1505 может содержать: (а) переключатели 1587 и 1542 и (b) калибровочные нагрузки 1588 и 1541. В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1505 заменяет коммутируемую нагрузку 1105 в калибровочном устройстве 180 по фиг. 2 и 11.FIG. 15 illustrates an example of a switched load 1505 in accordance with a fourth embodiment. The switched load 1505 may comprise: (a) switches 1587 and 1542 and (b) calibration loads 1588 and 1541. In this embodiment, the switched load 1505 replaces the switched load 1105 in calibrator 180 of FIG. 2 and 11.
В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1505 может предназначаться для калибровки результата измерения двух токонесущих проводов (фидеров в ответвленных цепях, обозначенных как линия 1 и линия 2), измеряемых с помощью сенсорного устройства 110. В данном варианте осуществления две различительные калибровочные нагрузки 1588 и 1541 могут подключаться между отдельными линейными проводами и нейтральным проводом под управлением сигнала подключения от контроллера 285. Контроллер 285 может управлять сигналами подключения, чтобы электрическим путем связывать калибровочные нагрузки, как указано нижеIn this embodiment, the switched load 1505 may be configured to calibrate the measurement result of the two current-carrying wires (branch circuit feeders, designated line 1 and line 2) as measured by the sensor device 110. In this embodiment, the two differential calibration loads 1588 and 1541 may connect between the individual line wires and the neutral wire under the control of the connect signal from controller 285. Controller 285 can control the connect signals to electrically couple the calibration loads as described below
На фиг. 16 проиллюстрирован пример коммутируемой нагрузки 1605 в соответствии с пятым вариантом осуществления. Коммутируемая нагрузка 1605 может содержать: (а) переключатели 1687, 1642 иFIG. 16 illustrates an example of a switched load 1605 in accordance with a fifth embodiment. The 1605 switched load may contain: (a) switches 1687, 1642, and
- 12 037144- 12 037144
1643 и (b) калибровочные нагрузки 1588 и 1541. В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1605 заменяет коммутируемую нагрузку 1105 в калибровочном устройстве 180 по фиг. 2 и 11.1643 and (b) calibration loads 1588 and 1541. In this embodiment, the switched load 1605 replaces the switched load 1105 in the calibrator 180 of FIG. 2 and 11.
В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1605 может также конструктивно исполняться для калибровки результата измерения более чем одного токонесущего провода (фидеров в ответвленных цепях, обозначенных как линия 1 и линия 2), измеряемых с помощью сенсорного устройства 110. В данном варианте осуществления две разные калибровочные нагрузки 1588 и 1541 подключаются, чтобы позволить калибровочным нагрузкам 1588 и 1541 подсоединяться либо в отдельности к обратному нейтральному проводу, либо парой к паре линия 1-линия 2, что является обычным в системе электроснабжения с расщепленной фазой. Контроллер 285 может управлять сигналами подключения, чтобы электрическим путем связывать калибровочные нагрузки, как указано нижеIn this embodiment, the switched load 1605 may also be configured to calibrate the measurement result of more than one current carrying wire (branch circuit feeders, designated line 1 and line 2) as measured by the sensor device 110. In this embodiment, two different calibration loads The 1588 and 1541 are wired to allow the 1588 and 1541 calibration loads to be connected either individually to the return neutral or as a pair to a line 1-line 2 pair, which is common in split-phase power systems. The 285 controller can control connect signals to electrically couple calibration loads as indicated below.
На фиг. 17 проиллюстрирован пример коммутируемой нагрузки 1705 в соответствии с шестым вариантом осуществления. Коммутируемая нагрузка 1705 может содержать: (а) переключатели 1787, 1742 и 1743 и (b) калибровочную нагрузку 1788. В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1705 заменяет коммутируемую нагрузку 1105 в калибровочном устройстве 180 по фиг. 2 и 11.FIG. 17 illustrates an example of a switched load 1705 in accordance with a sixth embodiment. The switched load 1705 may comprise: (a) switches 1787, 1742, and 1743 and (b) a calibration load 1788. In this embodiment, the switched load 1705 replaces the switched load 1105 in calibrator 180 of FIG. 2 and 11.
В данном варианте осуществления коммутируемая нагрузка 1705 также конструктивно исполняется для калибровки результата измерения более чем одного токонесущего провода (фидеров в ответвленных цепях, обозначенных как линия 1 и линия 2), измеряемых с помощью сенсорного устройства 110. В данном варианте осуществления одна калибровочная нагрузка 1788 подключается, чтобы обеспечить калибровку двух проводов и вдобавок нейтрального, что является обычным в системе электроснабжения с расщепленной фазой. Переключатели 1787 и 1743 могут быть однополюсными двухпозиционными (SPDT) переключателями. Переключатели 1787 и 1743 можно применять с калибровочной нагрузкой 1788 для связывания разных комбинаций проводов ответвленных цепей. Коммутируемая нагрузка 1705 может быть более дешевой в реализации по сравнению с коммутируемой нагрузкой 1605 (фиг. 16) из-за использования одной калибровочной нагрузки. Контроллер 285 может управлять сигналами подключения, чтобы электрическим путем связывать калибровочные нагрузки, как указано нижеIn this embodiment, the switched load 1705 is also configured to calibrate the measurement result of more than one current-carrying wire (the feeders in the branch circuits indicated as line 1 and line 2) measured by the sensor device 110. In this embodiment, one calibration load 1788 is connected to calibrate the two wires plus neutral, which is common in split-phase power systems. The 1787 and 1743 switches can be single pole double throw (SPDT) switches. The 1787 and 1743 switches can be used with a 1788 calibration load to link different combinations of branch circuit wires. The switched load 1705 can be cheaper to implement than the switched load 1605 (FIG. 16) due to the use of a single calibration load. The 285 controller can control connect signals to electrically couple calibration loads as indicated below.
- 13 037144- 13 037144
Во многих примерах необходимо калибровать обе фазовые линии электрической инфраструктуры. Соответственно, одно из калибровочных устройств на фиг. 11 и 14-17 потребовалось бы вставлять в первую фазовую ветвь и вторую фазовую ветвь. В примере, показанном на фиг. 2, калибровочное устройство 180 представляет собой первое калибровочное устройство, а второе калибровочное устройство содержится в вычислительном блоке 120. В других примерах одинарное калибровочное устройство (например, калибровочное устройство с одной из коммутируемых нагрузок 1505, 1605 или 1705) может подключаться к розетке на 240 В, подключенной как к первой, так и ко второй фазовой ветви.In many examples, it is necessary to calibrate both phase lines of the electrical infrastructure. Accordingly, one of the calibration devices in FIG. 11 and 14-17 would need to be inserted into the first phase arm and the second phase arm. In the example shown in FIG. 2, the calibrator 180 is the first calibrator, and the second calibrator is contained in the computing unit 120. In other examples, a single calibrator (for example, a calibrator with one of the switched loads 1505, 1605, or 1705) can be plugged into a 240 volt outlet. connected to both the first and second phase branches.
В варианте осуществления, в котором одно из калибровочных устройств на фиг. 11 и 14-17 вставляется в первую фазовую ветвь и вторую фазовую ветвь, калибровочные устройства должны быть способными связываться между собой, с сенсорным устройством и вычислительным блоком. Можно было бы реализовать ряд различных способов связи. Например, все калибровочные устройства могли бы принимать и передавать данные. В других примерах одно калибровочное устройство (например, калибровочное устройство 180 по фиг. 1) может передавать данные, а второе калибровочное устройство (например, вычислительный блок 120 на фиг. 2) может принимать данные.In an embodiment in which one of the calibration devices in FIG. 11 and 14-17 is inserted into the first phase branch and the second phase branch, the calibration devices must be able to communicate with each other, with the sensor device and the computing unit. A number of different communication methods could be implemented. For example, all calibration devices could receive and transmit data. In other examples, one calibration device (eg, calibrator 180 of FIG. 1) can transmit data and a second calibration device (eg, computing unit 120 of FIG. 2) can receive data.
В некоторых вариантах осуществления два калибровочных устройства могут сообщаться по радио. Например, модуль связи 281 и модуль связи 221 на фиг. 2 могут содержать радио. Калибровочные устройства конструктивно исполнены таким образом, чтобы определять, находятся ли они на разных электрических фазовых ветвях, путем сообщения угла сдвига фаз наблюдаемого цикла в 60 Гц другим калибраторам. В некоторых примерах одно калибровочное устройство может без проводов сообщать другому калибровочному устройству, когда происходит прохождение через нуль электрического тока или напряжения. Перекрытие принятых радиосообщений будет происходить в сообщениях, когда оба калибровочных устройства установлены в одной и той же электрической фазовой ветви. Если имеется смещение между наблюдаемым прохождением нуля и принятым сообщением, калибровочные устройства установлены в разных электрических фазовых ветвях.In some embodiments, the two calibration devices may be in radio communication. For example, communication module 281 and communication module 221 in FIG. 2 may contain radio. The calibration devices are designed in such a way as to determine if they are on different electrical phase branches by communicating the phase angle of the observed cycle of 60 Hz to other calibrators. In some examples, one calibration device can wirelessly communicate to another calibration device when a zero crossing of an electric current or voltage occurs. Overlapping of received radio messages will occur in messages when both calibration devices are installed in the same electrical phase branch. If there is an offset between the observed zero crossing and the received message, the calibration devices are installed in different electrical phase branches.
В одном и том же или отличном примере устройство связи с пользователем 184 в калибровочном устройстве 180 (фиг. 1) может содержать одинарный красный/зеленый светодиод. Зеленый светодиод может указывать, что два калибровочных устройства установлены правильно в двух разных фазах. НаIn the same or different example, the user communication device 184 in the calibrator 180 (FIG. 1) may include a single red / green LED. A green LED can indicate that the two calibration devices are installed correctly in two different phases. On the
- 14 037144 пример, пользователь вначале устанавливает калибровочное устройство 180 по фиг. 1 (т.е. передающее калибровочное устройство) в произвольную электрическую розетку. Затем пользователь устанавливает вычислительный блок 120 по фиг. 1 (т.е. приемное калибровочное устройство) в другую электрическую розетку. Светодиод устройства связи с пользователем 184 может загораться красным цветом, указывая, что оба они в одной и той же фазе, или зеленым, если они в разных фазовых ветвях. Пользователь может переносить второй калибратор в другие розетки, пока не покажется зеленый индикатор устройства связи с пользователем 184.14 037144 example, the user first sets up the calibration device 180 of FIG. 1 (i.e. the transmitting calibration device) into an arbitrary electrical outlet. The user then sets up the computing unit 120 of FIG. 1 (i.e. the calibration receptacle) into a different electrical outlet. The user communication device LED 184 may illuminate red to indicate that they are both in the same phase, or green if they are in different phase branches. The user can move the second calibrator to other outlets until the green indicator of the user communication device 184 appears.
В других вариантах осуществления беспроводная связь может также существовать между каждым из сенсорного устройства 110, калибровочного устройства 180 и вычислительного блока 120. В данном варианте осуществления сенсорное устройство 110 может обнаруживать две электрические фазы в щите выключателей. По мере того как калибровочное устройство 180 совершает цикл по своим электрическим нагрузкам, калибровочное устройство 180 может уведомлять сенсорное устройство 110, а сенсорное устройство 110 может определять, к какой фазе подключено калибровочное устройство 180. Вычислительный блок 120 может также сообщать сенсорному устройству 110, когда он начинает свой цикл по нагрузкам. Сенсорное устройство 110 наблюдает, при каких углах сдвига фаз происходят эти изменения, чтобы заключить, что калибраторы установлены в двух разных фазах.In other embodiments, wireless communication may also exist between each of the sensor device 110, the calibrator 180, and the computing unit 120. In this embodiment, the sensor device 110 may detect two electrical phases in the switch cabinet. As the calibration device 180 cycles through its electrical loads, the calibration device 180 can notify the sensor device 110, and the sensor device 110 can determine which phase the calibration device 180 is connected to. The computing unit 120 can also inform the sensor device 110 when it begins its cycle according to loads. The sensor device 110 observes at what phase angles these changes occur to conclude that the calibrators are installed in two different phases.
В еще одном примере для связи между калибровочным устройством 180 и вычислительным блоком 120 можно применять небеспроводной способ связи. В данных примерах модули связи 221 и/или 281 могут содержать генератор сигналов и/или приемник сигналов. В данном примере калибровочное устройство 180 и вычислительный блок 120 могут посылать сигнал по силовой электрической инфраструктуре. Например, может применяться простая тональная посылка частотой 1 кГц. В таких же или отличных примерах сигнал представляет собой амплитудно-модулированное напряжение, подаваемое в один или несколько проводов силовой электрической инфраструктуры. В другом варианте осуществления сигнал представляет собой амплитудно-модулированный ток, взятый из силовой электрической инфраструктуры. В другом варианте осуществления сигнал представляет собой амплитудно-модулированное напряжение или ток. В одном из вариантов осуществления вычислительный блок 120 может предназначаться в качестве передатчика сигнала, тогда как калибровочное устройство 180 может предназначаться в качестве приемника. Если калибровочное устройство 180 вставлено в электрическую розетку, в устройстве связи с пользователем 184 может загореться зеленый светодиод, если оно не может обнаружить присутствие сигнала, передаваемого первым устройством. Если калибровочное устройство 180 и вычислительный блок 120 подключены к отдельным фазовым ветвям, калибровочное устройство 180 и вычислительный блок 120 не могут обнаружить сигналы, переданные по силовой электрической инфраструктуре другим.In yet another example, a non-wireless communication method may be used for communication between the calibration device 180 and the computing unit 120. In these examples, communication modules 221 and / or 281 may comprise a signal generator and / or a signal receiver. In this example, calibrator 180 and computing unit 120 may send a signal over the power electrical infrastructure. For example, a simple 1 kHz tone burst may be used. In the same or different examples, the signal is an amplitude modulated voltage applied to one or more wires of the power electrical infrastructure. In another embodiment, the signal is an amplitude modulated current drawn from the power electrical infrastructure. In another embodiment, the signal is an amplitude modulated voltage or current. In one embodiment, the computing unit 120 may serve as a signal transmitter, while the calibration device 180 may act as a receiver. If the calibrator 180 is plugged into an electrical outlet, the user communication device 184 may illuminate a green LED if it cannot detect the presence of a signal from the first device. If the calibration device 180 and computing unit 120 are connected to separate phase branches, the calibration device 180 and computing unit 120 cannot detect signals transmitted over the power electrical infrastructure to others.
Если калибровочное устройство 180 обнаруживает сигнал, то красный светодиод может указывать, что два калибровочных устройства находятся в одной фазе. При этом пользователь может получить команду перенести калибровочное устройство 180 или вычислительный блок 120 в другую электрическую розетку. В еще одном варианте осуществления вместо модулей связи 221 и 281, содержащих генератор и/или приемник сигналов, модули связи 221 и 281 могут содержать модули связи по линиям электросети (PLC), чтобы позволить калибровочному устройству 180 и вычислительному блоку 120 связываться по силовой электрической инфраструктуре.If the calibrator 180 detects a signal, then a red LED may indicate that the two calibrators are in the same phase. In this case, the user can be instructed to transfer the calibration device 180 or computing unit 120 to another electrical outlet. In yet another embodiment, instead of communication modules 221 and 281 containing a signal generator and / or receiver, communication modules 221 and 281 may comprise power line communication (PLC) modules to allow calibrator 180 and computing unit 120 to communicate over a power electrical infrastructure. ...
При обращении к другому варианту осуществления на фиг. 18 проиллюстрирована маршрутная карта варианта осуществления способа 1800 калибровки системы контроля электрической энергии в соответствии с вариантом осуществления. Способ 1800 является лишь примерным и не ограничивается вариантами осуществления, представленными в данном документе. Способ 1800 можно использовать во многих различных вариантах осуществления или примерах, конкретно не показанных или не описанных в данном документе. В некоторых вариантах осуществления рабочие операции, процедуры и/или процессы способа 1800 можно выполнять в представленном порядке. В других вариантах осуществления рабочие операции, процедуры и/или процессы способа 1800 можно выполнять в любом ином подходящем порядке. В еще одних вариантах осуществления одну или несколько рабочих операций, процедур и/или процессов в способе 1800 можно объединять или пропускать.Referring to another embodiment in FIG. 18 illustrates a route map of an embodiment of a method 1800 for calibrating an electrical energy monitoring system in accordance with an embodiment. Method 1800 is exemplary only and is not limited to the embodiments presented herein. Method 1800 can be used in many different embodiments or examples not specifically shown or described herein. In some embodiments, the steps, procedures, and / or processes of method 1800 may be performed in the order presented. In other embodiments, the steps, procedures, and / or processes of method 1800 may be performed in any other suitable order. In still other embodiments, one or more work steps, procedures, and / or processes in method 1800 may be combined or omitted.
Способ 1800 можно рассматривать как общий способ калибровки сенсорного устройства. Этот способ может включать определение одного или нескольких калибровочных коэффициентов, которые можно применять для расчета прогнозируемого тока в силовой электрической инфраструктуре сооружения в способе 2000 по фиг. 20. Способ, описанный ниже, можно применять для точного расчета калибровочных коэффициентов независимо от положения сенсорного устройства 110 (фиг. 1) на щите 196 (фиг. 1) за исключением следующих пунктов: (а) если датчики электрического тока 211 (фиг. 2) расположены настолько далеко от главных силовых проводов 193 и 194 (фиг. 1), что измеряется почти неразличимый сигнал от главных силовых проводов 193 и 194, и (b) если все датчики электрического тока 211 (фиг. 2) расположены слишком близко к нейтральному электрическому силовому проводу 195 (фиг. 1) и далеко от электрических силовых проводов 193 и 194.Method 1800 can be viewed as a general method for calibrating a sensor device. This method can include determining one or more calibration factors that can be used to calculate the predicted current in the power electrical infrastructure of the structure in the method 2000 of FIG. 20. The method described below can be used to accurately calculate the calibration coefficients regardless of the position of the sensor device 110 (FIG. 1) on the shield 196 (FIG. 1), except for the following points: (a) if the electric current sensors 211 (FIG. 2 ) are located so far from the main power wires 193 and 194 (Fig. 1) that an almost indistinguishable signal is measured from the main power wires 193 and 194, and (b) if all the electric current sensors 211 (Fig. 2) are located too close to neutral electrical power wire 195 (FIG. 1) and away from electrical power wires 193 and 194.
Способ 1800 на фиг. 18 включает рабочую операцию 1860 получения и запоминания одного или нескольких первых базисных измерений. В некоторых примерах сенсорное устройство 110 (фиг. 2) можноMethod 1800 in FIG. 18 includes the step 1860 of obtaining and storing one or more first baseline measurements. In some examples, the sensor device 110 (FIG. 2) may be
- 15 037144 применять для получения первых базисных измерений с помощью датчиков электрического тока 211 (фиг. 2). Эти первые базисные измерения могут содержать номинальный ток, протекающий по меньшей мере по одному силовому проводу 193 или 194 (фиг. 1) из-за наличия электрических устройств, забирающих электрическую энергию. Кроме того, на каждом датчике (например, на датчиках 641 и 642 (фиг. 6) или датчиках 9411, 9412, ···, 941N (фиг. 9)) можно выполнять измерение амплитуды и фазы. Каждое показание амплитуды L запоминают под названием Lcτaр-N, а каждое показание фазы 0 запоминают под названием 0cτaP-N, где N является номером датчика. В некоторых примерах первые базисные измерения выполняют как в первой фазовой ветви, так и во второй фазовой ветви.- 15 037144 used to obtain the first basic measurements using electric current sensors 211 (Fig. 2). These first baseline measurements may contain the rated current flowing through at least one power wire 193 or 194 (FIG. 1) due to the presence of electrical devices that take electrical energy. In addition, amplitude and phase measurements can be performed on each sensor (eg, sensors 641 and 642 (FIG. 6) or sensors 9411, 9412, ..., 941N (FIG. 9)). Each L amplitude reading is stored under the name Lcτa р-N , and each phase 0 reading is stored under the name 0cτa PN , where N is the sensor number. In some examples, the first baseline measurements are made in both the first phase branch and the second phase branch.
В некоторых примерах рабочая операция 1860 включает также определение амплитуды и угла сдвига фаз напряжения. Угол сдвига фаз напряжения можно применять для того, чтобы помочь рассчитать угол сдвига фаз тока. В некоторых примерах для определения угла сдвига фаз напряжения можно применять датчик электрического напряжения 228 на фиг. 2.In some examples, operation 1860 also includes determining the amplitude and phase angle of the voltage. The phase angle of the voltage can be used to help calculate the phase angle of the current. In some examples, voltage sensor 228 of FIG. 1 may be used to determine the phase angle of the voltage. 2.
Далее способ 1800 по фиг. 18 включает рабочую операцию 1861 временного подключения первой известной калибровочной нагрузки к первой фазовой ветви. В некоторых примерах калибровочное устройство 180 (фиг. 1 и 11) могут подключать к одной из калибровочных нагрузок в коммутируемых нагрузках 1105, 1405, 1505, 1605 или 1705 по фиг. 11, 14, 15, 16 и 17 соответственно.Next, the method 1800 of FIG. 18 includes an operating step 1861 of temporarily connecting a first known calibration load to a first phase branch. In some examples, the calibration device 180 (FIGS. 1 and 11) may be connected to one of the calibration loads in the switched loads 1105, 1405, 1505, 1605, or 1705 of FIG. 11, 14, 15, 16 and 17, respectively.
Затем способ 1800 по фиг. 18 включает рабочую операцию 1862 получения и запоминания одного или нескольких первых калибровочных измерений в первой фазовой ветви. В некоторых примерах сенсорное устройство 110 (фиг. 2) можно применять для получения первых калибровочных измерений от датчиков электрического тока 211 (фиг. 2). В некоторых примерах первые калибровочные измерения выполняют, когда известная калибровочная нагрузка из коммутируемой нагрузки 1105, 1405, 1505, 1605 или 1705 по фиг. 11, 14, 15, 16 и 17 соответственно подключена к первой фазовой ветви (например, к линии 1 на фиг. 15-17). Эта первая известная калибровочная нагрузка будет отбирать известный ток L кал-1. Эти первые калибровочные измерения могут содержать номинальный ток, протекающий по меньшей мере по одному из силовых проводов 193 или 194 (фиг. 1) из-за наличия электрических приборов, забирающих электрическую энергию, и первой известной калибровочной нагрузки.Then, the method 1800 of FIG. 18 includes a step 1862 of obtaining and storing one or more first calibration measurements in a first phase branch. In some examples, sensor device 110 (FIG. 2) may be used to obtain first calibration measurements from electric current sensors 211 (FIG. 2). In some examples, the first calibration measurements are made when the known calibration load from the switched load 1105, 1405, 1505, 1605, or 1705 of FIG. 11, 14, 15, 16 and 17 are respectively connected to the first phase branch (for example, to line 1 in FIGS. 15-17). This first known calibration load will take the known current L cal-1 . These first calibration measurements may comprise a nominal current flowing through at least one of the power leads 193 or 194 (FIG. 1) due to the presence of electrical devices taking electrical energy and the first known calibration load.
Например, на каждом датчике (например, на датчиках 641 и 642 (фиг. 6) или датчиках 9411, 9412, ..., 941N (фиг. 9)) выполняют измерение амплитуды и угла сдвига фаз. Каждое показание амплитуды L запоминают под названием L нов-N-l, а каждое показание угла сдвига фаз 0 запоминают под названием, таким как 0нов-N-l, где N является номером датчика.For example, on each sensor (eg, sensors 641 and 642 (FIG. 6) or sensors 9411, 9412, ..., 941N (FIG. 9)), an amplitude and phase angle measurement is performed. Each L amplitude reading is stored under the name L new-N- l, and each phase angle reading 0 is stored under a name such as 0 new-N- l, where N is the sensor number.
В некоторых примерах рабочая операция 1862 включает также определение амплитуды и угла сдвига фаз напряжения. Угол сдвига фаз напряжения можно применять для того, чтобы помочь рассчитать угол сдвига фаз тока. В некоторых примерах для определения угла сдвига фаз напряжения можно применять датчик электрического напряжения 228 по фиг. 2.In some examples, operation 1862 also includes determining the amplitude and phase angle of the voltage. The phase angle of the voltage can be used to help calculate the phase angle of the current. In some examples, voltage sensor 228 of FIG. 2 may be used to determine the phase angle of the voltage. 2.
Способ 1800 по фиг. 18 продолжают рабочей операцией 1863, на которой первую известную калибровочную нагрузку отключают и ко второй фазовой ветви временно подключают вторую известную калибровочную нагрузку. В некоторых примерах калибровочное устройство 180 (фиг. 1 и 11 могут подключать к одной из калибровочных нагрузок в коммутируемых нагрузках 1405, 1505 или 1605 на фиг. 14, 15 и 16 соответственно. В некоторых примерах вторую известную калибровочную нагрузку подключают ко второй фазовой ветви (например, к линии 2 на фиг. 15-17).Method 1800 of FIG. 18 continues with operation 1863 in which the first known calibration load is disconnected and a second known calibration load is temporarily connected to the second phase branch. In some examples, calibration device 180 (FIGS. 1 and 11 may be connected to one of the calibration loads in switched loads 1405, 1505, or 1605 in FIGS. 14, 15, and 16, respectively. In some examples, a second known calibration load is connected to a second phase branch ( for example, to line 2 in Figs. 15-17).
Далее способ 1800 по фиг. 18 включает рабочую операцию 1864 получения и запоминания вторых калибровочных измерений во второй фазовой ветви. В некоторых примерах сенсорное устройство 110 (фиг. 2) можно применять для получения вторых калибровочных измерений от датчиков электрического тока 211 (фиг. 2). Эти вторые калибровочные измерения могут содержать номинальный ток, протекающий по меньшей мере по одному из силовых проводов 193 или 194 (фиг. 1) из-за наличия электрических приборов, забирающих электрическую энергию, и второй известной калибровочной нагрузки. В некоторых примерах вторые калибровочные измерения выполняют, когда известная калибровочная нагрузка подключена ко второй фазовой ветви (например, к линии 2 на фиг. 15-17). Эта вторая известная калибровочная нагрузка будет отбирать известный ток L кал-2.Next, the method 1800 of FIG. 18 includes a step 1864 of obtaining and storing second calibration measurements in the second phase branch. In some examples, sensor device 110 (FIG. 2) may be used to obtain second calibration measurements from electric current sensors 211 (FIG. 2). These second calibration measurements may comprise a nominal current flowing through at least one of the power leads 193 or 194 (FIG. 1) due to the presence of electrical power drawers and a second known calibration load. In some examples, the second calibration measurements are made when a known calibration load is connected to the second phase branch (eg, line 2 in FIGS. 15-17). This second known calibration load will take the known current L cal-2 .
Например, на каждом датчике (например, на датчиках 641 и 642 (фиг. 6) или датчиках 9411, 9412, ..., 941N (фиг. 9)) выполняют измерение амплитуды и угла сдвига фаз. Каждое показание амплитуды L запоминают под названием L нов-N-2, а каждое показание угла сдвига фаз 0 запоминают под названием, таким как 0нов-N-2, где N является номером датчика.For example, on each sensor (eg, sensors 641 and 642 (FIG. 6) or sensors 9411, 9412, ..., 941N (FIG. 9)), an amplitude and phase angle measurement is performed. Each L amplitude reading is stored under the name L new-N-2 , and each phase angle reading 0 is stored under a name such as 0 new-N-2 , where N is the sensor number.
В некоторых примерах рабочая операция 1864 включает определение амплитуды и угла сдвига фаз напряжения. Угол сдвига фаз напряжения можно применять для того, чтобы помочь рассчитать угол сдвига фаз тока. В некоторых примерах для определения угла сдвига фаз напряжения можно применять датчик электрического напряжения 228 по фиг. 2.In some examples, operation 1864 includes determining the amplitude and phase angle of the voltage. The phase angle of the voltage can be used to help calculate the phase angle of the current. In some examples, voltage sensor 228 of FIG. 2 may be used to determine the phase angle of the voltage. 2.
Затем способ 1800 по фиг. 18 включает рабочую операцию 1865 отключения любых известных калибровочных нагрузок (т.е. второй калибровочной нагрузки) от силовых проводов 193, 194 и/или 195 (фиг. 1).Then, the method 1800 of FIG. 18 includes step 1865 of disconnecting any known calibration loads (ie, second calibration load) from power leads 193, 194, and / or 195 (FIG. 1).
Способ 1800 на фиг. 18 продолжают рабочей операцией 1866 получения и запоминания одного илиMethod 1800 in FIG. 18 continue with the operation 1866 of receiving and storing one or
- 16 037144 нескольких вторых базисных измерений. В некоторых примерах сенсорное устройство 110 (фиг. 2) можно применять для получения вторых базисных измерений от датчиков электрического тока 211 (фиг. 2). Эти вторые базисные измерения могут содержать номинальный ток, протекающий по меньшей мере по одному из силовых проводов 193 или 194 (фиг. 1) из-за наличия электрических приборов, забирающих электрическую энергию. Цель этого второго базисного показания заключается в обеспечении того, чтобы базисная нагрузка, которую наблюдали на рабочей операции 1861, в процессе калибровки не изменилась. Если результаты измерений в рабочей операции 1866 равны результату измерения в рабочей операции 1861 в пределах заданной величины, результаты измерений в рабочей операции 1866 можно отбросить. Если результаты измерений в рабочей операции 1866 находятся вне пределов заданной величины, результат измерения в рабочей операции 1861 можно отбросить. В других примерах рабочую операцию 1866 можно пропускать.- 16 037144 of several second baseline measurements. In some examples, sensor device 110 (FIG. 2) may be used to obtain second baseline measurements from electric current sensors 211 (FIG. 2). These second baseline measurements may comprise a nominal current flowing through at least one of the power leads 193 or 194 (FIG. 1) due to the presence of electrical devices that draw electrical energy. The purpose of this second baseline reading is to ensure that the base load observed in step 1861 does not change during calibration. If the measurements in step 1866 are equal to the measurement in step 1861 within a predetermined value, the measurements in step 1866 can be discarded. If the measurements in work step 1866 are outside the specified range, the measurement in work step 1861 can be discarded. In other examples, work step 1866 may be omitted.
В некоторых примерах рабочая операция 1866 включает также рабочую операцию определения амплитуды и угла сдвига фаз напряжения. Угол сдвига фаз напряжения можно применять для того, чтобы помочь рассчитать угол сдвига фаз тока. В некоторых примерах для определения угла сдвига фаз напряжения можно применять датчик электрического напряжения 228 по фиг. 2.In some examples, operation 1866 also includes the operation of determining the amplitude and phase angle of the voltage. The phase angle of the voltage can be used to help calculate the phase angle of the current. In some examples, voltage sensor 228 of FIG. 2 may be used to determine the phase angle of the voltage. 2.
Далее способ 1800 по фиг. 18 включает рабочую операцию 1867 определения калибровочных коэффициентов. В некоторых примерах рабочая операция 1867 включает применение калибровочного уравнения (уравнений) датчика к базисному измерению и каждому из калибровочных измерений, чтобы вычислить калибровочные множители сенсорного устройства 110 (фиг. 1) для получения калиброванного результата измерения тока по меньшей мере в одном проводе, который считывают сенсорным устройством 110. В некоторых примерах калибровочные коэффициенты можно определять с помощью модуля калибровочных расчетов 229 (фиг. 2), как описано ниже.Next, the method 1800 of FIG. 18 includes step 1867 of determining calibration coefficients. In some examples, operation 1867 includes applying the sensor calibration equation (s) to the reference measurement and each of the calibration measurements to calculate the calibration factors of the sensor device 110 (FIG. 1) to obtain a calibrated current measurement on at least one wire that is being read. sensor device 110. In some examples, calibration coefficients may be determined using calibration calculation module 229 (FIG. 2), as described below.
На фиг. 19 проиллюстрирована маршрутная карта примерного варианта осуществления рабочей операции 1867 определения калибровочных коэффициентов в соответствии с первым вариантом осуществления. В некоторых примерах рабочая операция 1867 может включать в широком смысле выполнение расчета калибровочных коэффициентов 0M, K1, K2, Y1 и Y2. В других примерах можно определять другие калибровочные коэффициенты.FIG. 19 illustrates a route map of an exemplary embodiment of a calibration factor determination operation 1867 in accordance with the first embodiment. In some examples, operation 1867 may broadly include performing a calculation of the calibration factors 0 M , K1, K 2 , Y 1, and Y 2 . In other examples, you can define other calibration factors.
При ссылке на фиг. 19 рабочая операция 1867 включает процедуру 1971 определения потенциальных калибровочных коэффициентов для первой фазовой ветви. В некоторых примерах для каждого датчика от 1 до N (где N является числом датчиков в датчике электрического тока) процедура 1971 может включать выполнение расчета XN-1 и 0M.N.1 с использованием L стаp.N, 0 сmаp-N, L кал-1, L Hoe-N-1 и 0 HoB-N-1, где Xn-1—[^{Ьстар-^+Ьнов-N -12—2 * LcTap -N * Lhob-N-1*COS (0cTap-N— 0нов-К-1)}]/Гкал-1Referring to FIG. 19, operation 1867 includes a procedure 1971 for determining potential calibration factors for the first phase branch. In some examples, for each sensor from 1 to N (where N is the number of sensors in the electric current sensor), routine 1971 may involve performing a calculation of X N-1 and 0 M. N .1 using L hundred p. N , 0 сma p- N , L cal-1 , L Hoe-N-1 and 0 H o BN-1 , where Xn-1 - [^ {bstar - ^ + bnov-N -1 2 - 2 * LcTap - N * Lhob-N-1 * COS (0cTap-N - 0nov-K-1)}] / Gcal-1
ИAND
0M-N-1 — 0HOB-N-1 — Sill 1 [ (LcTap-N * Sin (0cmap-N — 0hob-N-1 ))/ (Xn-1 * Гкал-1 )]·0M-N-1 - 0HOB-N-1 - Sill 1 [(LcTap-N * Sin (0cmap-N - 0hob-N-1)) / (Xn-1 * Gcal-1)] ·
Кроме того, в некоторых примерах, если 0M.N.1> 180°, тоAlso, in some examples, if 0 M. N .1> 180 °, then
0M-N-1 = 0M-N-1 - 180°0M-N-1 = 0M-N-1 - 180 °
Xn-i = Xn-i * (-1).Xn-i = Xn-i * (-1).
Рабочую операцию 1867 на фиг. 19 продолжают процедурой 1972 определения потенциальных калибровочных коэффициентов для второй фазовой ветви. В некоторых примерах для каждого датчика от 1 до N процедура 1972 может включать выполнение расчета XN-2 и 0M-N-2 с использованием L стар.N, стар-N, L кал-2, L нов-N-2 и 0 нов-N-2, где Working step 1867 in FIG. 19 continues with the 1972 procedure for determining potential calibration factors for the second phase branch. In some examples, for each sensor 1 through N, procedure 1972 may involve performing a calculation of X N-2 and 0 MN-2 using L old . N , old-N, L cal-2, L new-N-2 and 0 new-N-2 , where
Xn-2 [ J { Гстар-Ν T Lhob-N-22 - 2 * LcTap-Ν * Lhob-N-2*COS (0cTap-N - 0HOB-N-2) } ] / Гкал-2Xn-2 [J {Gstar-Ν T Lhob-N-2 2 - 2 * LcTap-Ν * Lhob-N-2 * COS (0cTap-N - 0HOB-N-2)}] / Gcal-2
0M-N-2 0hob-N-2 — Sin 1 [ (Lcrap-Ν * Sin (0стар-Ы _ 0hob-N-2 ))/ (Xn-2 * Гкал-2 ) ]·0M-N-2 0hob-N-2 - Sin 1 [(Lcrap-Ν * Sin (0star-S _ 0hob-N-2)) / (Xn-2 * Gcal-2)] ·
Кроме того, в некоторых примерах, если 0M.N.2>180°, тоAlso, in some examples, if 0 M. N. 2 > 180 °, then
0M-N-2 = 0M-N-2- 180°0M-N-2 = 0M-N-2- 180 °
Xn-2= Xn-2 * (-1).Xn-2 = Xn-2 * (-1).
Затем рабочая операция 1867 на фиг. 19 включает процедуру 1973, на которой проверяют действительность измерений. При процедуре 1973, если 0M.N.1 = 0M-N-2 в пределах заданного допуска (например, 0,1%, 1%, 5%, 10% или 20%) для каждого датчик от 1 до N, результаты измерений для этого датчика сохраняют. Если 0M-N-2 A 0M-N-2 в пределах заданного допуска углы сдвига фаз для этого датчика отбрасы вают.Then step 1867 in FIG. 19 includes a 1973 procedure that checks the validity of measurements. In the 1973 procedure, if 0 M. N .1 = 0 MN-2 within the specified tolerance (for example, 0.1%, 1%, 5%, 10% or 20%) for each sensor from 1 to N, the measurement results for this sensor are saved. If 0 MN-2 A 0 MN-2 is within the specified tolerance, the phase angles for this sensor are discarded.
Затем рабочая операция 1867 на фиг. 19 включает процедуру 1974, на которой определяют статистическую моду 0mode для 0M-N-1 для датчиков, не отброшенных на процедуре 1973. В некоторых приме- 17 037144 рах статистическая мода - это наиболее часто повторяющийся угол сдвига фаз в пределах заданного допуска для датчиков, не отброшенных на процедуре 1973.Then step 1867 in FIG. 19 includes a procedure 1974, which determines the statistical mode 0 mode for 0 MN-1 for sensors not discarded in procedure 1973. In some examples, the statistical mode is the most frequently repeated phase angle within a given tolerance for the sensors. not discarded on the 1973 procedure.
Рабочую операцию 1867 на фиг. 19 продолжают процедурой 1975, на которой определяют первую часть калибровочных коэффициентов. В некоторых примерах из остающихся датчиков на процедуре 1975 выбирают датчик с наибольшим значением XN-1 и назначают XN-1 = Kb Xn-2 = K2 И 0M-n-i = 0m-K· Далее этот выбранный датчик будет именоваться датчиком K. Для остальной части процедуры 1867 датчик K могут исключать из перечня датчиков-кандидатов.Working step 1867 in FIG. 19 continues with the 1975 procedure, in which the first part of the calibration coefficients is determined. In some examples, from the remaining sensors in the 1975 procedure, the sensor with the highest value X N-1 is selected and X N-1 = K b X n-2 = K2 AND 0 M -ni = 0 mK For the remainder of Procedure 1867, the K sensor may be dropped from the candidate sensor list.
Затем рабочая операция 1867 на фиг. 19 включает процедуру 1976, на которой определяют вторую часть калибровочных коэффициентов. В некоторых примерах из остающихся датчиков на процедуре 1976 выбирают датчик с наибольшим значением Xn-2 и назначают Xn-2 = Yb Xn-2 = Y2 и 0m-n-2 = 0m.Y· Далее этот выбранный датчик будет именоваться датчиком Y.Then step 1867 in FIG. 19 includes a 1976 procedure in which the second portion of the calibration coefficients is determined. In some examples, the sensor with the highest value of X n-2 is selected from the remaining sensors in procedure 1976 and is assigned X n-2 = Y b X n-2 = Y2 and 0 mn-2 = 0 m . Y In the following, this selected sensor will be referred to as Y sensor.
Затем рабочая операция 1867 на фиг. 19 включает процедуру 1977, на которой определяют третью часть калибровочных коэффициентов. В некоторых примерах рассчитывают 0м, гдеThen step 1867 in FIG. 19 includes a 1977 procedure in which one third of the calibration coefficients are determined. In some examples, 0 m is calculated, where
0м = [ 0м-υ + 0м-к ] / 20m = [0m-υ + 0m-k] / 2
Вышеприведенные формулы, используемые для определения калибровочных коэффициентов, являются всего лишь примерными. В других примерах для расчета таких же или иных калибровочных коэффициентов могут использоваться другие формулы (например, линейные, нелинейные, квадратичные и/или итеративные уравнения).The above formulas used to determine the calibration factors are only indicative. In other examples, other formulas (eg, linear, nonlinear, quadratic, and / or iterative equations) may be used to calculate the same or different calibration factors.
Например, сенсорное устройство могут калибровать (и определять прогнозируемый ток) с помощью единственного датчика. В этом примере датчик размещают в таком месте, в котором магнитное поле от главных силовых электрических проводов 193 и 194 (фиг. 1) симметрично относительно датчика. То есть магнитное поле от главных силовых электрических проводов 193 и 194 (фиг. 1) симметрично относительно датчика. Кроме того, в этом примере датчик Z находится в месте, в котором магнитное поле от главного силового электрического провода 195 (фиг. 1), представляющего нейтральный обратный провод, пренебрежимо мало.For example, a sensor device can calibrate (and determine a predicted current) with a single sensor. In this example, the sensor is placed at a location where the magnetic field from the main power wires 193 and 194 (FIG. 1) is symmetrical about the sensor. That is, the magnetic field from the main power wires 193 and 194 (FIG. 1) is symmetrical about the sensor. In addition, in this example, the sensor Z is located at a location where the magnetic field from the main power electric wire 195 (FIG. 1) representing the neutral return wire is negligible.
Назовем датчик в этом месте, где магнитные поля симметричны, датчиком Z. В этом примере ток, измеренный в датчике Z, равенLet's call the sensor in this place, where the magnetic fields are symmetrical, the Z sensor.In this example, the current measured in the Z sensor is
Lz — Kz * Ёпрогноз где Lz - ток, измеренный датчиком Z, Kz - постоянная, и L прогноз - прогнозируемый объединенный ток в первой фазовой ветви и второй фазовой ветви.L z - Kz * Forecast where L z is the current measured by the sensor Z, K z is constant, and L forecast is the predicted combined current in the first phase branch and the second phase branch.
В этом примере базисное измерение тока, выполненное в датчике Z на рабочей операции 1860 или 1866, могут хранить как Lz-бαзUc· Первые калибровочные измерения, выполненные в датчике Z, могут хранить как Lz-кaл, а ток первой известной калибровочной нагрузки может быть ΔΡ. В этом примере можно рассчитать Kz, гдеIn this example, the baseline current measurement taken at sensor Z at work step 1860 or 1866 can be stored as L z- b αcU c The first calibration measurements taken at sensor Z can be stored as L z-cal , and the current from the first known calibration load can be ΔΡ. In this example, K z can be calculated, where
Kz — (Lz-кал Lz-базис) / ΔΡKz - (Lz-cal Lz-basis) / ΔΡ
В других примерах могут использовать другие калибровочные уравнения, требующие более двух калибровочных измерений. В этих примерах рабочие операции 1861-1866 (фиг. 18) могут повторять столько раз, сколько потребуется при разных калибровочных нагрузках, чтобы получить нужное число калибровочных точек.In other examples, other calibration equations may be used that require more than two calibration measurements. In these examples, work steps 1861-1866 (FIG. 18) may be repeated as many times as required for different calibration loads to obtain the desired number of calibration points.
После завершения процедуры 1977 завершается и рабочая операция 1867, калибровки которой рассчитывают калибровочные коэффициенты.Upon completion of the 1977 procedure, work step 1867 is also completed, the calibrations of which calculate the calibration factors.
Снова возвращаясь к фиг. 18, способ 1800 на фиг. 18 продолжают рабочей операцией 1868, на которой калибровочные коэффициенты сохраняют. В некоторых примерах калибровочные коэффициенты могут сохранять в запоминающем устройстве 226 вычислительного блока 120 на фиг. 1 и 2. В тех же или иных примерах калибровочные коэффициенты могут сохранять в запоминающем устройстве сенсорного устройства 110 и/или калибровочного устройства 180 на фиг. 1. В еще одних вариантах осуществления калибровочные коэффициенты могут передавать в удаленный сервер для хранения и использования. После рабочей операции 1868 способ 1800 завершен·Returning again to FIG. 18, method 1800 in FIG. 18 continues with step 1868 in which the calibration coefficients are stored. In some examples, calibration coefficients may be stored in memory 226 of computing unit 120 in FIG. 1 and 2. In the same or different examples, the calibration coefficients may be stored in the memory of the sensor device 110 and / or the calibration device 180 in FIG. 1. In still other embodiments, the implementation of the calibration coefficients can be transmitted to a remote server for storage and use. After work step 1868, method 1800 is completed
Фиг. 20 иллюстрирует блок-схему для варианта осуществления способа 2000 определения прогнозируемого тока в электрических силовых проводах. Способ 2000 является чисто примерным и не ограничивается вариантами осуществления, представленными в настоящем документе. Способ 2000 можно использовать во многих различных вариантах осуществления или примерах, конкретно не показанных или не описанных в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления рабочие операции, процедуры и/или процессы способа 2000 могут выполнять в представленном порядке. В других вариантах осуществления рабочие операции, процедуры и/или процессы способа 2000 могут выполнять в любом ином подходящем порядке. В еще одних вариантах осуществления одна или несколько рабочих операций, процедур и/или процессов в способе 2000 могут объединять или пропускать.FIG. 20 illustrates a flow diagram for an embodiment of a method 2000 for determining predicted current in electrical power wires. Method 2000 is purely exemplary and not limited to the embodiments presented herein. Method 2000 can be used in many different embodiments or examples not specifically shown or described herein. In some embodiments, the steps, procedures, and / or processes of method 2000 may be performed in the order presented. In other embodiments, the steps, procedures, and / or processes of method 2000 may be performed in any other suitable order. In still other embodiments, one or more of the work steps, procedures, and / or processes in method 2000 can be combined or skipped.
Способ 2000 представляет собой общий способ определения прогнозируемой электрической энергии (и/или электрического тока), потребляемой в электрических силовых проводах. Этот способ включает использование нескольких предопределенных калибровочных коэффициентов (см. способ 18 на фиг. 18) для определения прогнозируемого тока в силовой электрической инфраструктуре сооружения. СпоMethod 2000 is a general method for determining predicted electrical energy (and / or electrical current) consumed in electrical power wires. This method includes using several predefined calibration factors (see method 18 in FIG. 18) to determine the predicted current in the power electrical infrastructure of the structure. Spo
- 18 037144 соб, описываемый ниже, может использоваться для точного расчета калибровочных коэффициентов независимо от положения сенсорного устройства 110 (фиг. 1) на щите 196 (фиг. 1) за исключением следующего: (а) если датчики электрического тока 211 (фиг. 2) расположены настолько далеко от главных силовых проводов 193 и 194 (фиг. 1), что измеряется почти неразличимый сигнал от главных силовых проводов, и (b) если все датчики электрического тока 211 (фиг. 2) расположены слишком близко к нейтральному электрическому силовому проводу 195 (фиг. 1) и далеко от электрических силовых проводов 193 и 194. В некоторых примерах способ 2000 может, в общих чертах, включать рабочую операцию, на которой рассчитывают прогнозируемый ток L1-прогноз и L2-прогноз (как обычно сообщается электросистемой общего пользования, поставляющей электрическую энергию) в каждой ветви силовой электрической инфраструктуры (например, в первой и второй фазовых ветвях).- 18 037144 sob, described below, can be used to accurately calculate the calibration coefficients regardless of the position of the sensor device 110 (Fig. 1) on the shield 196 (Fig. 1), except for the following: (a) if the electric current sensors 211 (Fig. 2 ) are located so far from the main power wires 193 and 194 (FIG. 1) that an almost indistinguishable signal from the main power wires is measured, and (b) if all the electric current sensors 211 (FIG. 2) are located too close to the neutral electric power wire 195 (FIG. 1) and away from electrical power wires 193 and 194. In some examples, method 2000 may, in general terms, include a work step that calculates the predicted current L 1 - forecast and L 2 - forecast (as commonly reported by the electrical system common use, supplying electrical energy) in each branch of the power electrical infrastructure (for example, in the first and second phase branches).
В некоторых примерах способ 1800 на фиг. 18 и способ 2000 могут объединять для создания способа использования устройства для измерения потребления энергии. Альтернативно, способ 1800 на фиг. 18, объединенный со способом 2000, можно рассматривать как способ определения прогнозируемого тока (и/или электрической энергии) в электрических силовых проводах. В этих вариантах осуществления способ 1800 может выполняться один раз для определения калибровочных коэффициентов, а способ 2000 может быть повторным для определения прогнозируемого тока (и/или электрической энергии), потребляемого нагрузкой сооружения в разные моменты времени.In some examples, method 1800 in FIG. 18 and method 2000 can be combined to provide a method for using a device for measuring energy consumption. Alternatively, method 1800 in FIG. 18, combined with method 2000, can be viewed as a method for determining predicted current (and / or electrical energy) in electrical power wires. In these embodiments, method 1800 may be performed once to determine calibration factors, and method 2000 may be repeated to determine predicted current (and / or electrical energy) consumed by the structure load at different times.
Обратимся к фиг. 20. Способ 2000 включает рабочую операцию 2061, на которой выполняют первую серию измерений, используя первый датчик электрического тока. В разных вариантах осуществления для выполнения первой серии измерений могут использовать один из датчиков электрического тока 211 (фиг. 2). В некоторых примерах рабочая операция 2061 может включать процедуру, на которой измеряют амплитуду и угол сдвига фаз в датчике K. Показание амплитуды могут запоминать под названием LK, a показание угла сдвига фаз - под названием 0K.Referring to FIG. 20. Method 2000 includes step 2061 in which a first series of measurements is performed using a first electric current sensor. In various embodiments, one of the electric current sensors 211 (FIG. 2) may be used to perform the first series of measurements. In some examples, step 2061 may include a procedure that measures the amplitude and phase angle at the K sensor. The amplitude reading may be stored as L K and the phase angle reading as 0K.
В некоторых примерах рабочая операция 2061 включает также процедуру, на которой определяют амплитуду и угол сдвига фаз напряжения. Угол сдвига фаз напряжения могут использовать, чтобы помочь рассчитать угол сдвига фаз тока. В некоторых примерах для того, чтобы определить угол сдвига фаз напряжения, могут использовать датчик электрического напряжения 228 на фиг. 2.In some examples, operation 2061 also includes a routine that determines the amplitude and phase angle of the voltage. The phase angle of the voltage can be used to help calculate the phase angle of the current. In some examples, voltage sensor 228 of FIG. 1 may be used to determine the phase angle of the voltage. 2.
Затем способ 2000 на фиг. 20 включает рабочую операцию 2062, на которой выполняют первую серию измерений, используя первый датчик электрического тока. В разных вариантах осуществления для выполнения первой серии измерений могут использовать один из датчиков электрического тока 211 (фиг. 2). В некоторых примерах рабочая операция 2063 может включать процедуру, на которой измеряют амплитуду и угол сдвига фаз в датчике Y. Показание амплитуды могут запоминать под названием LY, a показание угла сдвига фаз - под названием 0Y.Then, the method 2000 in FIG. 20 includes step 2062 in which a first series of measurements is performed using a first electric current sensor. In various embodiments, one of the electric current sensors 211 (FIG. 2) may be used to perform the first series of measurements. In some examples, step 2063 may include a procedure that measures the amplitude and phase angle at the Y sensor. The amplitude reading may be stored as L Y and the phase angle reading as 0Y.
В некоторых примерах рабочая операция 2062 включает также процедуру, на которой определяют амплитуду и угол сдвига фаз напряжения. Как уже отмечалось, угол сдвига фаз тока равен углу сдвига фаз, измеренному датчиком, минус угол сдвига фаз напряжения. В некоторых примерах для того, чтобы определить угол сдвига фаз напряжения, могут использовать датчик электрического напряжения 228 на фиг. 2.In some examples, operation 2062 also includes a routine that determines the amplitude and phase angle of the voltage. As already noted, the phase angle of the current is equal to the phase angle measured by the sensor, minus the phase angle of the voltage. In some examples, voltage sensor 228 of FIG. 1 may be used to determine the phase angle of the voltage. 2.
Затем способ 2000 на фиг. 20 включает рабочую операцию 2063, на которой определяют прогнозируемую электрическую энергию, потребляемую в первой фазовой ветви. В некоторых примерах рабочая операция 2063 может включать процедуру, на которой определяют амплитуду L1 первой фазовой ветви и угол сдвига фаз 01, первой фазовой ветви, используя калибровочные коэффициенты 0M, K1, K2, Y1 и Y2, гдеThen, the method 2000 in FIG. 20 includes an operation step 2063, in which the predicted electrical energy consumed in the first phase branch is determined. In some examples, operation 2063 may include a procedure that determines the amplitude L 1 of the first phase branch and the phase angle of 01, the first phase branch using the calibration factors 0M, K1, K 2 , Y1, and Y 2 , where
Li = [ ^ { (LK / К2)2 + (LY / Y2)2 - 2*(Lk / K2)*(Ly / Y2)*Cos (0к - 0γ) } ] / [(Κ1/Κ2)(Υι/Υ2)] иLi = [^ {(L K / K 2 ) 2 + (LY / Y2) 2 - 2 * (Lk / K2) * (L y / Y 2 ) * Cos (0k - 0γ)}] / [(Κ1 / Κ2) (Υι / Υ 2 )] and
0ι = Tg·1 [{ (LK/K2)*Sin(0K - 0м) - (LY/Y2)*Sin(0Y - 0м) } / { (Lk/K2)*Cos(0k - 0м) (Ly/Y2)*Cos(0y - 0м) } ]0ι = Tg · 1 [{(L K / K 2 ) * Sin (0K - 0m) - (L Y / Y 2 ) * Sin (0Y - 0m)} / {(L k / K 2 ) * Cos (0k - 0m) (L y / Y 2 ) * Cos (0y - 0m)}]
В некоторых примерах прогнозируемая энергия Р1.проГноз в первой фазовой ветви может быть электрической энергией в первой фазовой ветви, какая обычно сообщается электросистемой общего пользования. В некоторых вариантах осуществления прогнозируемый ток L1.прогноз в первой фазовой ветвиIn some examples, the predicted energy P1. pr about G but z in the first phase branch may be electrical energy in the first phase branch, which is usually communicated by the public electrical system. In some embodiments, the predicted current L 1 . first phase branch prediction
Pl-прогноз =V*Li*Cos(0i) где V - напряжение, измеренное на рабочей операции 2062.Prediction Pl = V * Li * Cos (0i) where V is the voltage measured at work step 2062.
Способ 2000 на фиг. 20 продолжают рабочей операцией 2064, на которой определяют прогнозируемую электрическую энергию, потребляемую во второй фазовой ветви. В некоторых примерах рабочая операция 2064 может включать процедуру, на которой определяют амплитуду L2 второй фазовой ветви и угол сдвига фаз 02 второй фазовой ветви, используя калибровочные коэффициенты 0M, K1, K2, Y1 и Y2, гдеMethod 2000 in FIG. 20 continues with operation 2064, which determines the predicted electrical energy consumed in the second phase branch. In some examples, operation 2064 may include a procedure that determines the amplitude L 2 of the second phase branch and the phase angle 0 2 of the second phase branch using the calibration coefficients 0M, K1, K 2 , Y1, and Y 2 , where
- 19 037144- 19 037144
L2 = [ V { (LK / KO2 + (LY / Y1)2 - 2*(LK / Ki)*(Ly / Yi)*Cos (0k - 0y) } ] / [(K2/Ki)(Y2/Y1)] иL 2 = [V {(L K / KO 2 + (LY / Y1) 2 - 2 * (LK / Ki) * (Ly / Yi) * Cos (0k - 0y)}] / [(K 2 / Ki) (Y2 / Y1)] and
02 = Tg'1 [{ (LK/Ki)*Sin(0K - 0м) - (LY/Yi)*Sin(0Y - 0м) } / { (Lk/Ki)*Cos(0k - 0м) - (Ly/Yi)*Cos(0y - 0m) } ]0 2 = Tg ' 1 [{(LK / Ki) * Sin (0 K - 0m) - (L Y / Yi) * Sin (0 Y - 0m)} / {(Lk / Ki) * Cos (0k - 0m ) - (Ly / Yi) * Cos (0y - 0m)}]
В некоторых примерах прогнозируемая электрическая энергия Р2-прогноз, во второй фазовой ветви может быть электрической энергией второй фазовой ветви, какая обычно сообщается электросистемой общего пользования. В некоторых вариантах осуществления прогнозируемый ток Р2-прогноз, во второй фазовой ветвиIn some examples, the predicted electrical energy P 2 -predicted in the second phase branch may be electrical energy in the second phase branch, which is usually communicated by the public electrical system. In some embodiments, the predicted current P 2 is the prediction , in the second phase branch
Рг-ирогно^ V*L2*Cos(02) где V - напряжение, измеренное на рабочей операции 2062.Pr-irogno ^ V * L 2 * Cos (0 2 ) where V is the voltage measured at work step 2062.
Во втором примере, в котором в сенсорном устройстве используют лишь один датчик Z, определение прогнозируемой энергии Рпрогноз является относительно простым. В этом примере датчик Z размещают в таком месте, в котором магнитное поле от главных силовых электрических проводов 193 и 194 (фиг. 1) симметрично относительно датчика Z, и датчик Z находится в месте, в котором магнитное поле от главного силового электрического провода 195 (фиг. 1) пренебрежимо мало. В этом примере электрическую энергию, измеренную в датчике Z, можно рассчитать по формулеIn the second example, wherein the sensor device uses only one sensor Z, determining the predicted power P prognosis it is relatively simple. In this example, the Z sensor is placed at a location where the magnetic field from the main power wires 193 and 194 (FIG. 1) is symmetrical about the Z sensor, and the Z sensor is located at a location where the magnetic field from the main power wire 195 ( Fig. 1) is negligible. In this example, the electrical energy measured in the Z sensor can be calculated using the formula
Рпрогноз = В * LZ / Kz где V - напряжение, измеренное на рабочей операции 2062, Lz - ток, измеренный датчиком Z на рабочей операции 2061, Kz - постоянная (уже определенная на рабочей операции 1867 на фиг. 18).Pprognosis = B * L Z / Kz where V is the voltage measured at work step 2062, L z is the current measured by sensor Z at work step 2061, K z is a constant (already determined at work step 1867 in FIG. 18).
Способ 2000 на фиг. 20 продолжают рабочей операцией 2065, на которой прогнозируемый ток в первой и второй фазовых ветвях используют и/или сообщают. Суммарная прогнозируемая электрическая энергия Рпрогноз - это сумма прогнозируемой электрической энергии в первой фазовой ветви и прогнозируемой электрической энергии во второй фазовой ветвиMethod 2000 in FIG. 20 continues with operation 2065 in which the predicted current in the first and second phase branches is used and / or reported. The total predicted electrical energy P forecast is the sum of the predicted electrical energy in the first phase branch and the predicted electrical energy in the second phase branch
Рпрогноз- Р2-прогноз + Р1-прогноз P-forecast - P2-forecast + P1-forecast
В некоторых примерах электрическую энергию, потребляемую нагрузкой в сооружении (т.е. Рпрогноз), могут отображать пользователю на устройстве связи с пользователем 134 вычислительного блока 120 (фиг. 1 и 2). В других примерах потребляемую электрическую энергию (и/или прогнозируемый ток) могут сообщать в электросистему общего пользования, поставляющую электрическую энергию, или могут сообщать другим субъектам.In some examples, the electrical energy consumed by the load in the structure (ie, the P forecast ) may be displayed to the user on the communication device with the user 134 of the computing unit 120 (FIGS. 1 and 2). In other examples, the consumed electrical energy (and / or predicted current) may be reported to a public electrical system supplying electrical energy, or may be communicated to other entities.
В еще одних вариантах осуществления прогнозируемый ток могут использовать при дезагрегировании нагрузок, основанном на ступенчатом изменении и угле сдвига фаз между наблюдаемым током и напряжением. Вычислительный блок 120 может определять и устанавливать ступенчатое изменение (повышение или снижение тока) в одно или несколько электрических устройств в сооружении для указания на его использование. Дальнейшее дезагрегирование может осуществляться путем наблюдения присутствия электробытовых приборов 120 В и 240 В по данным о токе в каждой фазовой ветви. В дополнение к ступенчатым изменениям суммарного тока, ступенчатые изменения в каждой отдельной фазовой ветви идентифицируют также наличие иной нагрузки или электробытового прибора (т.е. подобных нагрузок, установленных в разных местах в здании). Изменение угла сдвига фаз, наблюдаемое из-за внутреннего реактивного сопротивления устройства, позволяет идентифицировать реактивные нагрузки (т.е. вентиляторы, электродвигатели, микроволновые печи, компрессоры). Прогнозируемое реактивное сопротивление не требуется - достаточны наблюдаемые необработанные углы сдвига фаз, пока они априори связаны с устройством. В некоторых примерах мгновенное изменение потребления тока в силовой электрической инфраструктуре может отражать пусковую характеристику устройства, которая может характеризовать бытовые электроприборы. Этот способ включает использование сравнения с шаблонами в известной библиотеке пусковых подписей для классификации неизвестных нагрузок. Это пространство признаков намного менее чувствительно к перекрывающимся категориям устройств и способно разделять многие устройства с аналогичными нагрузочными характеристиками. Например, два электродвигателя с подобным потреблением активной и реактивной мощности могут проявлять весьма разнящиеся пусковые признаки и за счет этого дезагрегироваться. Этот подход может быть приемлемым для электрических устройств, потребляющие большие токовые нагрузки или, по меньшей мере, потребляющие большие токи при пуске. Используя эти рабочие операции, нагрузки в силовой электрической инфраструктуре можно дезагрегировать.In still other embodiments, the predicted current can be used to disaggregate loads based on step and phase angle between the observed current and voltage. Computing unit 120 may determine and set a step change (current increase or decrease) in one or more electrical devices in the structure to indicate its use. Further disaggregation can be done by observing the presence of 120 V and 240 V electrical appliances from the current in each phase branch. In addition to the step changes in the total current, the step changes in each individual phase branch also identify the presence of a different load or appliance (i.e. similar loads installed at different locations in the building). The change in phase angle observed due to the internal reactance of the device allows the identification of reactive loads (i.e. fans, electric motors, microwave ovens, compressors). Predictive reactance is not required - the observed raw phase angles are sufficient as long as they are a priori related to the device. In some examples, the instantaneous change in current consumption in the power electrical infrastructure may reflect the starting characteristic of the device, which may be characteristic of household electrical appliances. This method involves using pattern matching in a known trigger signature library to classify unknown loads. This feature space is much less sensitive to overlapping device categories and is capable of separating many devices with similar loading characteristics. For example, two electric motors with a similar consumption of active and reactive power can show very different starting characteristics and, due to this, become disaggregated. This approach may be acceptable for electrical devices that draw large current loads, or at least draw large currents when starting. Using these work steps, loads in the power electrical infrastructure can be disaggregated.
После рабочей операции 2065 способ 2000 завершен.After work step 2065, method 2000 is complete.
Фиг. 21 иллюстрирует пример первого местоположения двух датчиков электрического тока относительно главных силовых электрических проводов 193, 194 и 195 (фиг. 1) в соответствии с одним вариантом осуществления. Местоположение двух датчиков электрического тока, показанное на фиг. 21, использовалось для проверки способа калибровки 1800 на фиг. 18 и способа определения тока 2000 на фиг. 20. Нагрузки, подключенные к главным силовым электрическим проводам 193, 194 и 195 (фиг. 1), произвольно включались и выключались. При этих произвольных включениях и выключениях нагрузок с по- 20 037144 мощью устройства контроля тока контролировался фактический ток. После выполнения измерений с помощью двух датчиков электрического тока были рассчитаны и прогнозируемые токи с использованием способов 1800 и 2000 на фиг. 18 и 20 соответственно. Фиг. 22 иллюстрирует график, сравнивающий токи, прогнозируемые способами на фиг. 18 и 20, с измеренными токами. Как показано на фиг. 22, прогнозируемые токи близко отражают измеренные токи.FIG. 21 illustrates an example of a first location of two electric current sensors relative to main power wires 193, 194, and 195 (FIG. 1), in accordance with one embodiment. The location of the two electric current sensors shown in FIG. 21 was used to test the calibration method 1800 in FIG. 18 and the method for determining current 2000 in FIG. 20. Loads connected to main power lines 193, 194 and 195 (FIG. 1) were randomly turned on and off. During these random switching on and off of the loads, the actual current was monitored using the power of the current monitor. After measurements were taken with two electric current sensors, predicted currents were calculated using methods 1800 and 2000 in FIG. 18 and 20 respectively. FIG. 22 illustrates a graph comparing the currents predicted by the methods of FIG. 18 and 20, with measured currents. As shown in FIG. 22, the predicted currents closely reflect the measured currents.
Фиг. 23 иллюстрирует пример второго местоположения двух датчиков электрического тока относительно главных силовых электрических проводов 193, 194 и 195 (фиг. 1) в соответствии с одним вариантом осуществления. Местоположение двух датчиков электрического тока, показанное на фиг. 23, также использовалось для проверки способа калибровки 1800 на фиг. 18 и способа определения тока 2000 на фиг. 20. Нагрузки, подключенные к главным силовым электрическим проводам 193, 194 и 195 (фиг. 1), произвольно включались и выключались. При этих произвольных включениях и выключениях нагрузок с помощью устройства контроля тока контролировался фактический ток. После выполнения измерений с помощью двух датчиков электрического тока были рассчитаны и прогнозируемые токи с использованием способов 1800 и 2000. Фиг. 24 иллюстрирует график, сравнивающий токи, прогнозируемые способами на фиг. 18 и 20, с измеренными токами. Как показано на фиг. 24, прогнозируемые токи близко отражают измеренные токи.FIG. 23 illustrates an example of a second location of two electric current sensors with respect to main power wires 193, 194, and 195 (FIG. 1), in accordance with one embodiment. The location of the two electric current sensors shown in FIG. 23 was also used to test the calibration method 1800 in FIG. 18 and the method for determining current 2000 in FIG. 20. Loads connected to main power lines 193, 194 and 195 (FIG. 1) were randomly turned on and off. During these random switching on and off of the loads, the actual current was monitored using the current monitor. After measurements were taken with the two electric current sensors, the predicted currents were calculated using methods 1800 and 2000. FIG. 24 illustrates a graph comparing the currents predicted by the methods of FIG. 18 and 20, with measured currents. As shown in FIG. 24, the predicted currents closely reflect the measured currents.
Хотя изобретение описано со ссылками на конкретные варианты осуществления, специалистам будет ясно, что возможны различные изменения в пределах сущности и объема изобретения. Соответственно, раскрытие вариантов осуществления изобретения предназначено служить иллюстрацией объема изобретения, и не предназначено ограничивать его. По намерениям авторов, объем изобретения должен ограничиваться лишь в мере, требуемой прилагаемой формулой изобретения. Например, специалисту будет легко понятно, что рабочие операции 1860, 1861, 1862, 1863, 1864, 1865, 1866, 1867 и 1868 на фиг. 18, процедуры 1971, 1972, 1973, 1974, 1975, 1976 и 1977 на фиг. 17 и рабочие операции 2061, 2062, 2063, 2064 и 2065 на фиг. 20 могут состоять из многих разных рабочих операций и процедур и могут выполняться многими различными модулями, во многих различных порядках, что любой элемент на фиг. 1 может быть изменен, и что вышеприведенное рассмотрение некоторых из этих вариантов осуществления не обязательно представляет полное описание всех возможных вариантов осуществления.While the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various variations are possible within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the disclosure of the embodiments is intended to serve as an illustration of the scope of the invention, and is not intended to limit it. The authors intend that the scope of the invention should be limited only to the extent required by the appended claims. For example, one of ordinary skill in the art will readily understand that steps 1860, 1861, 1862, 1863, 1864, 1865, 1866, 1867, and 1868 in FIG. 18, Procedures 1971, 1972, 1973, 1974, 1975, 1976 and 1977 in FIG. 17 and steps 2061, 2062, 2063, 2064, and 2065 in FIG. 20 may consist of many different operating steps and procedures, and may be performed by many different modules, in many different orders, such that any item in FIG. 1 is subject to change, and that the above discussion of some of these embodiments does not necessarily represent a complete description of all possible embodiments.
Все элементы, заявляемые в любом конкретном пункте формулы изобретения, являются существенными для варианта осуществления, заявляемого в этом конкретном пункте. Следовательно, замена одного или нескольких заявляемых элементов являет собой реконструкцию, а не ремонт. Кроме того, выгоды, иные преимущества и решения проблем описаны применительно к конкретным вариантам осуществления. Следует, однако, отметить, что эти выгоды, преимущества, решения проблем и любой элемент или элементы, которые могут вызвать или усилить любую выгоду, преимущество или решение, не должны толковаться как критические, требуемые или существенные признаки или элементы любого или всех пунктов, если эти выгоды, преимущества, решения или элементы не указаны в этом пункте.All elements claimed in any particular claim are essential to the embodiment claimed in that particular claim. Consequently, the replacement of one or more of the claimed elements is a reconstruction and not a repair. In addition, benefits, other advantages, and solutions to problems are described with respect to specific embodiments. It should be noted, however, that these benefits, advantages, solutions to problems, and any element or elements that may cause or enhance any benefit, advantage or solution, should not be construed as critical, required, or essential features or elements of any or all of the clauses if these benefits, advantages, solutions or elements are not specified in this clause.
Кроме того, варианты осуществления и ограничения, раскрытые в настоящем документе, не передаются в общественное пользование по доктрине передачи в общественное пользование, если эти варианты осуществления и/или ограничения: (1) не выражены положительным образом в формуле изобретения и (2) являются или потенциально являются эквивалентами положительно выраженных элементов и/или ограничений в формуле изобретения по теории (доктрине) эквивалентов.In addition, the embodiments and limitations disclosed herein are not publicized under the public domain doctrine unless those embodiments and / or limitations: (1) are not positively expressed in the claims and (2) are or are potentially equivalents of the positively expressed elements and / or limitations in the claims on the theory (doctrine) of equivalents.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US38017410P | 2010-09-03 | 2010-09-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201991421A1 EA201991421A1 (en) | 2019-11-29 |
| EA037144B1 true EA037144B1 (en) | 2021-02-11 |
Family
ID=68653641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201991421A EA037144B1 (en) | 2010-09-03 | 2011-07-01 | Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA037144B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119472224B (en) * | 2025-01-16 | 2025-03-21 | 漳州菲亚时家居用品有限公司 | A clock calibration system and method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4891587A (en) * | 1986-09-30 | 1990-01-02 | National Research Development Corporation | Magnetic field sensor using variations in ultrasound to determine magnetic field |
| JPH10282161A (en) * | 1997-04-09 | 1998-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Power consumption monitoring system |
| US20040140908A1 (en) * | 2001-04-12 | 2004-07-22 | Paul Gladwin | Utility usage rate monitor |
| KR20080114143A (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | 전자부품연구원 | Real-time electricity usage monitoring system using mesh sensor network |
-
2011
- 2011-07-01 EA EA201991421A patent/EA037144B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4891587A (en) * | 1986-09-30 | 1990-01-02 | National Research Development Corporation | Magnetic field sensor using variations in ultrasound to determine magnetic field |
| JPH10282161A (en) * | 1997-04-09 | 1998-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Power consumption monitoring system |
| US20040140908A1 (en) * | 2001-04-12 | 2004-07-22 | Paul Gladwin | Utility usage rate monitor |
| KR20080114143A (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | 전자부품연구원 | Real-time electricity usage monitoring system using mesh sensor network |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201991421A1 (en) | 2019-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6152437B2 (en) | System and method for measuring power usage in a structure and system and method for calibrating the same | |
| US10345423B2 (en) | System and method for monitoring electrical power usage in an electrical power infrastructure of a building | |
| US20200052482A1 (en) | Communication enabled circuit breakers | |
| US9791477B2 (en) | Plug-through energy monitor | |
| Lorek et al. | COTS-based stick-on electricity meters for building submetering | |
| EA037144B1 (en) | Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same | |
| JP5767673B2 (en) | Current waveform measuring device | |
| AU2015202528B2 (en) | Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same | |
| Donahue et al. | Study of the effects of smart meter RF transmissions on GFCI outlets | |
| CN105469966A (en) | Rotary transformer | |
| HK1182178B (en) | Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same | |
| HK1182178A (en) | Systems and methods for measuring electrical power usage in a structure and systems and methods of calibrating the same | |
| JP7228760B2 (en) | Transmitting device, receiving device, transmission system and transmission method | |
| CZ309729B6 (en) | Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source | |
| Morales et al. | Electronic schuko socket for electrical energy saving | |
| Donahue | The Study Of The Effect Of Smart Meter Rf Transmissions On Ground Fault Circuit Interrupters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ MD TJ TM |