测量多相系统中多个相的功率的功率测量设备和测量系统的制作方法

本发明涉及功率测量设备和测量系统，该功率测量设备和测量系统用于灵活地测量多相系统、特别是三相系统的一个或多个相上的功率。

背景技术：

功率测量设备通常被设计用于测量三相系统的一个相上的功率或用于测量三相系统的三个相上的功率。仅被设计用于测量三相系统的一个相上的功率的简单功率测量设备的成本较低，并且在测量设备中只需要较小的空间。被设计用于测量三相系统的三个相上的功率的传统测量设备的成本较高，且在测量设备中一般需要大得多的空间。

例如，文献de102012107021b4示出了被实施为测量三相系统的三个相上的功率的功率测量设备。

单相功率测量设备的另一个缺点是，不能在三相系统的不同相之间进行相对测量。此外，由于不能实现多个单相测量设备的同步，因此也无法通过获取多个这样的单相测量设备来实现在三相系统的不同相之间进行相对测量。

技术实现要素：

本发明基于提供一种功率测量设备和测量系统的目的，所述功率测量设备和测量系统允许对具有多个相的多相系统、特别是三相系统，进行精确测量，但同时仅少量启动投资。

根据本发明，通过独立权利要求1的特征实现了功率测量设备的目的，通过独立权利要求11的特征，实现了测量系统的目的。进一步有利的发展形成了与这些独立权利要求有关的从属权利要求的主题。

根据本发明的功率测量设备用于测量多相系统特别是三相系统的功率。功率测量设备包括用于测量多相系统的第一相的功率的测量单元、用于显示测量结果的显示单元和用于由用户对功率测量设备进行操作的操作单元。此外，功率测量设备包括通信单元，借助通信单元，该功率测量设备可以与一个或多个其它功率测量设备进行通信。在该情况下，根据本发明的功率测量设备被实施为与所述一个或多个其它功率测量设备共同测量多相系统的多个相的功率。以这种方式，可以使用单个根据本发明的功率测量设备来实施一个相上的仅一个功率测量。根据本发明的多个功率测量设备可以共同使用以实施多相系统的多个相上的相同步测量。

优选地，可以在主模式下操作该功率测量设备，在主模式下，该功率测量设备控制至少一个其它功率测量设备。此外，可以在从模式下操作该功率测量设备，在从模式下，该功率测量设备被至少一个其它功率测量设备控制。这意味着多个根据本发明的结构相同的功率测量设备可以用于不同相的共同测量。

优选地，在主模式下，该功率测量设备被实施为：通过通信单元从所述至少一个其它功率测量设备接收测量结果，和/或在显示单元上显示该功率测量设备和该至少一个其它功率测量设备的测量结果，和/或通过操作单元接收和处理用于该功率测量设备和该至少一个其它功率测量设备的操作输入。此外，优选地，在从模式下，该测量设备被实施为：通过通信单元将测量结果发送给该至少一个其它功率测量设备，和/或不在该功率测量设备的显示单元上显示测量结果，和/或不通过功率测量设备的操作单元接收和处理操作输入。这意味着，根据本发明的所有连接的功率测量设备通过这些功率测量设备中的单个功率测量设备的显示单元和操作单元进行控制。以这种方式，可以进行特别简单的操作。

优选地，测量单元在此被实施为测量多相系统(特别是三相系统)的第一相上的电流和电压，并且根据第一相上的电流和电压计算第一相的功率。以这种方式，可以进行特别简单且精确的功率测量。

优选地，通信单元被实施为连接到串行的或并行的或环形的通信总线，并且通过所述通信总线与所述至少一个其它功率测量设备进行通信。因此，可以实现功率测量设备之间非常简单的通信。

通信单元优选地包括双向数字同轴连接器。在这种情况下，该通信单元被实施为通过该连接器连接到所述至少一个其它功率测量设备。可替选地，通信单元包括单向数字同轴输入连接器和单向数字同轴输出连接器。在这种情况下，通信单元被实施为通过单向数字同轴输入连接器和单向数字同轴输出连接器连接到所述至少一个其它功率测量设备。通过这些连接器也可以实现更多功率测量设备的环形连接。这使得功率测量设备和由它们组成的测量系统的构造具有很大的灵活性。

优选地，通信单元包括连接器接口，该连接器接口被实施为建立与所述至少一个其它功率测量设备的自动连接。在此自动连接可以借助相应的连接器接口，通过功率测量设备通过无线方式插接在一起来直接实现。可替选地，自动连接可以借助连接器设备实现，其中，该功率测量设备和该至少一个其它功率测量设备可以插接在该连接器设备上。因此，可以实现功率测量设备的非常简单的无线连接。此外，由于不会发生因为电缆长度或布线路径不同而导致不准确的情况，所以可以进行特别准确的同步。

优选地，通信单元被实施为实施该功率测量设备和该至少一个其它功率测量设备的同步，以用于相位相干测量。附加地或可替选地，通信单元被实施为发送测量结果和/或发送控制命令。以这种方式，可以通过通信单元交换需要在功率测量设备之间交换的所有信息和命令。这使得功率测量设备的结构可以特别简单。

优选地，通信单元还被实施为：向该至少一个其它功率测量设备发送同步消息以用于该功率测量设备和该至少一个其它功率测量设备的同步，等待并确定直到该至少一个其它功率测量设备的响应到达为止的时间段，并且将直到该至少一个其它功率测量设备的响应到达为止的该时间段的一半估计为所述同步消息的传输时间。在这种情况下，测量单元被实施为在处理该至少一个其它功率测量设备的测量结果时将同步消息的估计传输时间考虑为控制命令和测量结果的传输延迟。以这种方式，可以进行特别准确的同步。因此，可以获取特别准确的测量结果。

优选地，通信单元还被实施为与至少两个、尤其是两个、或三个、或四个、或五个、或六个、或七个、或八个、或九个或十个其它功率测量设备进行通信。然后，该功率测量设备被实施为与其它功率测量设备共同测量多相系统(特别是三相系统)的其它相上的功率。这实现了特别好的测量灵活性。

根据本发明的测量系统包括如前所述的第一功率测量设备和第二功率测量设备。在该情况下，第一功率测量设备的通信单元和至少一个第二功率测量设备的通信单元彼此连接。通信单元被实施为彼此通信。在该情况下，第一功率测量设备和该至少一个第二功率测量设备被实施为共同测量多相系统、特别是三相系统的至少两个相上的功率。以这种方式，利用低启动投资可实现准确的测量。

优选地，如前所述，可以在主模式和从模式下操作功率测量设备。例如，在主模式下第一功率测量设备操作，而在从模式下操作第二功率测量设备。以这种方式，清楚地分配了测量系统中的任务。这使得操作特别简单，对测量结果的读出也特别简单。

优选地，测量系统包括至少一个、优选两个其它(第二)功率测量设备。每个第二功率测量设备被实施为测量三相系统的不同相上的功率。第一功率测量设备和第二功率测量设备被实施为共同测量多相系统(优选三相系统)的多个相(优选所有相)上的功率。以这种方式，可以实现对整条线非常精确的测量。在测量系统中包括另外的第二功率测量设备允许多个进一步的测量，例如在对耦合的一次和二次电源电路中的多个进一步的测量。

优选地，测量系统的功率测量设备被实施为实施前述同步方法。在该情况下，第一功率测量设备被实施为将同步消息发送给该至少一个第二功率测量设备。然后，该至少一个第二功率测量设备被实施为：一旦接收到同步消息，就向第一功率测量设备发送对同步消息的响应。以这种方式，可以进行特别准确的同步。

优选地，测量系统包括用于将该第一功率测量设备和该至少一个第二功率测量设备连接到多相系统的多个相的相同长度的测量线。由于线长度相同，所以实现了相同的信号延迟。进而可以简化同步。因此，也可以实现更准确的同步。

优选地，测量系统的功率测量设备包括前述连接器接口。在各个功率测量设备和连接器设备插接在一起的情况下，测量系统还包括该连接器设备，该连接器设备用于多个功率测量设备的自动连接。这实现了多个功率测量设备的特别简单的连接。

附图说明

在下文中，基于通过举例说明本发明的一个有利的示例性实施方式的附图，描述本发明。附图示出：

图1是以电路框图形式的根据本发明的功率测量设备的示例性实施方式的电路框图；

图2是根据本发明的测量系统的第一示例性实施方式的电路框图；

图3是根据本发明的测量系统的第二示例性实施方式的电路框图；以及

图4是根据本发明的测量系统的第三示例性实施方式的电路框图。

具体实施方式

首先，基于图1，以三相电流测量为例，说明根据本发明的功率测量设备的示例性实施方式的结构和总体功能。接下来，参见图2至图4，将描述根据本发明的测量系统的功率测量设备的不同连接选择。在某些情况下，对相似附图中的相同元件不进行重复展示和描述。

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的功率测量设备1。功率测量设备1连接到电源连接器5和被测设备4。被测设备4也与电源连接器5连接。为方便看清，这里仅示出了与通过功率测量设备1进行的测量相关的相l1的连接以及中性导线n的连接。事实上，在每种情况下，电源连接器5的相l2和l3、与被测设备4的相l2和l3也彼此连接。

功率测量设备1包括测量单元10、显示单元11、操作单元12、通信单元13和控制单元14。在该情况下，控制单元14连接到所有其它单元10-13，并控制所有其它单元10-13。测量单元10包括电压测量单元10a和电流测量单元10b。单元10a和单元10b中的每一者分别连接到控制单元14。

测量单元10还连接到三相系统的一个相。因此，电压测量单元10a在测量电流通过之前和之后，连接到被测设备。也就是说，电压测量单元10a连接到被测设备4的连接器l1和连接器n。与此相对，电流测量单元10b与被测设备串联连接。也就是说，电流测量单元10b连接到电源连接器5的连接器l1以及被测设备的连接器l1。

如果仅对一个相实施测量，则如上所述，测量设备1(特别是测量单元10)连接到三相系统。用户可以通过操作单元12开始测量。测量单元10在控制单元14的控制下进行测量。多个测量点根据电流和电压被单独记录并被发送给控制单元14。根据这些测量点，控制单元14可以通过乘法来确定功率。可替选地，该功率确定也可以已经在测量单元10内实施。测量结果相应地显示在显示单元11上。也可以通过显示单元11提供操作指南。

然而，如果现在要同时在三相系统的多个相上实施测量，则根据本发明的两个或更多个测量设备可以通过通信单元13彼此连接。接着，每个测量设备通过其相应的测量单元10连接到三相系统的对应于第一测量设备1的一个相。每个测量设备在各自的相上相互独立地实施其测量。然后可以将各个测量设备的测量结果发送到中央控制计算机。

可替选地，其中一个测量设备可以接任控制计算机的角色。在这种情况下，该测量设备工作在主模式下并控制其它测量设备。此外，该测量设备接收来自其它测量设备的测量结果。然后在主功率测量设备中进行对所有测量设备的测量结果的进一步处理和显示。所有测量设备的操作也可以通过主功率测量设备实现。在这种情况下，所有其它功率测量设备都在从模式下工作，并将所有测量结果发送给主功率测量设备。当测量设备在从模式下工作时，其操作单元和显示单元关闭。测量结果的操作和显示只通过主功率测量设备的操作单元和显示单元进行。

将参照图2到图4更详细地描述测量设备的连接选择的细节。

图2示出了根据本发明的第一示例性实施方式的测量系统29。测量系统29包括第一功率测量设备1、第二功率测量设备2和第三功率测量设备3。第一功率测量设备1包括第一双向同轴连接器20和第二双向同轴连接器21。在这个示例中，第一测量设备1连接到三相系统的第一相，即电流i1和电压u1由第一功率测量设备1测量并被转化为功率。

第二功率测量设备2包括第一双向同轴连接器22和第二双向同轴连接器23。在这个示例中，第二功率测量设备2连接到三相系统的第二相，即电流i2和电压u2由第二功率测量设备2测量并被转化为相应的功率。

第三功率测量设备3包括第一双向同轴连接器24和第二双向同轴连接器25。在这个示例中，第三功率测量设备3连接到三相系统的第三相，即电流i3和电压u3由第三功率测量设备3测量并被转化为相应的功率。

第一测量设备1的第二双向同轴连接器21通过同轴线26连接到第二测量设备2的第一双向同轴连接器22。第二测量设备2的第二双向同轴连接器23通过同轴线27连接到第三测量设备3的第一双向同轴连接器24。三个测量设备1-3通过同轴线路26和27彼此连接。以这种方式，三个测量设备1-3可以彼此通信。例如，如果第二测量设备2被配置为主模式，而第一测量设备1和第三测量设备3都被配置为从模式，则第二测量设备2通过由同轴线26和27控制第一测量设备1和第三测量设备3。同时，来自测量设备1和测量设备3的测量结果通过从测量设备1和从测量设备3发送给主测量设备2。

然而，在每种情况下，在单个连接器处使用双向连接是不利的，这是因为在每个单独的同轴连接器20-25处，需要发送模式和接收模式之间的内部切换。这需要一定的时间，因此限制了通信的速度。

图3示出了根据本发明的第二示例性实施方式的测量系统39。在此，测量设备1-3分别包括两个单向同轴连接器30-35。

第一测量设备1包括单向同轴输入连接器30和单向同轴输出连接器31。第二测量设备2包括单向同轴输入连接器32和单向同轴输出连接器33。第三测量设备3包括单向同轴输入连接器34和单向同轴输出连接器35。

第一测量设备1经由同轴输出连接器31、同轴线36和同轴输入连接器32连接到第二测量设备2。此外，第二测量设备2经由同轴输出连接器33、同轴线37和同轴输入连接器34连接到第三测量设备3。此外，第三测量设备3经由同轴输出连接器35、电线38和同轴输入连接器30连接到第一测量设备1。这形成了测量设备1-3的环形拓扑结构。而且，每个测量设备1-3与每个其它测量设备1-3都可以通信。

最后，图4示出了第三示例性实施方式的测量系统49。在此，测量设备1-3分别包括两个双向连接器40-45。在每种情况下，测量设备1-3的第一连接器40、42、44与公共线47连接。在每种情况下，测量设备1-3的第二连接器41、43和45通过另一公共线46而彼此连接。因此，在测量设备1-3之间建立起两条并行总线，通过这两条并行总线可以进行信息传输。

除了通过同轴线进行测量设备1-3的连接之外，还可以进行测量设备1-3的直接连接。在这种情况下，每个单独的测量设备1-3包括连接器接口，该连接器接口被实施成建立与一个或多个功率测量设备的自动连接。例如，连接器接口可以设置在各个测量设备的壳体的侧壁中。则需要彼此连接的测量设备可以并排设置并通过推到一起彼此连接。相应的接口相应地接合到彼此中并建立连接。

可替选地，测量设备也可以通过连接器设备相连。该连接器设备可以安装在测量设备机壳中，例如作为后壁。可以通过将测量设备推靠在后壁上来实现各个测量设备的连接器接口与连接器设备的连接。因此，连接器设备被实施成以这种方式将多个测量设备彼此连接。

现在为了对具有多个相的三相系统实施测量，如图2至图4所示，特别是对相角的高精度测量，需要在各个测量设备1-3之间建立时间同步性。这可以通过例如主测量设备发送同步消息给所有从测量设备来实现。从测量设备对同步消息进行响应。主测量设备测量同步消息的发送与各个响应的到达之间的时间。将该时间的一半作估计为同步消息的传输时间。相应地，确定从主测量设备到所有从测量设备的传输时间段。这些传输时间可以用于各个测量设备1-3的测量结果的时间同步。

可替选地，也可以在同步消息中并入时间戳。在这种情况下，对同步消息的响应包含同步消息的时间戳以及该响应自身的时间戳二者。这实现了更精确的同步。

因此，本发明不限于所示的示例性实施方式。测量系统当然也可以包含多于三个的测量设备。测量系统也适用于对具有多于三相的多相系统中的测量。热功率测量或其它形式的功率测量也包括在本发明的范围内。除了用同轴线的布线、以及测量设备或连接器设备的直接插接在一起之外，还可以想到与其它传输系统(例如以太网，usb，wi-fi，蓝牙等)的连接。有利地，上述所有特征或附图中所示的特征也可以在本发明的范围内彼此任意组合。