СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02J13/00 

Область техники

Изобретение в общем имеет отношение к контролю нагрузки в системе распределения мощности (энергии), а более конкретно, имеет отношение к способу и устройству для дистанционного контроля нагрузки в системе распределения мощности, которые позволяют производить проверку достоверности эксплуатационных параметров определения характеристик нагрузки в устройстве.

Уровень техники.

В патенте США No. 5,281,859 раскрыта "автоматически переключаемая силовая розетка," причем в этом патенте коммутируемая силовая цепь избирательно подключает электрическую нагрузку к одной из множества ветвей силовой цепи. Коммутируемая силовая цепь содержит чувствительную схему (датчик) для определения характеристик электрической нагрузки в каждой ветви цепи. Логическая схема подключена к чувствительной схеме для выбора одной из ветвей цепи, подключаемой к нагрузке, в соответствии с определенными характеристиками нагрузки, чтобы сбалансировать нагрузку во всех ветвях цепи.

В патенте США No. 5,424,903 раскрыт "интеллектуальный силовой коммутатор," который представляет собой интеллектуальную коммутируемую силовую систему для контроля электрического подключения источника питания к каждому из множества выходов, таких как компоненты персонального компьютера или электронного развлекательного оборудования. Схема переключателя подключена к релейным схемам для выработки сигналов в ответ на команды пользователя, чтобы выбирать включенное или выключенное состояние каждого из выходов.

В патенте США No. 5,862,393 раскрыта "система управления мощностью компьютера с заменяемыми устройствами." В этом патенте описана система управления потребляемой мощностью за счет передачи событий управления режимом электропитания на заменяемое устройство компьютера. В ответ на событие управления режимом электропитания сигнал замены устройства передается на контроллер устройства, чтобы заменить устройство, когда устройство установлено в розетке компьютера. Этот сигнал замены устройства содержит информацию относительно изменения электропитания устройства, такую как информация относительно прерывания подачи электрической энергии на это устройство. Информация относительно изменения электропитания устройства передается при помощи контроллера устройства на драйвер устройства в ответ на сигнал замены устройства. Подачу электропитания на устройство прекращают в ответ на событие управления режимом электропитания. Кроме того, сигнал введения устройства передают на контроллер устройства в ответ на другое событие управления режимом электропитания, если устройство остается установленным в розетке. Этот сигнал введения устройства несет информацию о другом изменении состояния устройства. Подачу электропитания на устройство возобновляют в ответ на это событие управления режимом электропитания.

В патенте США No. 6,618,772 раскрыты "способ и устройство для выбора, контроля и управления устройствами с электропитанием." В соответствии с одним из вариантов устройство представляет собой устройство с электропитанием, имеющее ключевую нагрузочную линию и коммутирующие схемы управления для контроля использования устройства с электропитанием за счет разрыва ключевой нагрузочной линии.

В патенте США No. 6,741,442 раскрыта "интеллектуальная система распределения мощности," в которой используют одну или несколько интеллектуальных колодок электропитания. Каждая колодка электропитания имеет удлиненный корпус, который может быть приспособлен для установки в аппаратную стойку. Кроме того, колодки электропитания дополнительно содержат схемы управления режимом электропитания, которые могут подключать и отключать силовые выходы в соответствии с заданной оператором последовательностью и задержками. Схемы управления режимом электропитания дополнительно могут определять потребляемый колодкой электропитания ток и управлять работой колодки электропитания на основании измеренного электрического тока, чтобы снизить до минимума число размыканий автоматического выключателя.

В патенте США No. 6,744,150 раскрыта "выходная колодка, управляемая при помощи ПК с использованием силового отвода низкого напряжения." В этом патенте раскрыта усовершенствованная колодка электропитания, которая позволяет автоматически подключать или отключать электропитание одного или нескольких устройств, вилки которых вставлены в колодку, за счет приема электрического сигнала от первичного устройства, без необходимости переключения вручную переключателя на колодке электропитания или в системе текущего контроля. В системе используют соединитель с отводом низкого напряжения, вилка которого вставлена в любую соответствующую розетку первичного устройства (которым может быть персональный компьютер), чтобы определять первичное состояние источника питания. Выходной сигнал переключает синхронный проходной переключатель или реле, что позволяет подавать питание на вторичные устройства, чтобы синхронно включать или выключать их в зависимости от состояния компьютера.

В патенте США No. 6,937,461 раскрыт "модульный блок распределения мощности, модуль для блока распределения мощности и способ его использования." В этом патенте раскрыт модульный блок распределения мощности, предназначенный для подачи электропитания на соответствующее оборудование в таких системах, как центры обработки данных, машинные залы и узлы связи, в которых потребление энергии оборудованием может изменяться. Блок распределения мощности содержит раму и один или несколько заменяемых пользователем силовых модулей, которые введены в пазы в раме. Каждый силовой модуль имеет один или несколько типов розеток, причем число розеток и их номинальная нагрузочная способность соответствуют конкретному оборудованию в данной системе. Силовые модули можно вынимать из рамы, вставлять в нее и заменять без прерывания подачи электропитания на другие модули или на блок распределения мощности.

Ни одно из решений, предложенных в указанных патентах, не позволяет решить проблему дистанционного обнаружения, измерения и оценки некоторых связанных с энергией аномалий или возмущений в магистрали, вызванных или созданных за счет электрических нагрузок, и производить проверку достоверности эксплуатационных параметров определения характеристик электрической нагрузки в устройстве. Таким образом, остается необходимость точного измерения связанных с энергией сигналов электрических нагрузок, уровней тока и/или уровней напряжения и их калибровки дистанционным образом, когда нагрузки все еще остаются в рабочем состоянии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются усовершенствованные способ и устройство для дистанционного контроля электрической нагрузки и определения ключевых характеристик связанных с энергией аномалий и возмущений в магистрали, вызванных или созданных за счет электрических нагрузок, и оценки их соответствия некоторым ожидаемым режимам установившегося состояния. В соответствии с настоящим изобретением предлагаются средства проверки достоверности эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки в устройстве. Устройство содержит интеллектуальный модуль распределения мощности (энергии), который может иметь секцию отдаваемой мощности (энергии), секцию подводимой мощности (энергии), секцию связи и связанные с ними схемы. Интеллектуальный модуль распределения мощности дополнительно может иметь секцию памяти, устройство обнаружения, устройство обработки и переключатель.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются также способ контроля электрической нагрузки, имеющей ток и напряжение, созданные за счет электрического источника, связанного с нагрузкой, который включает в себя следующие операции: введение модуля обнаружения между нагрузкой и электрическим источником; определение одной или нескольких характеристик нагрузки; определение эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показан примерный вариант интеллектуального модуля распределения мощности.

На фиг.2 показан интеллектуальный модуль распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности.

На фиг.3 показан другой вариант интеллектуального модуля распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности.

На фиг.4 показан еще один вариант интеллектуального модуля распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности.

На фиг.4А показан еще один вариант интеллектуального модуля распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности.

На фиг.5 показана примерная схема определения точности контроля электрической нагрузки.

На фиг.6 показан вариант колебательного сигнала калибровки.

На фиг.7 показан вариант наложения (суперпозиции) колебательного сигнала.

Несмотря на то что раскрытое здесь изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, только некоторые специфические его варианты будут описаны далее более подробно со ссылкой на чертежи. Следует иметь в виду, что чертежи и подробное описание указанных специфических вариантов ни в коей мере не предназначены для ограничения широты или объема концепции изобретения или приложенной формулы изобретения. Скорее, чертежи и подробное описание изобретения приведены для того, чтобы пояснять концепции изобретения специалистам в данной области, чтобы они могли осуществить изобретение и использовать концепции изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже со ссылкой на чертежи описание специфических конструкций и функций не предназначено для ограничения настоящего изобретения, объем которого определяется приложенной формулой изобретения. Скорее, приведенное ниже со ссылкой на чертежи описание служит для того, чтобы специалисты в данной области могли осуществлять и использовать настоящее изобретение. Однако специалисты в данной области легко поймут, что не все признаки изобретения описаны со ссылкой на чертежи, чтобы повысить доходчивость и облегчить понимание изобретения. Кроме того, специалисты в данной области легко поймут, что внедрение варианта изобретения, включающего в себя различные его аспекты, потребует принятия различных зависящих от вида применения решений, чтобы достичь поставленной цели изобретения. Такие зависящие от вида применения решения должны соответствовать связанным с системой, связанным с бизнесом, связанным с правительственными постановлениями и другим ограничениям, которые могут варьироваться в зависимости от специфического вида применения, местоположения и время от времени. Несмотря на то что усилия специалиста, внедряющего изобретение, могут быть сложными и отнимающими много времени в абсолютном смысле, такие усилия представляют собой, тем не менее, рутинное осуществление преимуществ настоящего изобретения. Следует иметь в виду, что в настоящее изобретение могут быть введены многочисленные модификации и альтернативные формы. Наконец, использование в описании изобретения единственного числа не служит для ограничения числа объектов. Кроме того, использование в описании изобретения таких терминов, как "верх," "низ," "влево," "вправо," "верхний," "нижний," "вверх," "вниз," "в сторону," и т.п., служит только для облегчения понимания изобретения и не предназначено для ограничения объема изобретения или формулы изобретения.

В изобретении предлагаются усовершенствованные способ и устройство для дистанционного контроля электрической нагрузки, для дистанционного анализа связанных с энергией аномалий и проверки достоверности эксплуатационных параметров устройства обнаружения. Заявленное устройство содержит интеллектуальный модуль распределения мощности, который может содержать секцию отдаваемой мощности, секцию подводимой мощности, секцию связи и связанные с ними схемы. Модуль может дополнительно содержать секцию памяти, устройство обнаружения, устройство обработки и переключатель. Способ контроля электрической нагрузки, имеющей ток и напряжение, созданные при помощи электрического источника, подключенного к нагрузке, обычно включает в себя следующие операции: введение модуля обнаружения между нагрузкой и электрическим источником для определения одной или нескольких характеристик нагрузки; анализ связанных с энергией аномалий и возмущений в магистрали, вызванных или созданных за счет электрической нагрузки; определение одной или нескольких характеристик нагрузки; и определение эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки.

Силовой модуль может получать электрическую мощность от секции подводимой мощности и направлять мощность через коммутационное устройство в секцию отдаваемой мощности на нагрузку. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности в соответствии с настоящим изобретением получен за счет усовершенствования известных ранее модулей. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности в примерном варианте позволяет пользователям автоматически производить калибровку и определять эксплуатационные параметры, в том числе (но без ограничения) точность и достоверность определения характеристик нагрузки интеллектуального модуля 2 распределения мощности. Существуют различные типы интеллектуальных модулей 2 распределения мощности, каждый из которых имеет свою собственную конфигурацию, чтобы отвечать требованиям потребителей. Например, интеллектуальные модули распределения мощности могут иметь различные номинальные мощности, различные силовые розетки, различные устройства обнаружения или вилки (штепсели). Определение характеристик нагрузки может предусматривать определение, в том числе и измерение, сигналов или характеристик в любом месте в устройстве и/или в любом месте между силовым входом и нагрузкой, подключенной к устройству, в том числе (но без ограничения) контроль нагрузки в устройстве, контроль устройства или контроль устройства обнаружения в устройстве. Определение характеристик нагрузки может быть осуществлено при помощи различных систем обнаружения, в том числе при помощи устройства 35 обнаружения, которое описано далее более подробно.

На фиг.1 показан примерный вариант интеллектуального модуля распределения мощности. Интеллектуальный модуль распределения мощности обычно содержит: секцию 10 отдаваемой мощности, секцию 15 подводимой мощности, секцию 25 связи и связанные с ними схемы, которые обычно содержат секцию 30 памяти, устройство 35 обнаружения, устройство 40 обработки и переключатель 20, выполненные с возможностью определения эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки. Различные элементы будут описаны далее более подробно.

Секция 15 подводимой мощности представляет собой устройство подключения, выполненное с возможностью подключения к источнику 50 питания и получения электрической мощности (энергии) от него. Дальнейшие детали описаны со ссылкой на фиг.2-5. Источники питания, которые используют в системе распределения мощности, использующей интеллектуальный модуль 2 распределения мощности, могут содержать, например, стенную розетку электропитания, шину электропитания, колодку электропитания, систему контроля с разветвленным контуром ("BCMS") или распределенную систему контроля Либерта (Liebert) ("LDM"). Секция 15 подводимой мощности может быть выполнена при помощи любой силовой вилки, такой как утвержденная агентством по электробезопасности стандартная силовая вилка, например вилка Национальной ассоциации фирм-производителей электроэнергии ("NEMA") типа NEMA 5-15P или NEMA L5-20P. В варианте, показанном на фиг.1, секция 15 отдаваемой мощности имеет размерные и электрические технические требования в соответствии с вилкой типа NEMA 5-15P. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности может иметь одну или несколько секций 15 подводимой мощности.

Связанные схемы обычно содержат секцию 30 памяти, устройство 35 обнаружения, устройство 40 обработки и переключатель 20 и приспособлены для определения эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки. Секция 30 памяти может быть выполнена с использованием любого числа запоминающих устройств. В качестве примера можно указать, что секцией 30 памяти может быть электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство. Секция 30 памяти позволяет запоминать данные. Этими данными могут быть, например, справочные данные, уровни тока, потребляемая мощность или информация от других компонентов в системе распределения мощности.

Устройство 35 обнаружения представляет собой устройство обнаружения тока и/или устройство обнаружения напряжения, позволяющее обнаруживать ток или напряжение от секции подводимой мощности. Устройством 35 обнаружения может быть преобразователь тока. Устройство 35 обнаружения может, например, выдавать данные в интеллектуальное устройство распределения мощности, чтобы автоматически калибровать и определять эксплуатационные параметры, в том числе (но без ограничения) точность и достоверность определения характеристик нагрузки.

Устройство 40 обработки представляет собой устройство, приспособленное для контроля интеллектуального модуля распределения мощности, в том числе, например, для контроля различных функций обнаружения и/или функций текущего контроля. Устройство 40 обработки позволяет, например, калибровать числовые значения, которые используют при калибровке и определении эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности содержит дисплей 60, указывающий состояние модуля. Этот дисплей может, например, индицировать данные о необходимости калибровки модуля, необходимости замены модуля или о проблеме, связанной с качеством электропитания.

Секция 25 связи представляет собой устройство, приспособленное для передачи данных в интеллектуальный модуль 2 распределения мощности и для получения данных от него. Секция 25 связи может, например, передавать радиосигналы или сигналы по проводам. В варианте, показанном на фиг.1, секция 25 связи представляет собой проводной канал (шину) связи. Секция 25 связи может осуществлять связь различным образом. Далее приведены три примера осуществления связи, причем известны и другие виды осуществления связи. Прежде всего, секция 25 связи может осуществлять связь по электрическим шинам от источника 15 питания. Во-вторых, секция связи может осуществлять связь по выделенной проводной сигнальной магистрали, такой как шина. В-третьих, секция связи может осуществлять радиосвязь с удаленной станцией, например с источником питания или некоторым другим компонентом системы распределения мощности.

Секция 10 отдаваемой мощности представляет собой устройство подключения, выполненное с возможностью подключения к электрической мощности и с возможностью ее передачи на одну или несколько нагрузок 45. Дополнительные детали описаны далее со ссылкой на фиг.2-5. Секция 10 отдаваемой мощности может быть выполнена с использованием любой силовой розетки, такой как утвержденная агентством по электробезопасности стандартная силовая розетка, например штепсельная розетка типа NEMA 5-15R или IEC 60320-2-2- Sheet F (C13). В варианте, показанном на фиг.1, секция 10 отдаваемой мощности показана как поперечное сечение штепсельной розетки типа C13. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности может иметь одну или несколько секций 10 отдаваемой мощности.

На фиг.2-5 показан интеллектуальный модуль 2 распределения мощности и примерные вариации в системе распределения мощности. На этих чертежах приведены всего несколько примеров множества различных вариантов осуществления интеллектуальных модулей 2 распределения мощности и связанных с ними систем.

На фиг.2 показан интеллектуальный модуль распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности. Система содержит источник 50 электропитания, показанный здесь как колодка электропитания, подключенная к интеллектуальному модулю 2 распределения мощности, и электрическую нагрузку 45, показанную здесь как вилка типа NEMA 5-15P, подключенная к интеллектуальному модулю 2 распределения мощности. В этом варианте осуществления секция 25 связи представляет собой секцию радиосвязи. Секция 25 радиосвязи позволяет интеллектуальному модулю 2 распределения мощности принимать и посылать данные по эфиру. Секция 25 радиосвязи позволяет передавать данные, например, связанные с одной или несколькими характеристиками нагрузки или модуля, в отдаленное местоположение и получать данные из этого местоположения. В отдаленном местоположении может находиться, например, другой интеллектуальный модуль распределения мощности или любая другая система.

На фиг.3 показан другой вариант интеллектуального модуля распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности. Система содержит источник 50 электропитания, показанный здесь как шина электропитания, подключенная к интеллектуальному модулю 2 распределения мощности, и множество электрических нагрузок 45а и 45b, показанных здесь как объединенный двойной набор вилок типа NEMA 5-15P и вилочный интерфейс (plug interface) с заказной схемой расположения контактов, подключенной к интеллектуальному модулю 2 распределения мощности.

В соответствии с этим вариантом осуществления интеллектуальный модуль 2 распределения мощности содержит проводную секцию 25 связи и множество секций 10а, 10b, 10с и 10d (коллективно "10") отдаваемой мощности. На фиг.3 показано, как интеллектуальный модуль 2 распределения мощности может передавать энергию на множество нагрузок 45а и 45b (коллективно "45") различного типа. Источник 50 питания, показанный здесь как шина электропитания, содержит розетки 55 проводной связи. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности имеет множество секций 10 отдаваемой мощности и, таким образом, может обслуживать множество нагрузок 45. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности позволяет иметь связь при помощи проводной секции связи с источником 50 электропитания.

На фиг.4 показан другой вариант интеллектуального модуля распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности. Система содержит источник 50 электропитания, который имеет две выходные розетки, что позволяет подключать к нему два интеллектуальных модуля 2а и 2b (коллективно "2") распределения мощности. Вилки интеллектуальных модулей 2а и 2b распределения мощности в этом варианте непосредственно вставляют в розетки источника питания; аналогичным образом подключают и нагрузки. Интеллектуальные модули 2 распределения мощности могут выполнять и другие функции, например автоматическую калибровку и определение эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения одной или нескольких характеристик нагрузки, даже если нагрузки 45, как это показано на фиг.3, подключены к колодке 50 электропитания, а не к секциям 10 отдаваемой мощности интеллектуальных модулей 2 распределения мощности.

На фиг.4А показан другой вариант интеллектуального модуля распределения мощности в интеллектуальной системе распределения мощности. Этот альтернативный вариант, аналогичный варианту, показанному на фиг.4, может быть проиллюстрирован при помощи только одного интеллектуального модуля 2 распределения мощности, подключенного к колодке электропитания с множеством секций подводимой мощности, обозначенных здесь позициями 10а и 10b, причем этот модуль может быть подключен к множеству нагрузок 45. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности, показанный на фиг.4А, может обслуживать множество нагрузок. Интеллектуальный модуль 2 распределения мощности может также выполнять другие функции, например производить автоматическую калибровку и определение эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения одной или нескольких характеристик нагрузки, при помощи множества устройств 35 обнаружения интеллектуального модуля 2 распределения мощности, даже если нагрузки 45 подключены к колодке 50 электропитания, а не к секциям 10 отдаваемой мощности интеллектуального модуля 2 распределения мощности. Как это показано на фиг.4А, множество устройств 35а и 35b обнаружения интеллектуального модуля 2 распределения мощности определяют одну или несколько характеристик множества нагрузок 45, в то время как в варианте, показанном на фиг.4, интеллектуальный модуль распределения мощности позволяет определять характеристики только одной нагрузки 45. Это вариант может быть использован в системе контроля с разветвленным контуром ("BCMS") или в распределенной системе контроля Либерта ("LDM"). Более подробная информация относительно систем BCMS и LDM может быть найдена на сайте http://www.liebert.com.

В соответствии с одним из вариантов ток можно измерять дистанционно. В другом варианте точность определения тока может быть измерена и использована для калибровки сигналов по усмотрению оператора. В соответствии с еще одним из вариантов точность определения тока может быть измерена и использована для автоматической калибровки сигналов.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также усовершенствованный способ контроля электрической нагрузки, имеющей ток и напряжение, созданные при помощи электрического источника, подключенного к нагрузке, причем указанный способ включает в себя следующие операции: введение модуля обнаружения между нагрузкой и источником для определения одной или нескольких характеристик нагрузки; определение одной или нескольких характеристик нагрузки; и определение эксплуатационных параметров, в том числе (но без ограничения) точности и достоверности определения характеристик нагрузки. Способ дополнительно может предусматривать анализ связанных с энергией аномалий и возмущений в магистрали, вызванных или созданных за счет электрической нагрузки, и проверку достоверности эксплуатационных параметров определения характеристик нагрузки.

На фиг.5 показан вариант схемы контроля нагрузки, которая дополнительно предусматривает калибровку модуля для измерения одной или нескольких характеристик нагрузки. В этом варианте осуществления множество устройств 35а, 35b, 35с и 35d (коллективно "35") обнаружения введены между электрической нагрузкой и источником для определения одной или нескольких характеристик нагрузки. Устройства 35 обнаружения могут быть подключены по меньшей мере к одному модулю 2. Электрическая нагрузка имеет ток и напряжение, созданные при помощи источника питания, причем измеряемой характеристикой является ток. Таким образом, устройствами обнаружения (датчиками), показанными на фиг.5, являются устройства обнаружения тока, такие как токовые трансформаторы, которые преобразуют изменения тока в магнитные поля, когда изменяется напряжение на нагрузочном резисторе; однако следует иметь в виду, что в других вариантах могут быть использованы и другие датчики. Четыре устройства 35 обнаружения позволяют определять одну или несколько характеристик 70а, 70b, 70с и 70d четырех нагрузок 45а, 45b, 45с и 45d. Дополнительный источник 65 тока введен в провод 80, который пропущен через каждое устройство 35 обнаружения и заканчивается на нагрузке 85. Нагрузочный резистор может быть установлен на выходе устройства 35 обнаружения тока.

Для калибровки модуля, чтобы получить нормативную информацию относительно измерений или чтобы подтвердить достоверность определения одной или нескольких характеристик нагрузки, источник 65 тока выдает токовый сигнал калибровки, например (но без ограничения) токовый сигнал калибровки конической (tapered) синусоидальной формы, со стационарным характеристическим нарастанием и с периодами затухания, имеющими рабочую частоту больше, чем порядок частоты сети питания на нагрузке. Могут быть использованы и другие токовые сигналы калибровки, имеющие другую колебательную форму. Токовый сигнал калибровки вводят в провод 80, который может быть намотан вокруг устройства обнаружения тока и может иметь один или несколько витков намотки. В соответствии с другим примерным вариантом токовый сигнал калибровки может иметь форму колебательного сигнала, имитирующего характеристики действительных возмущений в магистрали или имитирующего обнаруживаемый артефакт. На фиг.6 показан вариант колебательного сигнала калибровки. В соответствии с еще одним примерным вариантом характеристики колебательного сигнала калибровки выбирают так, чтобы имелась малая вероятность того, чтобы токовый сигнал нагрузки содержал в ходе нормальной работы аналогичные возмущения, созданные переходными или квазистационарными процессами. При отключении нагрузки могут быть применены способы создания опорных или нормативных режимов измерения, чтобы в подключенном состоянии нагрузки калибровать рабочие данные нормативными данными. Раскрытые здесь способы могут быть использованы для точного анализа линейных и стационарных данных колебаний, нарушаемых при помощи хорошо определенных переходных процессов. Существуют и другие способы, такие как преобразование Гильберта-Гуанга (Hilbert-Huang), которые позволяют производить анализ нелинейных, нестационарных данных колебаний за счет использования адаптивной базы, чтобы фильтровать сигнал. Дополнительные данные относительно преобразования Гильберта-Гуанга могут быть получены из следующих публикаций: Norden E.Huang, Hilbert-Huang Transforms and its Application, Chapter 1: Introduction to the Hilbert-Huang Transform and its Related Mathematical Problems, pages 1-26 (2005); G.Kerschen, A.F.Vakakis, Y.S.Lee, D.M.McFarland, L. Bergman, Toward a Fundamental Understanding of the Hilbert-Huang Transform in Nonlinear Structural Dynamic, Journal of Vibration and Control, Vol.14, No. 1-2, 77-105, pages 1-30 (2008); Norden Huang, Hilbert-Huang Transform: A Method for Analyzing Nonlinear, NASA Medical Technology Summit, Pasadena, CA, pages 1-38 (Feb. 23, 2003).

Далее приведено краткое описание особенностей применения настоящего изобретения с использованием общей терминологии теории элементарных волн (волновой теории). Следующие ссылки позволяют получить дополнительную информацию относительно общей терминологии теории элементарных волн: (i) С.Sidney Burrus, et al. An Introduction to Wavelets and Wavelet Transforms - A Primer, Prentice Hall, pages 62, 205-207 (1998); (ii) Yves Nievergelt, Wavelets Made Easy, Birkhauser, pages 58-60 (1999); (iii) Barbara Burke Hubbard, The World According to Wavelets, AK Peters, pages 30-33, 78-81 (1996); (iv) Emmanuel C.Ifeachor, et al. Digital Signal Processing - A Practical Approach, Addison-Wesley, pages 184-190 (1993).

Когда источник 65 тока создает токовый сигнал калибровки, тогда его контролируемая при помощи фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) система отбора образцов дискретизирует токовый сигнал 75 в 2^N равноотстоящих образцов, по меньшей мере в одном целом периоде Т частоты сети питания. Таким образом, токовый сигнал калибровки линейно накладывается на токовые сигналы нагрузок 45а, 45b, 45с и 45d, и результирующий потенциал напряжения, который создается на нагрузочном резисторе, измеряется при помощи системы обработки и устройств обнаружения тока. На фиг.7 показан вариант описанного здесь ниже наложенного колебания на четвертой части периода Т.

2^N равноотстоящих образцов измеряют по меньшей мере в течение одного целого периода Т частоты сети питания. Непрерывное волновое преобразование осуществляют в течение этого интервала за счет свертки набора образцов при помощи подходящей элементарной волны и функции масштаба с аналогичной формой колебания, вводимых в сигнал тока калибровки, чтобы обеспечивать наивысшую чувствительность к ошибке согласования. Набор образцов преобразуют или раскладывают в упорядоченное множество, содержащее его среднее значение и 2^N-1 коэффициентов элементарной волны, значения которых аппроксимируют пропорциональный коэффициент гармоник исходного сигнала. Непрерывное волновое преобразование является желательным по причине его инвариантных свойств сдвига во времени, что делает коэффициенты менее чувствительными к началу интервала выборки образцов процесса разложения.

Непрерывное волновое преобразование повторяют в течение N целых периодов Т частоты сети питания, за счет чего может быть определено долговременное среднее значение коэффициентов и сходимость к стабильным значениям. Полученный набор коэффициентов средней оценки имеет корреляцию с набором опорных или нормативных коэффициентов, измеренных в положении покоя этого же устройства 45 обнаружения тока, без тока нагрузки. Может потребоваться отбросить коэффициенты более низкой частоты, на которые может влиять низкочастотное содержимое токового сигнала нагрузки, за счет использования жесткой или мягкой техники регулировки порога. Взаимную корреляцию, например цифровую согласованную фильтрацию или взаимную разность (cross-difference) средней величины, или другой аналогичный корреляционный анализ осуществляют для последовательностей одинаковой длины пар коэффициентов, чтобы подтвердить достоверность относительной точности системы измерения, о чем свидетельствуют остаточные разности. Так как токовый сигнал калибровки создают точно в той же фазе периода и за счет инвариантных свойств сдвига во времени непрерывного волнового преобразования, взаимную корреляцию не следует вычислять для различных задержек, чтобы найти самое большое значение корреляции.

Характеристики исходной точности системы обнаружения или измерения могут изменяться в результате параметрических изменений компонентов за счет температуры, старения или повреждения. Не равная нулю остаточная погрешность между ожидаемыми и действительными коэффициентами корреляции является индикацией отклонения от характеристик исходной точности токового сигнала системы, так что эта информация позволяет корректировать ошибку компенсирующих эффектов масштабирования и/или создавать средства сигнализации для обнаружения события. Система содержит внутренние или внешние средства выработки сигнала калибровки. Как уже было указано здесь выше, на фиг.5 показан только примерный вариант контроля нагрузки, в котором могут быть осуществлены измерение и калибровка.

В соответствии с одним из вариантов способа контроля нагрузки производят измерение одной или нескольких характеристик нагрузки. Одной или несколькими характеристиками нагрузки могут быть, например, напряжение, ток и/или мощность. Кроме того, одной или несколькими характеристиками нагрузки могут быть другие характеристики, например температура нагрузки или температура окружающей среды. В соответствии с другим вариантом производят измерение одной или нескольких характеристик модуля, например измерение температуры, и полученные данные передают в отдаленное местоположение. В соответствии с еще одним из вариантов может быть проведена калибровка модуля, чтобы определить, что измеренные значения одной или нескольких характеристик нагрузки измерены точно. Калибровка гарантирует точность измерения одной или нескольких характеристик нагрузки. Процедура калибровки может быть осуществлена любым возможным образом и с использованием различных колебаний.

Другие и дополнительные варианты с использованием одного или нескольких описанных здесь выше аспектов изобретения могут быть осуществлены не выходя за рамки настоящего изобретения и в соответствии с его духом. Например, могут быть осуществлены варианты, которые включают в себя один или несколько описанных здесь выше аспектов изобретения и которые содержат любое число или другие типы источников электропитания или нагрузок, что не влияет на функции или предназначение. Кроме того, любое число других способов может быть использовано для измерения одной или нескольких характеристик нагрузки или для калибровки модуля, чтобы производить измерение одной или нескольких характеристик нагрузки. Более того, различные варианты усовершенствованных способа и устройства могут быть использованы в сочетании друг с другом, за счет чего получают вариации раскрытых способов и вариантов их осуществления. Следует также иметь в виду, что когда в описании указан единственный элемент, то вместо него могут быть использованы множество элементов, и наоборот.

Порядок проведения операций способа может быть изменен, если только специально не указано иное. Различные описанные здесь операции могут быть объединены с другими операциями, могут быть выведены (получены) из заявленных операций и/или могут быть подразделены на множество операций. Аналогично, элементы, которые были описаны здесь функционально, могут быть выполнены в виде отдельных компонентов или могут быть объединены в компоненты, имеющие множество функций.

Настоящее изобретение было описано в контексте предпочтительных и других вариантов, причем не все варианты изобретения были описаны. Специалисты в данной области могут ввести очевидные модификации и изменения в описанные варианты. Раскрытые и нераскрытые варианты не предназначены для ограничения или сужения объема или применимости заявленного изобретения, объем которого определяется формулой изобретения.

В изобретении предлагаются усовершенствованные способ и устройство для дистанционного контроля электрической нагрузки и оценки ключевых характеристик связанных с энергией аномалий и возмущений в магистрали, вызванных или созданных за счет электрической нагрузки, и определение их соответствия некоторым ожидаемым параметрам установившегося состояния. Устройство содержит интеллектуальный модуль распределения мощности, который может содержать секцию отдаваемой мощности, секцию подводимой мощности, секцию связи и связанные с ними схемы. Интеллектуальный модуль распределения мощности может дополнительно содержать секцию памяти, устройство обнаружения, устройство обработки и переключатель. Способ контроля электрической нагрузки, имеющей ток и напряжение, созданные при помощи электрического источника, подключенного к нагрузке, главным образом включает в себя следующие операции: введение модуля обнаружения между нагрузкой и электрическим источником; определение одной или нескольких характеристик нагрузки; и проверку достоверности определения характеристик нагрузки. Технический результат - повышение точности дистанционного измерения сигналов электрической нагрузки и их калибровки. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Интеллектуальный модуль распределения мощности, который
содержит:
секцию подводимой мощности, которая выполнена с возможностью подключения к источнику электропитания и получения от него электрической мощности;
схемы, получающие электропитание от секции подводимой мощности и содержащие секцию памяти, связанное с энергией устройство обнаружения и устройство обработки; причем по меньшей мере устройство обработки выполнено с возможностью определения эксплуатационных параметров устройства обнаружения; и указанные схемы выполнены с возможностью: введения сигнала калибровки тока или напряжения в электрический сигнал модуля обнаружения, чтобы создать объединенный сигнал; измерения одной или нескольких характеристик нагрузки; и определения эксплуатационных параметров определения характеристик нагрузки и с возможностью применения математического преобразования для объединенного сигнала в модуле,
секцию отдаваемой мощности, которая подключена к указанным схемам и выполнена с возможностью подключения к одной или нескольким нагрузкам, для передачи на них электрической мощности; и
секцию связи, которая выполнена с возможностью передачи данных на интеллектуальный модуль распределения мощности и получения данных от него.

2. Модуль по п.1, в котором математическое преобразование представляет собой волновое преобразование.

3. Модуль по п.2, в котором устройство обнаружения представляет собой устройство обнаружения тока.

4. Модуль по п.3, в котором схемы выполнены с возможностью калибровки устройства обнаружения.

5. Модуль по п.4, в котором схемы выполнены с возможностью измерения одной или нескольких характеристик нагрузки, определенных при помощи устройства обнаружения.

6. Модуль по п.5, в котором схемы выполнены с возможностью автоматической калибровки устройства обнаружения.

7. Модуль по п.6, который содержит дисплей для индикации состояния модуля.

8. Способ контроля электрической нагрузки, имеющей ток и напряжение, созданные за счет источника электропитания, связанного с нагрузкой, который включает в себя следующие операции:
введение модуля обнаружения между нагрузкой и источником электропитания, для определения одной или нескольких характеристик нагрузки;
объединение сигнала калибровки тока или напряжения и электрического сигнала в объединенный сигнал;
применение математического преобразования к объединенному сигналу в модуле обнаружения;
измерение одной или нескольких характеристик нагрузки с использованием объединенного сигнала; и
определение эксплуатационных параметров определения одной или нескольких характеристик нагрузки.

9. Способ по п.8, который дополнительно предусматривает применение волнового преобразования для объединенного сигнала в модуле обнаружения.

10. Способ по п.8, в котором используют сигнал калибровки конической синусоидальной формы, со стационарным характеристическим нарастанием и с периодами затухания, имеющими рабочую частоту больше чем порядок частоты сети питания на нагрузке.

11. Способ по п.10, который дополнительно предусматривает передачу характеристик нагрузки на удаленный терминал.

12. Способ по п.11, который дополнительно предусматривает калибровку модуля, чтобы измерять характеристики нагрузки при помощи программного обеспечения.

13. Способ по п.8, в котором электрическая нагрузка представляет собой устройство.

14. Способ контроля электрической нагрузки, имеющей ток и напряжение, созданные при помощи источника электропитания, подключенного к нагрузке, который включает в себя следующие операции:
введение модуля обнаружения между нагрузкой и источником электропитания, для определения одной или нескольких характеристик нагрузки;
объединение сигнала калибровки тока или напряжения и электрического сигнала в модуле в объединенный сигнал;
применение математического преобразования к объединенному сигналу в модуле обнаружения.
измерение одной или нескольких характеристик нагрузки с использованием объединенного сигнала;
анализ связанных с энергией аномалий и возмущений в магистрали электрической нагрузки; и
проверка достоверности определения одной или нескольких характеристик нагрузки.

15. Способ по п.14, который дополнительно предусматривает применение волнового преобразования для объединенного сигнала в модуле обнаружения.

16. Способ по п.15, который дополнительно предусматривает передачу характеристик нагрузки на удаленный терминал.

17. Способ по п.16, который дополнительно предусматривает проверку достоверности определения характеристик нагрузки при помощи программного обеспечения.

18. Способ контроля устройства, подключенного к электрической нагрузке, имеющей ток и напряжение, созданные при помощи источника электропитания, подключенного к устройству и нагрузке, который включает в себя следующие операции:
введение устройства между нагрузкой и источником электропитания для измерения одной или нескольких характеристик устройства;
объединение сигнала калибровки тока или напряжения и электрического сигнала в объединенный сигнал;
применение математического преобразования к объединенному сигналу в устройстве,
измерение одной или нескольких характеристик устройства с использованием объединенного сигнала; и
проверка достоверности определения одной или нескольких характеристик устройства.

19. Способ по п.18, который дополнительно предусматривает применение волнового преобразования для объединенного сигнала в устройстве.

20. Способ по п.18, в котором сигнал калибровки имеет конусную синусоидальную форму со стационарной характеристикой нарастания сигнала и с периодами спада, имеющими более высокую рабочую частоту, чем порядок величины частоты сети питания устройства.