DE112005003686T5

DE112005003686T5 - Intelligente Stromüberwachungseinheit

Info

Publication number: DE112005003686T5
Application number: DE112005003686T
Authority: DE
Inventors: Norbert Häberle; Peter Kull
Original assignee: Schaffner EMV AG
Current assignee: Schaffner EMV AG
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2008-07-24
Also published as: JP2009507456A; WO2007025570A1; US20080148084A1; US7937603B2

Abstract

Intellegente Stromüberwachungseinheit (2), um eine Stromversorgung zu überwachen, umfassend
– einen Stromeingang (24) für den Eingang eines elektrischen Stroms,
– einen Stromausgang (25) für den Ausgang einer elektrischen Stroms,
– eine Leitung, um besagten Stromeingang (24) mit besagten Stromausgang (25) zu verbinden,
– einen ersten EMI/RFI Filter (21), um elektromagnetisches Rauschen in besagter Leitung zu reduzieren,
– eine Überwachungseinheit, um Parameter des elektrischen Strom in besagter Leitung und/oder Parameter von besagtem ersten EMI/RFI Filter (21) zu überwachen,
– eine Datenverarbeitungseinheit (29), um Signale von besagter Überwachungseinheit zu empfangen und zu verarbeiten und um Kontrollsignale, die auf besagten Signalen basieren, zu erzeugen,
– ein Datenkommunikationsbus, um Daten zwischen besagter Datenübertragungseinheit (29) und mindestens einer Vorrichtung (51), die extern zu besagter Überwachungseinheit (2) angeordnet ist, auszutauschen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine intelligente Stromüberwachungseinheit, um eine elektrische Stromquelle zu überwachen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Stromquelle, die eine korrespondierende Stromüberwachungseinheit umfasst.
Stand der Technik
Die Bereitstellung von einer korrekten Energieversorgung für elektrische Systeme impliziert zahlreiche Herausforderungen.
Es ist insbesondere eine Herausforderung, Energieversorgungssystemen zu konstruieren, welche mit der elektromagnetischen Kompatibilität und/oder Stromqualitätsvorschriften, welche von Land zu Land variieren können, entspricht. Vorschriften setzen beispielsweise Begrenzungen unter welchen die elektromagnetische Strahlung der Stromquelle und/oder Störungen, die sich von der Stromquelle zu dem Verteilernetzwerk ausbreiten, gehalten werden müssen.
Eine andere Herausforderung ist es, ein Energieversorgungssystem zu schaffen, das für die Last und für das Energieversorgungssystem selbst ein gewisses Schutzniveau gegenüber Schädigungen durch externe und/oder interne Ereignisse bereitstellt. Externe Ereignisse können Lichteffekte, falsche Stromversorgung und/oder Phasenausfälle umfassen. Interne Ereignisse können zum Beispiel Kurzschlüsse, Maschinenüberlastung, etc. umfassen, die durch das Energieversorgungssystem selbst geschaffen werden, zum Beispiel im Fall von Lastschädigungen, welche dann zum Beispiel zu Überspannungen und/oder Überhitzungssituationen führen können. Solche Situationen müssen vorzugsweise zu einer kontrollierten Energieversorgungsunterbrechung führen.
Verschiedene Komponenten können gefunden werden, um den benötigten Schutz und/oder Filterfunktionalitäten zu erzeugen, um diese Herausforderungen zu bewerkstelligen. Die meisten Stand der Technik-Lösungen sind jedoch teuer in der Konstruktion, im Material und in den Fabrikationsaspekten.
1 zeigt ein typisches funktionales Diagram einer Stromversorgung 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese Stromversorgung 1 stellt einen Leitungseingang 11 bereit, durch welchen sie mit einer Stromquelle, zum Beispiel mit einem Stromverteilungsnetzwerk, verbunden ist. In diesem Beispiel ist die gelieferte Eingangsspannung eine ein- oder mehrphasige AC Spannung. Das Kabinett 1 wird gewöhnlich mit einem Lastausgang 12 zur Verbindung mit einer Last bereitgestellt, zum Beispiel mit einem elektrischen Motor oder irgendeiner anderen elektrischen Anwendung, welche versorgt und möglicherweise durch die Lastausgangsspannung der Stromquelle angetrieben wird. Die Lastausgangsspannung der Stromquelle ist zum Beispiel eine ein- oder mehrphasige AC Spannung, möglicherweise mit einer Frequenz- und/oder einer Amplitudendifferenz zu der gelieferten Eingangsspannung. Die Energieversorgung 1 wird weiter mit einem oder mehreren optionalen Sensoreingängen 13 ausgestattet, um Signale von verschiedenen Sensoren zu empfangen, die einige funktionale Parameter der Last und/oder von der Stromquelle überwachen. Die Sensorsignale, die zu dem Sensoreingang geliefert werden, werden zum Beispiel verwendet, um der Stromversorgung 1 abnormale Lastbedingungen mitzuteilen. Die Stromversorgung 1 wird vorzugsweise mit einer optionalen Kontrollverbindung 14 ausgestattet, um Kontrollsignale von und/oder zu externen Geräten, zum Beispiel von und/oder zu der Last, zu empfangen und/oder herauszugeben. Kontrollsignale von der Kontrollstromversorgung 1 können zum Beispiel verwendet werden, um im Fall von abnormalen Bedingungen die Funktion der Last zu regulieren und/oder einige angemessene externe Sicherheitsvorrichtungen zu aktivieren. Kontrollsignale, die durch die Stromversorgung empfangen werden, können zum Beispiel verwendet werden, um die Stromversorgung in Notfällen auszuschalten.
Nach dem Leitungseingang 11 umfasst die Stromversorgung 1 Schutzvorrichtungen, um die Energieversorgung 1 gegen Ereignisse, welche in der Stromquelle vorkommen können, zu schützen. Diese Schutzvorrichtungen enthalten zum Beispiel einen Überspannungsschutz 30 zum Schutz vor Überspannungsereignisse und Leistungsunterbrecher 32 zum Schutz vor Überstromereignisse. Vorzugsweise enthalten die Schutzvorrichtungen Schutzunterbrecher 31, um ein manuelles An- und Abschalten der Stromquelle zu erlauben. Auf der Vorsorgungsleitung zu dem Lastausgang 12 und hinter den Schutzvorrichtungen 30, 31, 32 umfasst das Kontrollkabinett 1 Kontakte 40, um ein kontrolliertes Last an- oder abschalten zu erlauben, einen Leistungs-EMI/RFI (elektromagnetische Indifferenz/Radiofrequenzinterferenz)-Filter 41 zur Unterdrückung des Rauschens, das möglicherweise von der Last erzeugt wird, und einen Motorantrieb 50, um zum Beispiel die Geschwindigkeit der Last zu regulieren. Der Ausgang des Motorantriebs 50 wird dann typischerweise direkt mit dem Lastausgang 12 verbunden. Das Kontrollkabinett 1 umfasst weiter einen AC/DC Konverter 43, dessen Eingang hinter den Sicherheitsvorrichtungen 30, 31, 32 mit der Stromleitung in der Stromquelle 1 verbunden ist. Vorzugsweise wird der Eingang des Konverters 43 mit der Eingangsspannung über einen AC/DC-Eingang EMI/RFI-Filter 42 zur Unterdrückung des Rauschens, das durch den AC/DC Konverter 43 auf seinem Eingang erzeugt wird, verbunden. Der AC/DC Konverter 43 stellt vorzugsweise eine DC Niederspannung für eine Kontrolleinheit 51 bereit, welche der Stromversorgung 1 kontrolliert und/oder diese gemäss vordefinierten Programmen steuert. Die Kontrolleinheit 51 empfängt typischerweise die Sensorsignale von dem Sensoreingang 13 und sendet und/oder empfängt Kontrollsignale über die Kontrollverbindung 14. Die Kontrolleinheit 51 reguliert dann die Spannungsversorgung 1 unter Berücksichtigung der empfangenen Sensor- und/oder Kontrollsignale.
In einer anderen Stand der Technik-Ausführungsform werden mindestens Teile von Schutzelemente 30, 31, 32 zum Beispiel der Überspannungsschutz 30 und/oder Leistungsunterbrecher 32 weiter mit Hilfsschaltern bereitgestellt, welche mit der Kontrolleinheit 51 verbunden sind, was einen automatischer Alarm, Service oder andere Reaktionen in dem Fall ermöglicht, dass die Schutzelemente 30, 32 durch Ereignisse auf der Seite der Stromquelle aktiviert werden. Diese Signalisierungsverbindungen werden in der 2 durch Pfeile 300 und 320 illustriert.
Ein oft problematischer Aspekt der Systemkonstruktion ist die genügende Reduktion von Rauschen, das durch verschiedene Systemeinheiten erzeugt wird. Nicht nur Filterkomponenten, sondern auch Platzierung und Verkabelungssituationen beeinflussen die gesamte EMI/RFI-Unterdrückungsergebnisse. Es ist oft notwendig, die Dienste der EMC-Spezialisten zur Analyse und Optimierung von inadäquaten Systemkonstruktionen zu verwenden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, um eine signifikante Erleichterung in der Konstruktion von Energieversorgungssystemen zu erlauben.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Stromüberwachungseinheit zu schaffen, die eine integrierte Überwachung des Funktionierens der Stromversorgung erlaubt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Gemäss der Erfindung werden diese Ziele durch eine Intellegente Stromüberwachungseinheit erreicht, um eine Stromversorgung zu überwachen, umfassend

– einen Stromeingang für den Eingang eines elektrischen Stroms,
– einen Stromausgang für den Ausgang einer elektrischen Stroms,
– eine Leitung, um besagten Stromeingang mit besagten Stromausgang zu verbinden,
– einen ersten EMI/RFI Filter, um elektromagnetisches Rauschen in besagter Leitung zu reduzieren,
– eine Überwachungseinheit, um Parameter des elektrischen Strom in besagter Leitung und/oder Parameter von besagtem ersten EMI/RFI Filter zu überwachen,
– eine Datenverarbeitungseinheit, um Signale von besagter Überwachungseinheit zu empfangen und zu verarbeiten und um Kontrollsignale, die auf besagten Signalen basieren, zu erzeugen,
– ein Datenkommunikationsbus, um Daten zwischen besagter Datenübertragungseinheit und mindestens einer Vorrichtung, die extern zu besagter Überwachungseinheit angeordnet ist, auszutauschen.

Gemäss der Erfindung werden diese Ziele auch durch Stromversorgungsmittel mit solch einer intelligenten Stromüberwachungseinheit erreicht.
Das Stromversorgungsfrontmodul der Erfindung, das intelligente Stromüberwachungseinheit (IPMU) genannt wird, enthält vorzugsweise EMI und RFI Reduktionsmittel, eine DC Niederspannungsquelle und komplizierte Überwachungs- und Diagnosemittel, um eine akkurate und präzise Kontrolle des Betriebs der Stromquelle zu erlauben. Es bietet weiter eine integrierte EMC Lösung sowie komfortable Kommunikationsmittel, welche eine massive Reduzierung der Konstruktionskomplexität und Kosten im Vergleich mit den Stand der Technik- Lösungen erlauben, weil die Interfaces zu diesem Modul und seine Komponenten weitgehend vereinfacht sind.
Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein weiterer Vorteil des Stromversorgungsfrontmoduls der Erfindung seine Modularität so wie weitere Funktionen wie zum Beispiel Überspannungsschutze, Leistungsschalter, Kontakte und/oder andere Funktionen, die einfach in das Modul integriert werden und mit einem Industriestandardkommunikationsinterface verbunden werden, um zum Beispiel Leistungsschalter und Signalvorrichtungen direkt zu kontrollieren.
Um die oben erwähnten Funktionalitäten zu erreichen, umfasst die intelligente Stromüberwachungseinheit (IPMU) der Erfindung vorzugsweise:

– Datenverarbeitungsmittel, um die Komponenten der IPMU und allgemein den Betrieb der Stromversorgung zu überwachen und/oder um die Kommunikation, vorzugsweise mit einem Stardardbusinterface mit externen Vorrichtungen, zum Beispiel mit einer externen Kontrolleinheit, zu erlauben;
– Softwareelemente, die auf einer Datenspeichervorrichtung gespeichert sind, um die Funktionalität der IPMU und/oder den Betrieb zu definieren, wenn besagte Softwareelemente auf den Datenverarbeitungsmitteln ablaufen;
– Speicher, um zum Beispiel Parameter und/oder Variablen zu speichern;
– einen AC/DC Konverter, um vorzugsweise eine DC Niederspannung für interne und externe Verwendung bereitzustellen;
– EMI/RFI Filter, um Rauschen im Stromkabel zu den Lasten als auch für den AC/DC Konverter zu filtern.

Dank seiner flexiblen Konstruktion erlaubt die Stromüberwachungseinheit der Erfindung die Konstruktion von verschiedenen anwendungsspezifischen Topologien mit der Möglichkeit neben Kontakten, Leistungsschaltern und/oder Überspannungsschutze und/oder Verbindungsmittel für Hilfsschalter für externe Vorrichtungen wie Geräte und für Kontaktkontrollinputs einzufügen, um diese mit der IPMU's Datenverarbeitungseinheit zu verbinden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird besser mit Hilfe der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die beispielhaft gegeben sind und durch Figuren illustriert werden, besser verstanden, wobei
die bereits diskutierte 1 das Funktionsdiagramm von einer aus dem Stand der Technik bekannten Stromversorgung zeigt.
die bereits diskutierte 2 das Funktionsdiagramm einer anderen aus dem Stand der Technik bekannten Stromversorgung mit Schutzelementen, die Hilfsschalter aufweisen, die mit einer Kontrolleinheit verbunden werden können, zeigt, was einen automatischen Alarm, Dienste und andere Reaktionen ermöglicht.
3 zeigt das Funktionsdiagramm einer Stromversorgung umfassend eine intelligente Stromüberwachungseinheit gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt das Funktionsdiagramm einer Stromversorgung umfassend eine intelligente Stromüberwachungseinheit gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von möglichen Ausführungsbeispielen der Erfindung
3 zeigt das Funktionsdiagramm einer Stromversorgung 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Stromversorgung 1 wird vorzugsweise mit einem Leitungseingang 11 ausgestattet, was den direkten oder indirekten Anschluss an eine Stromquelle, zum Beispiel an ein Stromverteilungsnetz, erlaubt und einem Lastausgang 12, um direkt oder indirekt eine Last, zum Beispiel einen elektrischen Motor oder irgendeine andere Anwendung, anzuschliessen, welche durch die Lastspannung, die an dem Lastausgang 12 bereitgestellt wird, versorgt wird und mit welcher die Last möglicherweise angetrieben wird. In diesem Beispiel sind die Eingangsspannung, die an den Leitungseingang 11 angewendet wird, und die Lastspannung, die an dem Lastausgang 12 vorhanden ist, beide eine ein- oder mehrphasige AC Spannung. Insbesondere können die Frequenz und/oder Lastspannung variieren, um die Last anzutreiben, während die Eingangsspannung vorzugsweise konstant ist.
Die Stromversorgung 1 umfasst weiter einen optionalen Sensorinput 13, um zum Beispiel Signale von externen Sensoren zu empfangen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel messen die externen Sensoren zahlreiche Parameter der Last und/oder der Umgebung, wie Raumtemperatur, die Motorumdrehungsgeschwindigkeit der Last und/oder irgendwelche anderen relevanten Parameter. Das Sensorsignal, das an dem Sensoreingang 13 anliegt, ist deshalb vorzugsweise ein Signal, das den Wert von den gemessenen Parametern wiedergibt und/oder ein Alarmsignal im Fall, das abnormale Bedingungen von den Sensoren detektiert werden, zum Beispiel im Fall, dass einer oder mehrere der gemessenen Parameter eine vordefinierte Schwelle überschreiten. In 3, wird der Sensoreingang 13 aus Gründen der Einfachheit als ein einziger Eingang dargestellt. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass er mehr als eine elektrische Verbindung umfassen kann, um zum Beispiel mehr als ein Signal parallel zu empfangen. Diese Verbindungen können in einem oder mehreren Verbindungselementen, vorzugsweise elektrischen Standardanschlüssen, zusammengefasst werden.
Die Stromversorgung 1 umfasst vorzugsweise weiter eine Kontrollverbindung 14, um Kontrollsignale zu und/oder von dem Kontrollkabinett 1 zu empfangen und/oder zu senden. In dem Kontrollkabinett 1 ist die Kontrollverbindung 14 zum Beispiel mit einem programmierbaren Schaltkreis (PLC) 51 verbunden, welcher die Charakteristiken der Lastspannungen, zum Beispiel seine Amplitude und/oder seine Frequenz, kontrollieren. Die Kontrollsignale werden zum Beispiel verwendet, um die Lastspannung für die aktuellen Bedürfnisse der Last zu modifizieren. Aus Gründen der Einfachheit wird die Kontrollverbindung 14 auch als ein einziger Eingang dargestellt. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass sie mehr als eine elektrische Verbindung umfassen kann, um zum Beispiel mehr als ein Signal parallel zu empfangen und/oder zu senden. Die benötigten Verbindungen können in einem oder mehreren Verbindungen können beispielsweise in einem oder mehreren Verbindungselementen, wie vorzugsweise elektrischen Standardanschlüssen, zusammengefasst werden.
Gemäss der Erfindung umfasst die Stromversorgung 1 vorzugsweise eine Busverbindung 15, dessen Zweck detailliert weiter unter beschrieben wird.
Auf der Eingangsseite umfasst die Stromversorgung 1 vorzugsweise Schutzvorrichtungen, um das Stromversorgungssystem und/oder die Last gegen abnormale elektrische Situationen, die möglicherweise auf der Seite der Stromquelle vorkommen, zum Beispiel in dem Verteilernetz, zu schützen. Die Schutzvorrichtungen enthalten zum Beispiel einen Überspannungsschutz 30 zum Schutz gegen Überspannungsvorkommnisse und einen Leistungsschalter 32 zum Schutz gegen Überstromvorkommnisse. Vorzugsweise enthält die Schutzvorrichtung Schutzunterbrecher 31, welche eine manuelles An- und Abschalten der Stromquelle 1 erlauben.
Auf der Ausgangsseite umfasst die Stromquelle 1 zum Beispiel einen Motorantrieb 50, um die Eingangsspannung in eine Lastspannung, die für die Versorgung und den möglichen Antrieb der Last benötigt wird, zu transformieren. Der Motorantrieb 50 wird vorzugsweise durch die PLC 51 kontrolliert, welche Signale an den Motorantrieb 50 sendet, um die Lastspannung in Abhängigkeit von den Sensor- und/oder Kontrollsignalen, die an den korrespondierenden Eingänge 13, 14 anliegen, und/oder in Abhängigkeit von intern programmierten Betriebsschemata, zu regulieren.
Gemäss der Erfindung umfasst die Stromversorgung 1 eine intelligente Stromüberwachungseinheit (IPMU) 2, um den Betrieb der Stromversorgung 1 zu überwachen und optional eine DC Niederspannung zum dem PLC 51 zu liefern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Überwachungseinheit 2 zwischen den Schutzvorrichtungen 30, 31, 32 und dem Motorantrieb 50 gesetzt. Er ist deshalb von externen Vorkommnissen, die auf der Seite der Stromquelle vorkommen, geschützt. Die Überwachungseinheit 2 umfasst eine Datenverarbeitungseinheit 29, um verschiedenen Betriebsparameter zu überwachen und angemessene Kontrollsignale für den Fall herauszugeben, dass abnormale und/oder gefährliche Situationen detektiert werden.
Die Überwachungseinheit 2 enthält vorzugsweise Kontakte 20, um eine kontrollierte Lastan- und -ausschaltung, einen ersten EMI/RFI(Elektromagnetische Interferenz/Radiofrequenzinterferenz)-Filter 21 zur Unterdrückung des von der Last generierten Rauschens und einen AC/DC Konverter 23 zur Umwandlung eines Teils der Eingangsspannung in eine DC Niederspannung, welche zu der Datenverarbeitungseinheit 29 und der Überwachungseinheit 2 und zu dem PLC 51, welche sich ausserhalb der Überwachungseinheit 2 befindet, geliefert wird. Die Überwachungseinheit 2 enthält bevorzugt einen zweiten EMI/RFI-Filter 22 zur Unterdrückung des von dem AC/DC-Konverter 23 generierten Rauschens.
Gemäss der Erfindung überwacht die Datenverarbeitungseinheit 29 die Betriebsparameter der Überwachungseinheit durch Aufnehmen beispielsweise der Spannung an seinem AC-Eingang 24 und jeweils an seinen AC- und DC-Ausgängen 25 und 26. Die Überwachungseinheit überwacht weiter die Parameter des ersten und zweiten EMI/RFI-Filter 21, 22, zum Beispiel den Sättigungslevel der induktiven Komponenten des magnetischen Kerns, den Rauschlevel an dem Filtereingängen und/oder -ausgängen, etc. Die Überwachung wird zum Beispiel dadurch vorgenommen, dass die überwachten Parameter mit Hilfe eines angemessenen Sensors oder irgendeiner anderen Messvorrichtung gemessen werden (nicht dargestellt), das Ausgangssignal dieser Sensoren wird dann zu der Datenverarbeitungseinheit 29 geführt, welche diese verarbeitet, um zu bestimmen, ob die Stromversorgung unter normalen Bedingungen arbeitet.
Wenn abnormale Situationen, zum Beispiel ein zu hoher Rauschlevel, Kernsättigung, etc. festgestellt werden, gibt die Datenverarbeitungseinheit 29 vorzugsweise angemessene Kontrollsignale heraus, um zum Beispiel die Betriebsparameter des AC/DC Konverters 23 zu verändern, zum Abschalten der Last durch Betätigen der Last und/oder um den Betrieb der externen Vorrichtungen zu beeinflussen.
Vorzugsweise werden die Signale ausserhalb der Überwachungseinheit 2 über einen Kommunikationsbus gesendet, welcher vorzugsweise einem gewöhnlichen Industriestandard entspricht, obwohl auch eigene Lösungen im Rahmen der Erfindung genutzt werden können. Die Datenverarbeitungseinheit 29 kommuniziert deshalb vorzugsweise mit dem PLC 51 über diesen Kommunikationsbus. Kontroll- und/oder Informationssignale können deshalb zwischen der Datenverarbeitungseinheit 29, welche die Betriebsparameter der Komponenten innerhalb der Überwachungseinheit 2 überwacht, und dem PLC 51, welche die Sensorsignale von ausserhalb der Stromversorgung empfängt und direkt den Motorantrieb 50 überwacht, ausgetauscht werden. Alle Überwachungssignale können deshalb zentralisiert und innerhalb der Überwachungseinheit 2 verarbeitet werden, welche dann die am meisten geeigneten Kontrollsignale herausgeben kann, um die Betriebsparameter der Stromversorgung anzupassen und/oder diese im Fall eines Notfalls komplett auszuschalten. Der Kommunikationsbus wird vorzugsweise durch die Verarbeitungseinheit 29 überwacht.
Die Überwachungseinheit 2 wird vorzugsweise als eine einzige Komponente gebaut, wobei alle seine Bestandteile vorzugsweise innerhalb des Gehäuses, welches mindestens teilweise an allen Seiten geschlossen ist, enthalten sind. Standardstecker oder andere Verbindungselemente werden vorzugsweise in der Gehäusewand vorgesehen, um sein Verbindbarkeit zu anderen Komponenten der Stromversorgung 1 zu erlauben. Angemessene Leistungsstecker werden insbesondere für den AC-Eingang 24, für den AC-Ausgang 25 und für den DC-Niederspannungsausgang 26 verwendet, während ein Busstecker vorzugsweise für das Kommunikationsbusinterface 27 verwendet wird.
Die Überwachungseinheit 2 kann deshalb einfach auf modulare Weise in eine Spannungsversorgung mit geeigneten Interfaces integriert werden, welches für die Konstruktion der Spannungsversorgung zahlreiche Möglichkeiten eröffnet. Die Überwachungseinheit 2 stellt vorzugsweise alle Überwachungsfunktionalitäten bereit, die für den korrekten Betrieb und den effizienten Schutz der Spannungsversorgung 1 benötigt werden. Ein Konstrukteur kann deshalb die Überwachungseinheit 2 der Erfindung als ein einziges Modul ausführen, welche keine weitere Konstruktion benötigt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, ist der Kommunikationsbus durch ein zweites Businterface 15 von der Aussenseite der Spannungsversorgung 1 zugänglich, um zum Beispiel die Kommunikation von externen Vorrichtungen wie zum Beispiel die Last, eine Kontrollstation, etc. mit der Überwachungseinheit 2 der Spannungsversorgung zu erlauben, um zum Beispiel den Betrieb der Spannungsversorgung zu regulieren und/oder um diese durch die Spannungsversorgung zu kontrollieren. Vorzugsweise entspricht der Kommunikationsbus Industriestandards und das Businterface 15 ist ein Standardinterface, so dass irgendeine externe Vorrichtung, die ein kompatibles Businterface ausweist, damit verbunden werden kann und deshalb mit der Überwachungseinheit 2 kommuniziert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in der 4 illustriert ist, überwacht die Überwachungseinheit 2 weiter die Schutzvorrichtungen 30, 31', 32'. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel sind ein Teil der Schutzvorrichtungen, zum Beispiel die Unterbrecher 31' und Leistungsschalter 32' in der Überwachungseinheit 2 integriert, während andere Schutzvorrichtungen, zum Beispiel ein Überspannungsschutz 30 ausserhalb der Überwachungseinheit bleibt. Vorzugsweise wird das externe Schutzelement 30 auch von der Überwachungseinheit überwacht und kann zum Beispiel Signale zur Datenverarbeitungseinheit 29 durch ein geeignetes Interface 28 senden.
Weitere Überwachungen, Schutzvorrichtungen und/oder Funktionalitäten können in der Überwachungseinheit 2 der Erfindung integriert werden, in Abhängigkeit zum Beispiel von den speziellen Bedürfnissen von besonderen Anwendungen.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel der 4 überwacht also die Überwachungseinheit 2 die Schutzvorrichtungen 30, 31', 32', welche Hilfsschalter umfassen, welche ein Signal an die Datenverarbeitungseinheit 29 herausgeben, wenn die korrespondierenden Schutzvorrichtungen 30, 31', 32' aktiviert sind, weil zum Beispiel externe gefährliche Ereignisse auf der Seite der Spannungsquelle vorkommen. Die Datenverarbeitungseinheit 29, die ein solches Signal empfängt, kann dann zum Beispiel die Last durch Betätigen der Kontakte 20 abschalten.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind sowohl Eingangsspannung als auch Ladespannung ein- oder mehrphasige Spannungen, zum Beispiel dreiphasige Spannungen. Die Überwachungseinheit 2 der Erfindung ist deshalb auch anwendbar für Spannungsversorgungen, die mit einer DC Eingangsspannung und/oder einer DC Ausgangsspannung arbeiten. Der AC/DC Konverter 23 wird dann möglicherweise durch einen DC/DC-Übersetzer ersetzt, wenn es nötig sein sollte.
Zusammenfassung
Intellegente Stromüberwachungseinheit (2), um eine Stromversorgung zu überwachen, umfassend

– einen Stromeingang (24) für den Eingang eines elektrischen Stroms,
– einen Stromausgang (25) für den Ausgang einer elektrischen Stroms,
– eine Leitung, um besagten Stromeingang (24) mit besagten Stromausgang (25) zu verbinden,
– einen ersten EMI/RFI Filter (21), um elektromagnetisches Rauschen in besagter Leitung zu reduzieren,
– eine Überwachungseinheit, um Parameter des elektrischen Strom in besagter Leitung und/oder Parameter von besagtem ersten EMI/RFI Filter (21) zu überwachen,
– eine Datenverarbeitungseinheit (29), um Signale von besagter Überwachungseinheit zu empfangen und zu verarbeiten und um Kontrollsignale, die auf besagten Signalen basieren, zu erzeugen,
– ein Datenkommunikationsbus, um Daten zwischen besagter Datenübertragungseinheit (29) und mindestens einer Vorrichtung (51), die extern zu besagter überwachungseinheit (2) angeordnet ist, auszutauschen.

Stromversorgung (1) mit einer solchen intelligenten Spannungsüberwachungseinheit (2).

Claims

Intellegente Stromüberwachungseinheit (2), um eine Stromversorgung zu überwachen, umfassend – einen Stromeingang (24) für den Eingang eines elektrischen Stroms, – einen Stromausgang (25) für den Ausgang einer elektrischen Stroms, – eine Leitung, um besagten Stromeingang (24) mit besagten Stromausgang (25) zu verbinden, – einen ersten EMI/RFI Filter (21), um elektromagnetisches Rauschen in besagter Leitung zu reduzieren, – eine Überwachungseinheit, um Parameter des elektrischen Strom in besagter Leitung und/oder Parameter von besagtem ersten EMI/RFI Filter (21) zu überwachen, – eine Datenverarbeitungseinheit (29), um Signale von besagter Überwachungseinheit zu empfangen und zu verarbeiten und um Kontrollsignale, die auf besagten Signalen basieren, zu erzeugen, – ein Datenkommunikationsbus, um Daten zwischen besagter Datenübertragungseinheit (29) und mindestens einer Vorrichtung (51), die extern zu besagter Überwachungseinheit (2) angeordnet ist, auszutauschen.
Überwachungseinheit (2) gemäss dem vorangegangen Anspruch, wobei besagter elektrischer Strom eine AC Spannung ist, wobei besagte Überwachungseinheit weiter einen AC/DC Konverter (23) umfasst, um eine DC Niederspannung für besagte Datenverarbeitungseinheit (29) bereitzustellen.
Überwachungseinheit (2) gemäss dem vorangegangen Anspruch weiter umfassend einen zweiten EMI/RFI Filter (22), um das elektromagnetische Rauschen, das durch besagten AC/DC Konverter (23) generiert wird, zu reduzieren.
Überwachungseinheit (2) gemäss dem vorangegangen Anspruch, wobei besagte Überwachungseinheit weiter Parameter von besagten zweiten EMI/RFI Filter (22) überwacht.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei besagter elektrischer Strom eine dreiphasige AC Spannung ist.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der Ansprüche 2 bis 5, weiter umfassend einen DC Ausgang (26), um mindestens eine Vorrichtung, die extern zu besagter Überwachungseinheit (2) ist, mit einer DC Niederspannung zu versorgen.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei besagte Überwachungsmittel weiter Parameter von besagter DC Niederspannung überwachen.
Überwachungseinheit (2) gemäss Anspruch 1, wobei besagte elektrische Spannung eine DC Spannung ist und wobei besagte Überwachungseinheit weiter einen Spannungswandler umfasst, um besagte Datenverarbeitungseinheit (29) mit einer DC Niederspannung zu versorgen.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend Kontakte (20), um besagten Stromeingang (24) von besagtem Stromausgang (25) zu trennen, wobei besagte Kontakte (20) von besagter Datenverarbeitungseinheit (29) kontrolliert werden.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter umfassend mindestens ein Interface, um Signale von mindestens einer Schutzvorrichtung (30) der Stromversorgung (1) zu empfangen.
Überwachungseinheit (2) gemäss dem vorangegangen Anspruch, wobei besagte mindestens eine Schutzvorrichtung (30) der Stromversorgung (1) ein Überspannungsschutz ist, um besagten elektrischen Strom gegen Überspannungen zu schützen.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche umfassend mindestens eine Schutzvorrichtung (31', 32') verbunden mit besagter Datenverarbeitungseinheit (29), um die Überwachung von besagter mindestens einer Schutzvorrichtung (31', 32') durch besagte Datenverarbeitungseinheit (29) zu erlauben.
Überwachungseinheit (2) gemäss einem der vorangegangenen Ansprüche, welche als einzige Komponente für seine modulare Integration in einer Stromversorgung (1) gebaut ist.
Überwachungseinheit (2) gemäss dem vorangegangen Anspruch, welche sich in einem Gehäuse befindet, besagtes Gehäuse ist an allen Seiten mindestens teilweise geschlossen.
Stromversorgung (1) umfassend eine intelligente Spannungsüberwachungseinheit gemäss einem der vorangegangenen Ansprüchen und ein Businterface, um einen Datenaustausch zwischen besagtem Businterface (29) und mindestens einer Vorrichtung (51) der Stromversorgung (1), die sich extern zu besagter Überwachungseinheit (2) befindet.