CH714215A1 - System for measuring the power of an electrical machine. - Google Patents

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CH714215A1
CH714215A1 CH01200/17A CH12002017A CH714215A1 CH 714215 A1 CH714215 A1 CH 714215A1 CH 01200/17 A CH01200/17 A CH 01200/17A CH 12002017 A CH12002017 A CH 12002017A CH 714215 A1 CH714215 A1 CH 714215A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Messung der Leistung einer elektrischen Maschine, umfassend eine Sensoranordnung (10) und einen elektrischen Leiter (20), wobei die Sensoranordnung (10) einen Sensor (12) enthält. Die Sensoranordnung (10) ist auf dem elektrischen Leiter (20) befestigbar, sodass mittels des Sensors (12) eine Messgrösse bestimmbar ist, die den im elektrischen Leiter (20) fliessenden Strom kennzeichnet.The invention relates to a system for measuring the power of an electrical machine, comprising a sensor arrangement (10) and an electrical conductor (20), wherein the sensor arrangement (10) contains a sensor (12). The sensor arrangement (10) can be fastened on the electrical conductor (20), so that by means of the sensor (12) a measured variable can be determined which characterizes the current flowing in the electrical conductor (20).

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Messung der Leistung einer elektrischen Maschine. Das System umfasst eine Sensoranordnung und einen elektrischen Leiter. Die Sensoranordnung enthält einen Sensor.Description: The present invention relates to a system for measuring the power of an electrical machine. The system comprises a sensor arrangement and an electrical conductor. The sensor arrangement contains a sensor.

[0002] Es ist bekannt, die Leistung elektrischer Maschinen oder auch den Betriebszustand eines Lagers mittels Vibrationsmessung automatisch zu überwachen.It is known to automatically monitor the performance of electrical machines or the operating state of a bearing by means of vibration measurement.

[0003] Für die Ermittlung der Belastung oder Leistung einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors oder eines Generators werden üblicherweise der Strom und die Spannung gemessen und die Leistung P aus der Gleichung P = U * I ermittelt. In der praktischen Umsetzung bringt man an bzw. in die dicken Stromkabel Messsensoren an, wie beispielsweise Shunts, die einen kleinen Leistungswiderstand aufweisen. Hierzu muss man eine bestehende Verdrahtung verletzen. Alternativ kann unter Umständen der Messwert durch das Leitsystem bereitgestellt werden bzw. von dort abgegriffen werden. Auch diese Lösung bedingt, dass in das bestehende Leitsystem eingegriffen werden muss. Der Messwert kann auch mittels eines Stromwandlers, beispielsweise über eine Zangenstrommessung ermittelt werden, wenn der Stromwandler einfach um das Kabel gestülpt werden kann.For the determination of the load or power of an electrical machine, for example an electric motor or a generator, the current and the voltage are usually measured and the power P is determined from the equation P = U * I. In practical implementation, measurement sensors, such as shunts, which have a low power resistance, are attached to or in the thick power cables. To do this, you have to violate existing wiring. Alternatively, the measured value can be provided by the control system or tapped from there under certain circumstances. This solution also means that intervention in the existing control system is required. The measured value can also be determined by means of a current transformer, for example using a clamp current measurement, if the current transformer can simply be put over the cable.

[0004] Daher besteht Bedarf an einer passiven Messung, welche ohne Eingriff in eine bestehende Maschine oder deren Steuerungssystem durchgeführt werden kann, das heisst von der Maschine physisch getrennt ist. Insbesondere soll das Messgerät zur Durchführung der Messung auch nachträglich an die bestehende Maschine anbringbar sein, ohne dass an der Maschine Veränderungen vorgenommen werden müssen.There is therefore a need for a passive measurement, which can be carried out without intervention in an existing machine or its control system, that is to say is physically separate from the machine. In particular, the measuring device for carrying out the measurement should also be able to be retrofitted to the existing machine without having to make any changes to the machine.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische Überwachung einer elektrischen Maschine bereitzustellen, für welche kein Eingriff an der elektrischen Maschine bzw. deren Steuerungssystem vorgenommen werden muss.The object of the invention is to provide automatic monitoring of an electrical machine, for which no intervention in the electrical machine or its control system has to be carried out.

[0006] Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein System enthaltend eine Sensoranordnung gemäss Anspruch 1. Vorteilhafte Varianten des Systems sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.[0006] The object of the invention is achieved by a system comprising a sensor arrangement according to claim 1. Advantageous variants of the system are the subject of claims 2 to 10.

[0007] Wenn der Begriff «beispielsweise» in der nachfolgenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich dieser Begriff auf Ausführungsbeispiele und/oder Ausführungsformen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugtere Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. In ähnlicher Weise sind die Begriffe «vorzugsweise», «bevorzugt» zu verstehen, indem sie sich auf ein Beispiel aus einer Menge von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugte Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. Dementsprechend können sich die Begriffe «beispielsweise», «vorzugsweise» oder «bevorzugt» auf eine Mehrzahl von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen.When the term "for example" is used in the following description, this term refers to exemplary embodiments and / or embodiments, which is not necessarily to be understood as a more preferred application of the teaching of the invention. Similarly, the terms “preferred”, “preferred” are to be understood by referring to an example from a set of exemplary embodiments and / or embodiments, which is not necessarily to be understood as a preferred application of the teaching of the invention. Accordingly, the terms “for example”, “preferably” or “preferred” can refer to a plurality of exemplary embodiments and / or exemplary embodiments.

[0008] Die nachfolgende detaillierte Beschreibung enthält verschiedene Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemässe System zur Messung der Leistung einer elektrischen Maschine enthaltend die Sensoranordnung. Die Beschreibung eines bestimmten Systems ist nur als beispielhaft anzusehen. In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe «enthalten», «umfassen», «aufweisen» als «enthalten, aber nicht beschränkt auf.» interpretiert.The following detailed description contains various exemplary embodiments for the system according to the invention for measuring the power of an electrical machine containing the sensor arrangement. The description of a specific system is only to be regarded as an example. In the description and the claims, the terms “contain”, “comprise”, “exhibit” are interpreted as “contain, but not limited to.”.

[0009] Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass mittels einer Sensoranordnung die auf- bzw. abgegebene Leistung einer elektrischen Maschine passiv, beispielsweise mittels einer Magnetfeldmessung an den Strom-Versorgungskabeln ermittelt wird.The object of the invention is achieved in that the input or output power of an electrical machine is determined passively, for example by means of a magnetic field measurement on the power supply cables, by means of a sensor arrangement.

[0010] Ein Bedarf für eine Maschinenüberwachung wird noch oftmals erst nach Installation der Maschine bzw. der Fertigstellung einer Anlage, welche die Maschine enthält, erkannt. Daher muss oftmals die Maschinenüberwachung nachgerüstet werden und demzufolge nachträglich eingebaut werden. Die bestehende Installation oder Anlagenkonfiguration darf oftmals nicht verletzt oder verändert werden, beispielsweise aufgrund von Garantiebestimmungen der Lieferanten, aus Gründen der kontinuierlichen Aufrechterhaltung der Produktionsleistung oder um die Sicherheit der Anlage nicht zu gefährden. Somit kann nur eine Sensoranordnung nachträglich angebracht werden, welche passiv, d.h. ohne Eingriff, eine Messgrösse aufnehmen kann.A need for machine monitoring is often only recognized after installation of the machine or completion of a system that contains the machine. For this reason, the machine monitoring system often has to be retrofitted and subsequently installed. Often, the existing installation or system configuration must not be violated or changed, for example due to the guarantee terms of the suppliers, for reasons of continuous maintenance of the production output or in order not to endanger the safety of the system. Thus, only one sensor arrangement can be retrofitted, which is passive, i.e. can take a measurement without intervention.

[0011] Ein System zur Messung der Leistung einer elektrischen Maschine umfasst eine Sensoranordnung und einen elektrischen Leiter wobei die Sensoranordnung einen Sensor enthält. Die Sensoranordnung ist auf dem elektrischen Leiter befestigbar, sodass mittels des Sensors eine den durch einen im elektrischen Leiter fliessenden Strom kennzeichnende Messgrösse bestimmbar ist. Mittels des Sensors ist somit eine Messgrösse bestimmbar, die den im elektrischen Leiter fliessenden Strom kennzeichnet oder charakterisiert. Bei der Messgrösse kann es sich um die Stärke eines Magnetfelds handeln. Insbesondere ist der im elektrischen Leiter fliessende Strom durch den Sensor nicht veränderbar, sodass eine passive Erfassung der Messgrösse ermöglicht ist.[0011] A system for measuring the power of an electrical machine comprises a sensor arrangement and an electrical conductor, the sensor arrangement including a sensor. The sensor arrangement can be fastened on the electrical conductor, so that a measurement variable which characterizes the current flowing in the electrical conductor can be determined by means of the sensor. A sensor can thus be determined by means of the sensor, which characterizes or characterizes the current flowing in the electrical conductor. The measured variable can be the strength of a magnetic field. In particular, the current flowing in the electrical conductor cannot be changed by the sensor, so that the measured variable can be detected passively.

[0012] Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung eine Auswerteelektronik umfassen, mittels welcher ein die Messgrösse enthaltendes Ausgangssignal erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal in eine Überwachungseinheit einspeisbar ist.According to one embodiment, the sensor arrangement can comprise evaluation electronics, by means of which an output signal containing the measured variable can be generated, the output signal being able to be fed into a monitoring unit.

[0013] Die Überwachungseinheit kann einen Auswertungsalgorithmus enthalten, welcher ein maschinelles Lernmodul umfasst. Somit kann für diese Überwachung einer elektrischen Maschine maschinelles Lernen zum Einsatz kommen. Mittels Algorithmen, welche ein Element aus der Gruppe des überwachten, teilüberwachten, nicht überwachten, bestärkenden oder aktiven Lernens umfasst, kann aus Messdaten, welche ein Element aus der Gruppe der Drehzahlen, Tempe raturen, Vibrationen, Belastungen, Drehmomenten umfassen, ein Muster oder eine Gesetzmässigkeit gefunden werden, welche mit der Leistung der elektrischen Maschine oder deren Betriebszustand korreliert.[0013] The monitoring unit can contain an evaluation algorithm which comprises a machine learning module. Machine learning can thus be used for this monitoring of an electrical machine. By means of algorithms, which comprises an element from the group of monitored, partially monitored, unsupervised, reinforcing or active learning, a pattern or one can be obtained from measurement data which comprise an element from the group of speeds, temperatures, vibrations, loads, torques Regularity can be found which correlates with the performance of the electrical machine or its operating state.

[0014] Mittels eines Magnetfeldsensors und der Auswerteelektronik kann die Magnetfeldstärke in eine Messgrösse, beispielsweise eine Stromstärke oder eine elektrische Spannung, umgewandelt werden, das heisst die Magnetfeldstärke korreliert mit der Messgrösse, beispielsweise der Stromstärke oder der elektrischen Spannung. Der Zusammenhang zwischen der Magnetfeldstärke und der Messgrösse ist mittels des Auswertungsalgorithmus ermittelbar, sodass beispielsweise Belastung der elektrischen Maschine oder die elektrische Leistung der Maschine mittels des Auswertungsalgorithmus erhältlich sind. Der Sensor kann während der Herstellung der Sensoranordnung oder an der Maschine im Feld kalibriert werden, damit jeder Magnetfeldstärke eine Messgrösse zugeordnet werden kann. Nach einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Messgrösse um einen Strom. Die Messgrösse kann gemäss einem Ausführungsbeispiel von der Sensoranordnung als digitaler Wert geliefert werden. Wenn gemäss einem Ausführungsbeispiel ein analoger Wert von der Sensoranordnung geliefert wird, kann der analoge Wert von der Auswerteelektronik oder dem Auswertungsalgorithmus in einen digitalen Wert konvertiert werden.The magnetic field strength can be converted into a measured variable, for example a current or an electrical voltage, by means of a magnetic field sensor and the evaluation electronics, that is to say the magnetic field strength correlates with the measured variable, for example the current or the electrical voltage. The relationship between the magnetic field strength and the measurement variable can be determined using the evaluation algorithm, so that, for example, the load on the electrical machine or the electrical power of the machine can be obtained using the evaluation algorithm. The sensor can be calibrated in the field during the manufacture of the sensor arrangement or on the machine, so that a measurement variable can be assigned to each magnetic field strength. According to one embodiment, the measured variable is a current. According to one exemplary embodiment, the measured variable can be supplied by the sensor arrangement as a digital value. If, according to one exemplary embodiment, an analog value is supplied by the sensor arrangement, the analog value can be converted into a digital value by the evaluation electronics or the evaluation algorithm.

[0015] Mittels des Auswertungsalgorithmus kann zusätzlich zur Stromstärke noch der Leitungswiderstand oder eine elektrische Spannung bzw. eine Potentialdifferenz ermittelbar sein, sodass aus der Stromstärke (I) sowie dem Leitungswiderstand (R) oder der elektrischen Spannung (U) gemäss den Gleichungen P = I2 * R oder P = U * I die zugehörige Leistung P der elektrischen Maschine (1) ermittelbar ist.By means of the evaluation algorithm, in addition to the current, the line resistance or an electrical voltage or a potential difference can be determined, so that from the current (I) and the line resistance (R) or the electrical voltage (U) according to the equations P = I 2 * R or P = U * I the associated power P of the electrical machine (1) can be determined.

[0016] Eine Sensoranordnung kann einen Mikrochip enthalten. Insbesondere kann der Mikrochip derart konfiguriert sein, dass mittels des Mikrochips die Stärke eines Magnetfeldes messbar ist. Aus der Stärke des Magnetfelds lassen sich Rückschlüsse auf den Stromfluss I der Maschine ziehen. Die resultierende Leistung bzw. Belastung, kann gemäss P = I2 * R oder P = U * I ermittelt werden. Die Stärke des Magnetfelds lässt sich mittels verschiedener Verfahren messen. Eine Sensoranordnung zur Messung der Stärke des Magnetfelds kann einen Sensor aus der Gruppe der Hall-Sensoren, FluxgateSensoren, Astatic-Magnetometer, der supraleitenden Magnetometer, enthaltend einen SQUID Sensor (Superconducting QUantum Interférence Device) umfassen. Insbesondere kann ein Sensor verwendet werden, der eine hohe Empfindlichkeit aufweist.A sensor arrangement can contain a microchip. In particular, the microchip can be configured such that the strength of a magnetic field can be measured by means of the microchip. The strength of the magnetic field allows conclusions to be drawn about the current flow I of the machine. The resulting power or load can be determined according to P = I 2 * R or P = U * I. The strength of the magnetic field can be measured using various methods. A sensor arrangement for measuring the strength of the magnetic field can comprise a sensor from the group of Hall sensors, fluxgate sensors, Astatic magnetometers, the superconducting magnetometers, containing a SQUID sensor (Superconducting QUantum Interference Device). In particular, a sensor can be used that has a high sensitivity.

[0017] In einem System nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann der Sensor und eine Auswerteelektronik auf einem Grundelement angeordnet sein. Das Grundelement kann ein Element aus der Gruppe einer Platine oder einer Leiterplatte (Printed Circuit Board (PCB)), oder einer flexiblen Leiterplatte (Flexible Printed Circuit (FCP)) enthalten. Der Sensor oder die Auswerteelektronik können durch ein Abschirmelement gegen Störstrahlung abgeschirmt sein. Die Störstrahlung kann ein externes Magnetfeld oder ein elektrisches Feld umfassen.[0017] In a system according to one of the preceding exemplary embodiments, the sensor and evaluation electronics can be arranged on a basic element. The basic element can contain an element from the group of a circuit board or a printed circuit board (Printed Circuit Board (PCB)), or a flexible printed circuit board (Flexible Printed Circuit (FCP)). The sensor or the evaluation electronics can be shielded against interference radiation by a shielding element. The interference radiation can include an external magnetic field or an electrical field.

[0018] Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst das Abschirmelement ein Gehäuse. Das Abschirmelement kann einen Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität enthalten, beispielsweise Mu-Metall oder Permalloy enthalten. Ein Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität kann nach einem Ausführungsbeispiel als eine Nickel-Eisenlegierung ausgebildet sein, die 81 Gew% Nickel und 19 Gew% Eisen enthält. Ein Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität kann nach einem Ausführungsbeispiel als eine Nickel-Eisenlegierung ausgebildet sein, die 80 Gew% Nickel und 16 Gew% Eisen und 4 Gew% Cobalt enthält. Ein Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität kann nach einem Ausführungsbeispiel als eine Nickel-Eisenlegierung ausgebildet sein, die 78,5 Gew% Nickel und 3 Gew% Molybdän enthält.According to one embodiment, the shielding element comprises a housing. The shielding element can contain a material with high magnetic permeability, for example contain mu-metal or permalloy. According to one embodiment, a material with high magnetic permeability can be designed as a nickel-iron alloy which contains 81% by weight of nickel and 19% by weight of iron. According to one exemplary embodiment, a material with high magnetic permeability can be designed as a nickel-iron alloy which contains 80% by weight of nickel and 16% by weight of iron and 4% by weight of cobalt. According to one exemplary embodiment, a material with high magnetic permeability can be designed as a nickel-iron alloy which contains 78.5% by weight of nickel and 3% by weight of molybdenum.

[0019] Gemäss einem Ausführungsbeispiel trägt ein Grundelement, beispielsweise eine Platine eine Leiterplatte odereine flexible Leiterplatte einen Magnetfeldsensor und die notwendige Auswerteelektronik, welche mittels eines Bleches gegen Störeinstrahlungen abgeschirmt ist. Das Grundelement ist in einem Gehäuse eingebaut, welches die Sensoranordnung schützt und die Montage an ein Kabel erleichtert, z.B. mittels Kabelbriden oder Klemmen. Dieses Gehäuse kann mit einer Zusatzabschirmung versehen werden, z.B. MU-Metall, um unerwünschte Magnetfelder vom Magnetfeldsensor fern zu halten (um Fehlmessungen zu verhindern). Das Grundelement im Gehäuse ist mittels eines abgeschirmten Kabels mit einem Rechner bzw. Gegenstelle verbunden, um die Messwerte zu übertragen. Alternativ kann man die Messwerte mittels Funk, d.h. Bluetooth, WLAN, ZigBee oder anderen Funkstandards an einen Rechner übermitteln.According to one embodiment, a base element, for example a circuit board carries a printed circuit board or a flexible printed circuit board carries a magnetic field sensor and the necessary evaluation electronics, which is shielded from interference by means of a metal sheet. The basic element is installed in a housing, which protects the sensor arrangement and facilitates mounting on a cable, e.g. using cable clips or clamps. This housing can be provided with additional shielding, e.g. MU metal to keep unwanted magnetic fields away from the magnetic field sensor (to prevent incorrect measurements). The basic element in the housing is connected to a computer or remote station by means of a shielded cable in order to transmit the measured values. Alternatively, the measured values can be transmitted by radio, i.e. Transmit Bluetooth, WLAN, ZigBee or other radio standards to a computer.

[0020] Nach einem Ausführungsbeispiel kann das Messsignal von der Sensoranordnung mittels eines Übertragungselements an eine Überwachungseinheit übertragen werden. Das Übertragungselement kann ein Element aus der Gruppe der Kabel, der Funkverbindungen, der Bluetooth-Verbindungen, der WLAN-Verbindungen, der ZigBee-Verbindungen umfassen.According to one embodiment, the measurement signal can be transmitted from the sensor arrangement to a monitoring unit by means of a transmission element. The transmission element can comprise an element from the group of the cables, the radio connections, the Bluetooth connections, the WLAN connections, the ZigBee connections.

[0021] Die Überwachungseinheit kann eine Recheneinheit und ein Element aus der Gruppe der digitalen Schnittstellen, der Funkempfänger oder der analogen Differenzsignalaufnehmer enthalten.The monitoring unit can contain a computing unit and an element from the group of digital interfaces, the radio receiver or the analog differential signal pickup.

[0022] Eine Auswerteelektronik kann verwendet werden, um das Messsignal der Sensoranordnung zu verstärken und es zum Transport zum Rechner vorzubereiten. Das Messsignal kann mittels einer digitalen Schnittstelle, die ein Element aus der Gruppe enthaltend CAN, Modbus, Ethernet, RS232, RS422, RS485, USB, SPI oder I2C Standard, vom Rechner ausgelesen werden oder mittels Funk übermittelt werden. Man kann auch ein analoges Differenzsignal auswerten, wenn der Rechner bzw. Gegenstelle des Sensors das Signal digitalisieren kann. Ein analoges Differenzsignal kann ein Element aus der Gruppe enthaltend eine Spannung, einen Strom von 4 bis einschliesslich 20 mA oder eine TTY-Schnittstelle enthalten. Hierzu braucht es z.B. einen Instrumentenverstärker, beispielsweise einen Operationsverstärker (OP), und einenEvaluation electronics can be used to amplify the measurement signal of the sensor arrangement and to prepare it for transport to the computer. The measurement signal can be read out by the computer using a digital interface, which contains an element from the group containing CAN, Modbus, Ethernet, RS232, RS422, RS485, USB, SPI or I2C standard, or transmitted by radio. An analog differential signal can also be evaluated if the computer or remote sensor can digitize the signal. An analog difference signal can contain an element from the group containing a voltage, a current of 4 up to and including 20 mA or a TTY interface. This requires e.g. an instrument amplifier, for example an operational amplifier (OP), and one

Wandler, beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler (ADC), welcher das Signal mit z.B. 10 bis einschliesslich 16-Bit Werten auflöst und zur digitalen Weiterverarbeitung bereitstellt.Converter, for example an analog-digital converter (ADC), which the signal with e.g. Resolves 10 up to and including 16-bit values and makes them available for digital processing.

[0023] Der Sensor, beispielsweise der Magnetfeldsensor, kann auf einer Zusatzplatine angebracht sein, welche auf dem Grundelement befestigt ist, z.B. aufgelötet. Dies ermöglicht den einfachen Austausch des Sensors bei Defekt oder den Austausch des Sensors durch einen anderen Typ, beispielsweise um z.B. Magnetfeldstärken in einem anderen Messbereich messen zu können, das heisst insbesondere zur Bereichserweiterung.The sensor, for example the magnetic field sensor, can be mounted on an additional board which is attached to the base element, e.g. soldered. This enables easy replacement of the sensor in the event of a defect or replacement of the sensor by another type, for example to Being able to measure magnetic field strengths in a different measuring range means, in particular, to extend the range.

[0024] Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst der elektrische Leiter ein stromführendes Kabel. Die Sensoranordnung kann am elektrischen Leiter mittels eines Verbindungselements befestigbar sein. Das Verbindungselement kann insbesondere ein lösbares Verbindungselement umfassen. Nach einem Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung auf der Aussenseite eines Stromkabels angebracht werden. Die Verbindung zum elektrischen Leiter kann als lösbare Verbindung ausgebildet sein, beispielsweise kann das Verbindungselement ein Element aus der Gruppe der Kabelbriden oder Klemmen umfassen. Diese lösbare Verbindung kann jederzeit problemlos wieder entfernt werden. Ein System gemäss diesen Ausführungsbeispielen eignet sich insbesondere für temporäre Messungen. Insbesondere kann die Sensoranordnung einen kleinen Formfaktor aufweisen, sodass die Sensoranordnung platzsparend auch an elektrischen Leitern befestigt werden kann, die in Kabelführungen angeordnet sind.According to an embodiment, the electrical conductor comprises a current-carrying cable. The sensor arrangement can be fastened to the electrical conductor by means of a connecting element. The connecting element can in particular comprise a releasable connecting element. According to one embodiment, the sensor arrangement can be attached to the outside of a power cable. The connection to the electrical conductor can be designed as a detachable connection, for example the connecting element can comprise an element from the group of cable clips or terminals. This detachable connection can be easily removed at any time. A system according to these exemplary embodiments is particularly suitable for temporary measurements. In particular, the sensor arrangement can have a small form factor, so that the sensor arrangement can also be fastened to electrical conductors which are arranged in cable guides in a space-saving manner.

[0025] Betreffend die Wahl des Kabeldurchmessers unterliegt die Sensoranordnung nach einem der Ausführungsbeispiele keinen Einschränkungen. Die Sensoranordnung eignet sich insbesondere auch für kleine Maschinen, beispielsweise Maschinen mit ungefähr 1 kW Leistung.Regarding the choice of the cable diameter, the sensor arrangement according to one of the exemplary embodiments is not subject to any restrictions. The sensor arrangement is also particularly suitable for small machines, for example machines with an output of approximately 1 kW.

[0026] Die Sensoranordnung kann für einzelne Anlagenkomponenten, beispielsweise für Ventilatoren oder Pumpen, zum Einsatz kommen. Die Funktion derartiger Anlagenkomponenten kann systemrelevant für die Funktion einer ganzen Anlage sein, daher besteht auch ein Bedarf, diese Anlagenkomponenten gegebenenfalls zusätzlich zu überwachen.[0026] The sensor arrangement can be used for individual system components, for example for fans or pumps. The function of such system components can be systemically important for the function of an entire system, so there is also a need to additionally monitor these system components if necessary.

[0027] Die Sensoranordnung findet vorzugsweise Verwendung für die Überwachung einer elektrischen Maschine nach einem der vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele.The sensor arrangement is preferably used for monitoring an electrical machine according to one of the exemplary embodiments described above.

[0028] Nachfolgend wird die erfindungsgemässe Sensoranordnung anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigtThe sensor arrangement according to the invention is illustrated below with the aid of some exemplary embodiments. It shows

Fig. 1 eine Ansicht einer Sensoranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,1 is a view of a sensor arrangement according to a first embodiment,

Fig. 2 einer Seitenansicht der Sensoranordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel,2 shows a side view of the sensor arrangement according to the first exemplary embodiment,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Sensoranordnung für eine elektrische Maschine.Fig. 3 is a schematic representation of the sensor arrangement for an electrical machine.

[0029] Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Sensoranordnung 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Sensoranordnung 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches an einem elektrischen Leiter 20 mittels eines Verbindungselements 15 befestigt ist.1 shows a view of a sensor arrangement 10 according to a first exemplary embodiment. FIG. 2 shows a side view of the sensor arrangement 10 according to a second exemplary embodiment, which is fastened to an electrical conductor 20 by means of a connecting element 15.

[0030] Ein System 1 zur Messung der Leistung einer elektrischen Maschine 2 gemäss einer der Fig. 1 bis Fig. 3 umfasst eine Sensoranordnung 10 und einen elektrischen Leiter 20. Die Sensoranordnung 10 enthält einen Sensor 12. Die Sensoranordnung 10 ist auf dem elektrischen Leiter 20 befestigbar, sodass mittels des Sensors 12 eine den im elektrischen Leiter 20 fliessenden Strom kennzeichnende Messgrösse bestimmbar ist. Der im elektrischen Leiter 20 fliessende Strom ist durch den Sensor 12 nicht veränderbar, sodass eine passive Erfassung der Messgrösse ermöglicht ist. Der Sensor 12 kann insbesondere ein Magnetfeldsensor sein, mittels welchem die Stärke des Magnetfelds gemessen werden kann, welches durch den im elektrischen Leiter 20 fliessenden Strom erzeugt wird.A system 1 for measuring the power of an electrical machine 2 according to one of FIGS. 1 to 3 comprises a sensor arrangement 10 and an electrical conductor 20. The sensor arrangement 10 contains a sensor 12. The sensor arrangement 10 is on the electrical conductor 20 can be fastened so that a measurement variable characterizing the current flowing in the electrical conductor 20 can be determined by means of the sensor 12. The current flowing in the electrical conductor 20 cannot be changed by the sensor 12, so that the measured variable can be detected passively. The sensor 12 can in particular be a magnetic field sensor, by means of which the strength of the magnetic field can be measured, which is generated by the current flowing in the electrical conductor 20.

[0031] Gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Sensor 12 und die Auswerteelektronik 11 auf einem Grundelement 14 angeordnet. Die Auswerteelektronik 11 ist durch ein Abschirmelement 13 gegen eine Störstrahlung abgeschirmt. Das Abschirmelement 13 kann als Gehäuse ausgebildet sein. Wahlweise kann auch der Sensor 12 durch ein Abschirmelement gegen eine Störstrahlung abgeschirmt sein, was aber zeichnerisch nicht dargestellt ist. Gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Grundelement 14 eine ebene Oberfläche auf.According to the present embodiment, the sensor 12 and the evaluation electronics 11 are arranged on a base element 14. The evaluation electronics 11 is shielded from interference radiation by a shielding element 13. The shielding element 13 can be designed as a housing. Optionally, the sensor 12 can also be shielded from interference radiation by a shielding element, but this is not shown in the drawing. According to the present exemplary embodiment, the base element 14 has a flat surface.

[0032] Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 10 am elektrischen Leiter 20 mittels eines Verbindungselements 15 befestigbar sein. Die ebene Oberfläche des Grundelements 14 bzw. des Sensors 12 und des Abschirmelements 13 liegt im montierten Zustand auf dem elektrischen Leiter 20 auf. Gemäss einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Sensoranordnung 10 eine den elektrischen Leiter 20 zumindest teilweise aufnehmende Oberfläche aufweisen. Das heisst insbesondere, dass die Oberfläche des Grundelements 14, des Sensors 12 oder des Abschirmelements 13 oder eines Gehäuses, welches zur Aufnahme der Platine 14, des Sensors 12 oder des Abschirmelements 13 bestimmt ist, eine Form aufweist, welche der äusseren Oberfläche des elektrischen Leiters 20 entspricht oder an die Form des elektrischen Leiters 20 anpassbar ist, beispielsweise flexibel ist. Insbesondere kann die Sensoranordnung 10 eine gewölbte Oberfläche aufweisen. Wenn der elektrische Leiter 20 zylinderförmig ist, kann die Sensoranordnung eine zylinderförmig gewölbte Oberfläche enthalten. Die Sensoranordnung 10 kann insbesondere eine zylinderförmig gewölbte Oberfläche aufweisen, die sich nicht über den gesamten Umfang des elektrischen Leiters erstreckt. Insbesondere kann die Oberfläche der Sensoranordnung 10 sich nur über einen Sektor des elektrischen Leiters 20 erstrecken.According to the embodiment shown in FIG. 2, the sensor arrangement 10 can be fastened to the electrical conductor 20 by means of a connecting element 15. The flat surface of the base element 14 or of the sensor 12 and the shielding element 13 lies on the electrical conductor 20 in the assembled state. According to an exemplary embodiment that is not shown, the sensor arrangement 10 can have a surface that at least partially accommodates the electrical conductor 20. In particular, this means that the surface of the base element 14, the sensor 12 or the shielding element 13 or a housing which is intended to receive the circuit board 14, the sensor 12 or the shielding element 13 has a shape which corresponds to the outer surface of the electrical conductor 20 corresponds or is adaptable to the shape of the electrical conductor 20, for example is flexible. In particular, the sensor arrangement 10 can have a curved surface. If the electrical conductor 20 is cylindrical, the sensor arrangement can contain a cylindrical curved surface. The sensor arrangement 10 can in particular have a cylindrical, curved surface that does not extend over the entire circumference of the electrical conductor. In particular, the surface of the sensor arrangement 10 can only extend over one sector of the electrical conductor 20.

[0033] Die Sensoranordnung 10 umfasst eine Auswerteelektronik 11, mittels welcher ein die Messgrösse enthaltendes Ausgangssignal erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal in eine Überwachungseinheit 3 einspeisbar ist, was in Fig. 3 gezeigt ist. Die Überwachungseinheit 3 kann eine Recheneinheit umfassen. Die Überwachungseinheit 3 enthält einen Auswertungsalgorithmus, welcher ein maschinelles Lernmodul umfassen kann. Mittels des Auswertungsalgorithmus ist beispielsweise die Stärke des Magnetfelds in eine Stromstärke umwandelbar.The sensor arrangement 10 comprises evaluation electronics 11, by means of which an output signal containing the measured variable can be generated, the output signal being able to be fed into a monitoring unit 3, which is shown in FIG. 3. The monitoring unit 3 can comprise a computing unit. The monitoring unit 3 contains an evaluation algorithm, which can include a machine learning module. For example, the strength of the magnetic field can be converted into a current strength by means of the evaluation algorithm.

[0034] Mittels des Auswertungsalgorithmus kann zusätzlich zur Stromstärke der Leitungswiderstand oder eine elektrische Spannung (U) ermittelbar sein, sodass aus der Stromstärke (I) sowie dem Leitungswiderstand (R) oder der elektrischen Spannung (U) gemäss einer der Gleichungen P = I2 * R oder P = U * I die zugehörige Leistung P der elektrischen Maschine (2) ermittelbar ist.By means of the evaluation algorithm, in addition to the current strength, the line resistance or an electrical voltage (U) can be determined, so that from the current strength (I) and the line resistance (R) or the electrical voltage (U) according to one of the equations P = I2 * R or P = U * I the associated power P of the electrical machine (2) can be determined.

[0035] Die Sensoranordnung 10 ist mittels eines geschirmten Kabels 4 mit der Überwachungseinheit 3 verbunden. Die Überwachungseinheit 3 enthält eine Recheneinheit, die einen Prozessor 6 oder einen Rechner 5 umfassen kann. Die Messwerte können digital oder analog erfasst werden, wobei beim letzteren die Messwerte mittels Instrumentenverstärker 7, beispielsweise einem Operationsverstärker (OP) oder einem Instrumenten-Operationsverstärker, verstärkt und AnalogDigital-Wandler (ADC) 8 noch digitalisiert werden müssen. Ein Monitor 9 kann zur Anzeige der ermittelten Messgrössen vorgesehen sein. Der Monitor kann auch einen Touchscreen umfassen, mittels welchem ein Benutzer Messgrössen, beispielsweise Stromstärken, Spannungen oder Leistungsdaten abfragen kann. Mittels des Auswertungsalgorithmus können auch Daten zum Verlauf der Messgrössen über eine Zeitperiode bereitgestellt werden. Hierzu kann die Überwachungseinheit 3 eine Speichereinheit 21 enthalten.The sensor arrangement 10 is connected to the monitoring unit 3 by means of a shielded cable 4. The monitoring unit 3 contains a computing unit, which can include a processor 6 or a computer 5. The measured values can be recorded digitally or in an analog manner, the measured values in the latter being amplified by means of instrument amplifiers 7, for example an operational amplifier (OP) or an instrument operational amplifier, and analog-digital converters (ADC) 8 still have to be digitized. A monitor 9 can be provided to display the measured variables determined. The monitor can also include a touchscreen, by means of which a user can query measured variables, for example current strengths, voltages or performance data. The evaluation algorithm can also be used to provide data on the course of the measured variables over a period of time. For this purpose, the monitoring unit 3 can contain a storage unit 21.

[0036] Die Überwachungseinheit 3 kann eine digitale Schnittstelle 22 umfassen, mittels welcher das Messsignal, welches von der Auswerteelektronik 11 der Sensoranordnung 10 an die Überwachungseinheit 3 übermittelt worden ist, vom Rechner 5 ausgelesen werden kann.The monitoring unit 3 can comprise a digital interface 22, by means of which the measurement signal, which has been transmitted from the evaluation electronics 11 of the sensor arrangement 10 to the monitoring unit 3, can be read out by the computer 5.

[0037] Alternativ kann das Messsignal von der Auswerteelektronik 11 mittels Funk an die Überwachungseinheit 3 übermittelt werden, was zeichnerisch nicht dargestellt ist.[0037] Alternatively, the measurement signal can be transmitted from the evaluation electronics 11 to the monitoring unit 3 by radio, which is not shown in the drawing.

[0038] Für den Fachmann ist offensichtlich, dass viele weitere Modifikationen zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Der Gegenstand der Erfindung wird somit durch die vorangehende Beschreibung nicht eingeschränkt und ist durch den Schutzbereich bestimmt, der durch die Ansprüche festgelegt ist. Für die Interpretation der Ansprüche oder der Beschreibung ist die breitest mögliche Lesart der Ansprüche massgeblich. Insbesondere sollen die Begriffe «enthalten» oder «beinhalten» derart interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nicht-ausschliesslichen Bedeutung beziehen, wodurch angedeutet werden soll, dass die Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein können oder genutzt werden können, dass sie mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten kombiniert werden können, die nicht explizit erwähnt sind. Wenn die Ansprüche sich auf ein Element oder eine Komponente aus einer Gruppe beziehen, die aus A, B, C...N Elementen oder Komponenten bestehen kann, soll diese Formulierung derart interpretiert werden, dass nur ein einziges Element dieser Gruppe erforderlich ist, und nicht eine Kombination von A und N, B und N oder irgendeiner anderen Kombination von zwei oder mehr Elementen oder Komponenten dieser Gruppe.It is obvious to the person skilled in the art that many further modifications are possible in addition to the described exemplary embodiments without deviating from the inventive concept. The object of the invention is thus not restricted by the preceding description and is determined by the scope of protection which is defined by the claims. The widest possible reading of the claims is decisive for the interpretation of the claims or the description. In particular, the terms “contain” or “contain” should be interpreted in such a way that they refer to elements, components or steps in a non-exclusive meaning, which is intended to indicate that the elements, components or steps may be present or used that they can be combined with other elements, components or steps that are not explicitly mentioned. If the claims relate to an element or component from a group which can consist of A, B, C ... N elements or components, this wording should be interpreted in such a way that only a single element of this group is required, and not a combination of A and N, B and N or any other combination of two or more elements or components of this group.

Claims (10)

Patentansprücheclaims 1. System (1) zur Messung der Leistung einer elektrischen Maschine (2), umfassend eine Sensoranordnung (10) und einen elektrischen Leiter (20) wobei die Sensoranordnung (10) einen Sensor (12) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (10) auf dem elektrischen Leiter (20) befestigbar ist, sodass mittels des Sensors (12) eine Messgrösse bestimmbar ist, die den im elektrischen Leiter (20) fliessenden Strom kennzeichnet.1. System (1) for measuring the power of an electrical machine (2), comprising a sensor arrangement (10) and an electrical conductor (20), the sensor arrangement (10) containing a sensor (12), characterized in that the sensor arrangement ( 10) can be fastened on the electrical conductor (20), so that by means of the sensor (12) a measurable variable can be determined which characterizes the current flowing in the electrical conductor (20). 2. System (1) nach Anspruch 1, wobei der im elektrischen Leiter (20) fliessende Strom durch den Sensor (12) nicht veränderbar ist, sodass eine passive Erfassung der Messgrösse ermöglicht ist.2. System (1) according to claim 1, wherein the current flowing in the electrical conductor (20) through the sensor (12) cannot be changed, so that a passive detection of the measurement variable is made possible. 3. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (10) eine Auswerteelektronik (11) umfasst, mittels welcher ein die Messgrösse enthaltendes Ausgangssignal erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal in eine Überwachungseinheit (3) einspeisbar ist.3. System (1) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement (10) comprises evaluation electronics (11), by means of which an output signal containing the measured variable can be generated, the output signal being able to be fed into a monitoring unit (3). 4. System (1) nach Anspruch 3, wobei die Überwachungseinheit (3) einen Auswertungsalgorithmus enthält, welcher ein maschinelles Lernmodul umfasst.4. System (1) according to claim 3, wherein the monitoring unit (3) contains an evaluation algorithm which comprises a machine learning module. 5. System (1) nach Anspruch 4, wobei mittels des Auswertungsalgorithmus die Stärke des Magnetfelds in eine Stromstärke umwandelbar ist.5. System (1) according to claim 4, wherein the strength of the magnetic field can be converted into a current by means of the evaluation algorithm. 6. System (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei mittels des Auswertungsalgorithmus zusätzlich zur Stromstärke der Leitungswiderstand oder eine elektrische Spannung (U) ermittelbar sind, sodass aus der Stromstärke (I) sowie dem Leitungswiderstand (R) oder der elektrischen Spannung (U) gemäss einer der Gleichungen P = I2 * R oder P = U * I die zugehörige Leistung P der elektrischen Maschine (2) ermittelbar ist.6. System (1) according to one of claims 4 or 5, wherein by means of the evaluation algorithm in addition to the current, the line resistance or an electrical voltage (U) can be determined, so that from the current (I) and the line resistance (R) or the electrical voltage (U) according to one of the equations P = I 2 * R or P = U * I the associated power P of the electrical machine (2) can be determined. 7. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (12) einen Magnetfeldsensor aus der Gruppe der Hall-Sensoren, Fluxgate-Sensoren, Astatic-Magnetometer, supraleitenden Magnetometer umfasst.7. System (1) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor (12) comprises a magnetic field sensor from the group of Hall sensors, fluxgate sensors, astatic magnetometer, superconducting magnetometer. 8. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, wobei der Sensor (12) und die Auswerteelektronik (11) auf einem Grundelement (14) angeordnet sind.8. System (1) according to one of the preceding claims 3 to 7, wherein the sensor (12) and the evaluation electronics (11) are arranged on a base element (14). 9. System (1) nach Anspruch 8, wobei der Sensor (12) oder die Auswerteelektronik (11) durch ein Abschirmelement (13) gegen eine Störstrahlung abgeschirmt ist.9. System (1) according to claim 8, wherein the sensor (12) or the evaluation electronics (11) is shielded by a shielding element (13) against interference radiation. 10. System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (10) am elektrischen Leiter (20) mittels eines Verbindungselements (15) befestigbar ist.10. System (1) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement (10) on the electrical conductor (20) by means of a connecting element (15) can be fastened.
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