具有電力質(zhì)量事件保護(hù)的電裝置及其相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開的概念一般涉及電裝置，以及更特別地涉及提供免受電力質(zhì)量事件(powerquality event)的保護(hù)的電裝置。所公開的概念同樣涉及提供免受電力質(zhì)量事件的保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]存在在配電網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)體上發(fā)生的可對負(fù)載及相關(guān)聯(lián)的電力轉(zhuǎn)換器造成損壞的各種類型的電力質(zhì)量事件。該電力質(zhì)量事件中的一些示例為瞬變、中斷、驟降、驟升、波形失真、電壓波動以及頻率變化。
[0003]瞬變是脈沖式過電壓事件，而驟升是更長的過電壓事件。瞬變和驟升兩者可能損壞負(fù)載。電涌保護(hù)裝置通常用于保護(hù)防止瞬變。然而，電涌保護(hù)裝置不能保護(hù)防止驟升。事實上，電涌保護(hù)裝置本身可以由于驟升而損壞。
[0004]不間斷電源(UPS)或電力調(diào)節(jié)器可以限制負(fù)載的電壓量，這提供一定程度的防止驟升的保護(hù)。UPS或電力調(diào)節(jié)器同樣可以保護(hù)防止中斷和驟降。然而，UPS或電力調(diào)節(jié)器是昂貴的裝置，并且因此通常僅用于需要連續(xù)電力的關(guān)鍵負(fù)載。
[0005]存在用于提供免受電力質(zhì)量事件的保護(hù)的電裝置的需要。同樣存在用于提供免受電力質(zhì)量事件的保護(hù)的方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通過所公開概念的實施例來滿足這些和其它需求，該實施例涉及包括控制單元的電裝置，該控制單元被構(gòu)造成檢測電力質(zhì)量事件并且基于所檢測的電力質(zhì)量事件來打開開關(guān)。
[0007]根據(jù)所公開概念的方面，一種電裝置包括:第一端子，其被構(gòu)造成電連接到電源；第二端子，其被構(gòu)造成電連接到負(fù)載；電壓傳感器，其電連接到在第一和第二端子之間的點，并且被構(gòu)造成感測在第一和第二端子之間的點處的電壓;開關(guān)，其在第一端子和第二端子之間電連接；以及控制單元，其被構(gòu)造成基于所感測的電壓來檢測在第一和第二端子之間流動的電力中的電力質(zhì)量事件，并且基于所檢測的電力質(zhì)量事件來控制開關(guān)的狀態(tài)。
[0008]根據(jù)所公開概念的其它方面，一種用于提供免受電力質(zhì)量事件的保護(hù)的方法包括:感測在可電連接到電源的第一端子和可電連接到負(fù)載的第二端子之間的點處的電壓；基于所感測的電壓，檢測在第一端子和第二端子之間流動的電力中的電力質(zhì)量事件；以及基于所檢測的電力質(zhì)量事件，打開在第一和第二端子之間電連接的開關(guān)。
[0009]根據(jù)所公開概念的其它方面，一種電裝置包括:第一端子，其被構(gòu)造成電連接到電源;第二端子，其被構(gòu)造成電連接到負(fù)載；電壓傳感器，其電連接到在第一和第二端子之間的點，并且被構(gòu)造成感測在第一和第二端子之間的點處的電壓;降壓變換器，其在第一端子和第二端子之間電連接；以及控制單元，其被構(gòu)造成基于所感測的電壓來檢測在第一和第二端子之間流動的電力中的電力質(zhì)量事件，并且基于所檢測的電力質(zhì)量事件來控制降壓變換器的占空比。
【附圖說明】
[0010]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，可從以下優(yōu)選實施例的描述中獲得所公開概念的充分理解，在附圖中:
[0011]圖1是包括根據(jù)所公開概念的示例實施例的電壓傳感器和控制單元的電裝置的示意圖；
[0012]圖2是包括根據(jù)所公開概念的示例實施例詳細(xì)示出的電壓傳感器的電裝置的示意圖；
[0013]圖3和圖4是包括根據(jù)所公開概念的示例實施例的電容器的電裝置的示意圖；
[0014]圖5至圖7是包括根據(jù)所公開概念的示例實施例的降壓變換器的電裝置的示意圖；
[0015]圖8是包括根據(jù)所公開概念的示例實施例的電壓傳感器和控制單元的電路中斷器的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]本文中使用的方向短語，諸如例如左，右，前，后，上，下及其衍生詞，與附圖中所示的元件取向相關(guān)并且除非在其中明確陳述外不作為對權(quán)利要求的限制。
[0017]如本文中所使用的，將兩個或更多部件“耦接”到一起的陳述將意為將部件直接連接到一起或通過一個或多個中間部件連接。
[0018]如本文中所使用的，術(shù)語“數(shù)量”將意為一或大于一的整數(shù)(S卩，多個)。
[0019]如本文中所使用的，術(shù)語“故障狀態(tài)”將意為產(chǎn)生火災(zāi)或人員觸電的風(fēng)險的基于電流的故障。故障狀態(tài)可以包括但不限于過電流狀態(tài)、電弧故障狀態(tài)以及接地故障狀態(tài)。故障狀態(tài)不包括瞬變、中斷、驟降、驟升、波形失真、電壓波動或頻率變化。
[0020]如本文中所使用的，術(shù)語“電力質(zhì)量事件”將意為在電力線(例如導(dǎo)體)上基于電壓的干擾，其可能造成連接到電力線的電裝置和電子裝置(即負(fù)載)的損壞、壽命降低、中斷操作或數(shù)據(jù)損失。電力質(zhì)量事件包括但不限于瞬變、中斷、驟降、驟升、波形失真、電壓波動以及頻率變化。
[0021]如本文中所使用的，術(shù)語“瞬變”將意為由但不限于閃電、靜電放電，或者電感性或電容性負(fù)載的切換引起的電壓脈沖。典型的電壓脈沖是短持續(xù)時間(例如但不限于50ns)的高電壓(例如但不限于1kV)。
[0022]如本文中所使用的，術(shù)語“中斷”將意為電力損失。電力損失可能是由于但不限于打開的開關(guān)、設(shè)施失效或組件失效。在典型的中斷中，存在超過一個半周期的零電壓。
[0023]如本文中所使用的，術(shù)語“驟降”將意為電力線的電壓降低。驟降可能是由于但不限于負(fù)載的啟動或故障的存在。典型的驟降是但不限于在超過一個半周期內(nèi)小于70%的額定電壓，或持續(xù)欠壓(例如但不限于小于90%的額定電壓)。
[0024]如本文中所使用的，術(shù)語“驟升”將意為在電力線的電壓中的增加。驟升可能是由于但不限于負(fù)載變化或設(shè)施故障。典型的驟升是但不限于在超過一半周期內(nèi)大于120%的額定電壓，或持續(xù)過電壓(例如但不限于大于110%的額定電壓)。
[0025]如本文中所使用的，術(shù)語“波形失真”將意為在基本電力頻率(即直流(DC)、50Hz、60Hz等)外部的任何電壓容量的存在。波形失真可以包括但不限于，由于非線性電子負(fù)載(例如但不限于功率轉(zhuǎn)換器)產(chǎn)生的諧波，由于有故障的整流器產(chǎn)生的DC偏移，以及由于例如功率轉(zhuǎn)換器的切換產(chǎn)生的高頻噪聲。
[0026]如本文中所使用的，術(shù)語“電壓波動”將意為隨時間的推移而變化的電壓超出基本電力頻率的預(yù)期電壓周期。電壓波動可以由例如負(fù)載設(shè)備的間歇操作引起。典型的電壓波動是但不限于在95%和105%的額定電壓之間小于25Hz速率的電壓波動。
[0027]如本文中所使用的，術(shù)語“頻率變化”將意為未保持在恒定值處的頻率(例如但不限于50Hz或60Hz)。頻率變化可能是由于但不限于未被正確支配的待機或備用發(fā)電機。
[0028]圖1是根據(jù)所公開概念的示例實施例的電裝置100的示意圖。電裝置100包括被構(gòu)造成電連接到電源1(例如但不限于AC或DC電源)的第一端子102，以及被構(gòu)造成電連接到負(fù)載2的第二端子104。
[0029]電裝置100包括電連接到在第一端子102和第二端子104之間的點的電壓傳感器106。電壓傳感器106被構(gòu)造成感測在第一端子102和第二端子104之間的點處的電壓。
[0030]電裝置100同樣包括控制單元108?？刂茊卧?08被構(gòu)造成基于由電壓傳感器106所感測的電壓，確定電力質(zhì)量事件是否在第一端子102和第二端子104之間流動的電力中發(fā)生。電力質(zhì)量事件包括例如瞬變、中斷、驟降、驟升、波形失真、電壓波動以及頻率變化。應(yīng)該理解的是，控制單元108可以能夠在不脫離所公開概念的范圍情況下，檢測一個電力質(zhì)量事件、電力質(zhì)量事件的子集，或所有的電力質(zhì)量事件。例如但不限于，在所公開概念的一個示例實施例中，控制單元108能夠檢測瞬變和驟升。在所公開概念的另一個示例實施例中，控制單元108能夠檢測瞬變、中斷、驟降以及驟升。在所公開概念的又一個示例實施例中，控制單元108能夠檢測瞬變、中斷、驟降、驟升、波形失真、電壓波動以及頻率變化。
[0031 ] 控制單元108可包括處理器和存儲器。處理器可以是例如但不限于微處理器、微控制器，或與存儲器通過接口連接的一些其它合適的處理裝置或電路。存儲器可以是各種類型的內(nèi)部和/或外部存儲介質(zhì)中的一個或多個的任何一個，該存儲介質(zhì)諸如但不限于提供存儲寄存器的RAM、R0M、EPR0M、EEPR0M、FLASH等，即機器可讀介質(zhì)，用于諸如以計算機的內(nèi)部存儲區(qū)域的方式的存儲數(shù)據(jù);并且可以是易失性存儲器或非易失性存儲器。同樣設(shè)想，可以在不使用處理器或存儲器的電路中實施控制單元108。
[0032]電裝置100進(jìn)一步包括在第一端子102和第二端子104之間電連接的開關(guān)110。當(dāng)開關(guān)110打開時，將第一端子102和第二端子104電斷開。當(dāng)開關(guān)110閉合時，將第一端子102和第二端子104電連接?？刂茊卧?08被構(gòu)造成基于所檢測的電力質(zhì)量事件來控制開關(guān)110的狀態(tài)。例如但不限于，控制單元108可被構(gòu)造成當(dāng)檢測到驟升時打開開關(guān)110，并且在驟升完成之后閉合開關(guān)110。
[0033]開關(guān)110可以是任何適當(dāng)類型的電控開關(guān)。在所公開概念的一些示例實施例中，開關(guān)110是固態(tài)開關(guān)(例如但不限于晶體管)。固態(tài)開關(guān)提供快速的切換時間，其允許開關(guān)110在電力質(zhì)量事件的情況下迅速打開，因此保護(hù)負(fù)載2免受損壞。
[0034]常規(guī)電涌保護(hù)裝置可以提供防止其中電壓大于140%的額定電壓長達(dá)3ms的瞬變的保護(hù)。然而，常規(guī)電涌保護(hù)裝置不提供防止大于120%的額定電壓超過3ms或大于110%的額定電壓超過0.5s的驟升的保護(hù)。這些類型的驟升處于可對設(shè)備造成損壞的范圍中。圖1的電裝置100可以提供在檢測到驟升時通過打開開關(guān)110來避免這些類