CN109459625A - 多相测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及“多相测量设备”。本发明公开了测量多相电气系统的电参数的系统和方法,所述系统和方法可使用多相测量设备,所述多相测量设备包括传感器子系统,所述传感器子系统具有电压传感器和电流传感器。所述电压传感器和所述电流传感器中的每个可以是不需要通电接触的接触型传感器或“非接触式”传感器。在操作中,多相测量设备可使用所述电压传感器和所述电流传感器来按顺序获得多相电气系统的每个相位的单相测量。可同步所述测量以获得各种多相功率参数,诸如与功率、相位、电压、电流等有关的各种参数。所述多相测量设备可操作以自动检测操作者何时将所述传感器子系统的传感器靠近待测导体定位,因此所述多相测量设备可启动对所述导体中的一个或多个电参数的检测。
Description
背景技术。
技术领域
本公开整体涉及多相电气系统的参数的测量。
背景技术
虽然单相电气系统可用于向家用和商用电器供电,但是三相交流(AC)电气系统通常用于分配电力并向额定功率相对较高的电力设备供电。
图1示出包括电耦合到三相负载14的三相电源12的示例性三相电气系统10。在该特定示例中,三相电源12包括耦合到三相负载14的标记为A、B、C和N的四个导体。导体A、B和C各自携带相同频率和相似大小的AC电压,并且导体N是公共回路。导体A、B和C中的AC电压中的每个的相位彼此分开120°。例如,导体A中的电压的相位可以是0°,导体B中的电压的相位可以是+120°,并且导体C中的电压的相位可以是+240°。三相电气系统10可以三角形(∆)配置,Y形(Y)配置等布置。
可使用瓦特计来测量单相电气系统中的电参数。此类电参数的示例可包括有功功率、视在功率、伏安无功功率、功率因数、谐波、电流、电压,相移等。然而,多相电气系统的电参数的测量更加困难。如图1所示,使用三个电压测量信道VCH1、VCH2和VCH3以及三个电流测量信道ACH1、ACH2和ACH3来测量三相电气系统的电参数。电压/电流信道对中的每个(例如,VCH1/ACH1)可与单独的瓦特计(即,总共三个瓦特计)相关联,或者所有信道可以是单个多信道瓦特计的一部分。
这样的三相测量的设置可能耗费技术人员大量的时间和精力。对于位于紧凑空间且访问受限的电气系统,以及具有未标记导体的电气系统尤其如此。在实践中,技术人员必须将四条电压引线(一条用于导体A、B、C和N中的每一个)连接到电气系统,并且还必须在正确的电压线上串联连接至少三个电流传感器。因此,在可以获得测量之前,需要连接最少七条测试引线。
发明内容
多相测量设备可被总结为包括传感器子系统,该传感器子系统在操作中感测导体中的电压或电流中的至少一个;用户界面;通信地耦合到传感器子系统的控制电路,其中在操作中,控制电路:使得用户界面指导多相测量设备的用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第一导体定位;经由传感器子系统接收与存在于第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据,该第一导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;处理接收的第一导体电参数数据以确定第一导体中的信号的频率;至少部分地基于第一导体中的信号的所确定的频率来建立同步数据;使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第二导体定位;经由传感器子系统接收与存在于第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据,该第二导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;处理接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第二导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体中的信号的相位信息;使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第三导体定位;经由传感器子系统接收与存在于第三导体中的信号相关联的第三导体电参数数据,该第三导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;并且处理接收的第三导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第三导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体或第二导体中的至少一个中的信号的相位信息。
同步数据可包括固定重复间隔,该固定重复间隔具有等于第一导体中的信号的周期的持续时间。传感器子系统可包括至少电流传感器和电压传感器。传感器子系统可包括非接触式电压传感器或非接触式电流传感器中的至少一个。在操作中,控制电路可处理第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据以确定多相电气系统的至少一个附加电参数。至少一个附加电参数可包括电压参数、电流参数、功率参数、相位序列参数、电压相移参数、电流相移参数、电压/电流相移参数、谐波参数或波形参数中的至少一个。在操作中,控制电路可使得用户界面将所确定的相位信息的指示呈现在用户界面的显示器上。所确定的相位信息的指示可包括呈现在用户界面的显示器上的相量图。在接收第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据中的每个之前,控制电路可从传感器子系统接收指示传感器子系统的传感器是否分别靠近第一导体、第二导体和第三导体定位的测量数据。传感器子系统可生成参考电流,并且测量数据可包括在第一导体、第二导体或第三导体中检测到的参考电流的特性。
响应于接收到指示在一定时间段之后传感器子系统的传感器不靠近第一导体、第二导体或第三导体中的一个定位的测量数据,控制电路可使得用户界面指导用户重新开始多相电气系统的测量。在操作中,控制电路可使用快速傅立叶变换(FFT)来处理接收的第一导体电参数数据,以确定第一导体中的信号的频率。在控制电路使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近第一导体定位时与在控制电路接收与存在于第三导体中的信号相关联的第三导体电参数数据时之间的时间段可被限制为小于30秒。
多相测量设备可被总结为包括传感器子系统,该传感器子系统在操作中感测导体中的电压或电流中的至少一个;用户界面;通信地耦合到传感器子系统的控制电路,其中在操作中,控制电路:使得用户界面指导多相测量设备的用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第一导体定位;经由传感器子系统接收与存在于第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据,该第一导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;处理接收的第一导体电参数数据以确定第一导体中的信号的频率;至少部分地基于第一导体中的信号的所确定的频率来建立同步数据;使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第二导体定位;经由传感器子系统接收与存在于第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据,该第二导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;并且处理接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第二导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体中的信号的相位信息。
操作多相测量设备的方法可被总结为包括:通过控制电路使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第一导体定位;通过控制电路经由传感器子系统接收与存在于第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据,该第一导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;通过控制电路处理接收的第一导体电参数数据以确定第一导体中的信号的频率;通过控制电路至少部分地基于第一导体中的信号的所确定的频率来建立同步数据;通过控制电路使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第二导体定位;通过控制电路经由传感器子系统接收与存在于第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据,该第二导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;通过控制电路处理接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第二导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体中的信号的相位信息;通过控制电路使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第三导体定位;通过控制电路经由传感器子系统接收与存在于第三导体中的信号相关联的第三导体电参数数据,该第三导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;以及通过控制电路处理接收的第三导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第三导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体或第二导体中的至少一个中的信号的相位信息。
该方法还可包括通过控制电路处理第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据以确定多相电气系统的至少一个附加电参数。
该方法还可包括通过控制电路处理第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据以确定电压参数、电流参数、功率参数、相位序列参数、电压相移参数、电流相移参数、电压/电流相移参数、谐波参数或波形参数中的至少一个。
该方法还可包括通过控制电路使得用户界面将所确定的相位信息的指示呈现在用户界面的显示器上。
该方法还可包括在接收第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据中的每个之前,通过控制电路从传感器子系统接收指示传感器子系统的传感器是否分别靠近第一导体、第二导体和第三导体定位的测量数据。
该方法还可包括响应于接收到指示在一定时间段之后传感器子系统的传感器不靠近第一导体、第二导体或第三导体中的一个定位的测量数据,通过控制电路来使得用户界面指导用户重新开始多相电气系统的测量。处理接收的第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据可包括使用快速傅里叶变换(FFT)来处理接收的第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据。
多相测量设备可被总结为包括传感器子系统,该传感器子系统在操作中感测导体中的电压和电流;用户界面;通信地耦合到传感器子系统的控制电路,其中在操作中,控制电路:使得传感器子系统按顺序获得至少三个单相测量,单相测量中的每个为多相电气系统的单个相位提供单相电参数数据;并且基于由按顺序获得的单相测量提供的单相电参数数据来确定多相电气系统的多相电气系统参数。
附图说明
在附图中,相同的附图标记指示相似的元件或动作。附图中的元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。例如,各种元件的形状和角度不一定按比例绘制,并且这些元件中的一些可能被任意地放大和定位,以提高附图的可读性。此外,绘制的元件的特定形状不一定意图传达关于特定元件的实际形状的任何信息,并且可能仅为了便于在附图中识别而被选择。
图1是包括耦合到三相负载的三相电源的三相电气系统的示意性框图,示出了使用多信道瓦特计的多个电压测量信道和电流测量信道来测量电参数。
图2是根据一个例示具体实施的包括耦合到三相负载的三相电源的三相电气系统的示意性框图,示出了使用多相测量设备来测量电参数。
图3是根据一个例示具体实施的示于图2中的多相测量设备的示意性框图。
图4是根据一个例示具体实施的操作多相测量设备以测量多相电气系统的一个或多个参数的方法的流程图。
图5是根据一个例示具体实施的示出操作多相测量设备以测量多相电气系统的一个或多个电参数的方法的各种阶段的时间线。
图6是根据一个例示具体实施的示出在多相电气系统的第一导体和第二导体的测量期间捕获的示例性波形的曲线图,该曲线图示出第一导体中的信号的频率检测,该频率检测随后用于建立同步数据,该同步数据用于检测第二导体中的信号的相位,该相位相对于第一导体中的信号的相位。
图7A是根据一个例示具体实施的其中可使用非接触式多相测量设备的环境的直观图。
图7B是根据一个例示具体实施的图7A的非接触式多相测量设备的俯视图,示出了在绝缘线和非接触式电压测量设备的导电传感器之间形成的耦合电容、绝缘导体电流分量以及非接触式多相测量设备和操作者之间的体电容。
图8是根据一个例示具体实施的非接触式多相测量设备的各种内部部件的示意图。
图9是根据一个例示具体实施的示出非接触式多相测量设备的各种信号处理部件的框图。
具体实施方式
本公开的一个或多个具体实施涉及用于使用多相测量设备来测量多相电气系统的电参数的系统和方法,该多相电气系统包括传感器子系统,该传感器子系统具有单个电压传感器和单个电流传感器。也就是说,多相测量设备的硬件可与具有单个电压测量信道和单个电流测量信道的瓦特计相似或相同。电压传感器和电流传感器中的每个可以是接触型传感器或非接触式传感器。在本公开的各种具体实施中,多相测量通过以下方式来完成:对于多相电气系统的每个相位按顺序获得单相测量,并且使测量同步以获得各种多相电参数。此类多相电参数包括但不限于导体之间的相位关系(例如,相位序列)、导体中的电压和电流之间的相移、有功功率、有功基波功率、无功功率、无功基波功率、视在系统功率、视在系统基波功率、功率因数、位移功率因数等。本公开的各种具体实施在下文参考图2-图9进行讨论。
在下面的描述中,阐述了某些具体细节以便提供对所公开的各种具体实施的彻底理解。然而,相关领域的技术人员将认识到,可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下,或者使用其他方法、部件、材料等的情况下实现这些具体实施。在其他实例中,没有详细示出或描述与计算机系统、服务器计算机和/或通信网络相关联的公知结构,以避免不必要地模糊这些具体实施的描述。
除非上下文另有要求,否则贯穿整个说明书和权利要求书,单词“包含”与“包括”是同义的,并且是包容性的或开放式的(即,不排除额外的、未被引用的元件或方法动作)。
本说明书通篇对“一个具体实施”或“具体实施”的引用意指结合该具体实施描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个具体实施中。因此,本说明书通篇各个地方出现的短语“在一个具体实施中”或“在具体实施中”不一定全部指代相同的具体实施。此外,在一个或多个具体实施中,特定特征、结构或特性能够以任何合适的方式组合。
如本说明书和所附权利要求书所用,单数形式“一个”和“该”包括复数指示物,除非上下文另有明确指示。还应指出的是,术语“或”通常用作在其意义上包括“和/或”,除非上下文另有明确指示。
此外,本文所提供的标题和说明书摘要仅为了方便而提供,并且不解释具体实施的范围或含义。
图2示出包括电耦合到三相负载104的三相电源102的示例性三相电气系统100的示意性框图。在该示例中,三相电源102包括耦合到三相负载104的标记为A、B、C和N的四个导体。导体A、B和C各自携带相同频率和相似大小的AC电压,并且导体N是公共回路。导体A、B和C中的AC电压中的每个的相位彼此分开120°。例如,导体A中的电压的相位可以是0°,导体B中的电压的相位可以是+120°,并且导体C中的电压的相位可以是+240°(或等效地为-120°)。三相电气系统100能够以三角形(∆)配置,三通(Y)配置等布置。
另外,示于图2中的是多相测量设备106。多相测量设备106的各种部件在图3中示出并且在下文中有所讨论。多相测量设备106包括传感器子系统108(图3),该传感器子系统包括电压传感器110和电流传感器112。电压传感器110可操作以感测导体中的电压,并且电流传感器112可操作以感测导体中的电流。电压传感器110和/或电流传感器112可以是非接触式传感器或接触式传感器,如下文进一步讨论的。
一般来讲,在操作中,多相测量设备106的操作者可首先在第一测量时间段TM1处将多相测量设备的传感器子系统108靠近四个导体中的第一个(诸如导体A)定位。多相测量设备106然后可经由传感器子系统测量导体A中的信号的一个或多个电参数。测量的电参数可包括导体A中的信号的频率。该频率可以是导体中的电压的频率、导体中的电流的频率、或这两者。
一旦多相测量设备106通过超过电压极限来识别出导体并且例如通过平均多个值来测量导体A中的信号的一个或多个电参数以实现稳定状态以获得可靠的稳定值,多相测量设备106的用户界面便可指导操作者在第二测量时间TM2处靠近导体中的第二个(诸如导体B)移动多相测量设备106的传感器子系统108。多相测量设备106然后可经由传感器子系统108测量导体B中的信号的一个或多个电参数。例如,导体B中的信号的相移可相对于导体A中的信号的所确定的频率来确定。
一旦多相测量设备106已测量了导体B中的信号的一个或多个电参数,用户界面便可指导操作者在第三测量时间TM3处靠近导体中的第三个(诸如导体C)移动多相测量设备106的传感器子系统108。多相测量设备106然后可经由传感器子系统108测量导体C中的信号的一个或多个电参数。导体C中的信号的相移可相对于导体A中的信号的所确定的频率,和/或在其测量期间获得的导体B中的信号的所确定的频率来确定。一旦多相测量设备106已测量了导体C中的信号的一个或多个电参数,所有单相值便可用于多相测量设备,这可对于三相电气系统100的整个多相系统确定并计算各种电参数(例如,功率参数、电流参数、电压参数、相位参数和系统参数,如系统功率、相位旋转和不平衡),并且可经由用户界面将此类电参数呈现给操作者,或者可经由多相测量设备的有线或无线通信接口来发送与此类电参数有关的数据。
图3是多相测量设备106(也称为仪器、系统、工具或装置)的示意性框图。测量设备106可操作以确定从接触或非接触电流或电压测量获得的电气系统的或由此类测量推导的一个或多个单相和多相AC电参数(例如,电压、电流、功率、相位、能量、频率、谐波)。例如,操作者可能够选择各种操作模式,诸如单相电压、单相电流、单相功率、三相电压、三相电流、三相功率等。测量设备106可以是通常被配置为在进行测量时保持在用户手中的手持设备或系统。然而,应当理解,测量设备106无需始终保持在用户的手中,并且可由用户定位成不被保持,例如通过将该设备固定或悬挂在支撑件或机器上。在其他具体实施中,测量设备106可被设计为可移除地或永久地定位在特定位置以监测并测量一个或多个电路。
测量设备106包括处理器114、非暂态处理器可读存储介质或存储器116、电压测量传感器或工具110、电流测量传感器或工具112、通信子系统或接口118、以及用户界面120。在至少一些具体实施中,测量设备106可不包括上述部件中的每个部件,或者可包括图3中未示出的附加部件。测量设备106的各种部件可由至少一个可移除或不可移除电池、由主电源、由感应电源系统、由热能转换系统等供电。另外,测量设备106的各种部件可设置在单个外壳中或单个外壳上,或者可跨经由有线和/或无线通信信道通信地耦合在一起的多个物理设备或工具分布。在至少一些具体实施中,测量设备106没有暴露的导电部件,这消除了测量设备106与电导体或电路通电接触的可能性。
处理器114可通过支持指令的执行而用作测量设备106的计算中心。处理器114可包括一个或多个逻辑处理单元诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字电路、模拟电路、数字电路和模拟电路的组合等。存储器116可包括一种或多种形式的非暂态处理器可读存储介质,该非暂态处理器可读存储介质可包括任何当前可用或者后来开发的适合于存储可由一个或多个设备部件诸如处理器114访问的程序或数据的存储介质。存储器116可以是可移除或不可移除的,并且可以是易失性或非易失性的。存储器的非限制性示例包括硬盘驱动器、光驱、RAM、ROM、EEPROM和闪存类型的存储器。存储器116可与处理器114集成或与其分离。例如,处理器114可包括微控制器,诸如基于ARM的微控制器,该微控制器包括存储器116和一个或多个可编程输入/输出外围设备。处理器114和存储器116在本文中通常可称为“控制电路”。
通信接口或子系统118可包括用于通过一个或多个有线或无线通信网络124(例如,互联网)与外部设备122通信的一个或多个部件。外部设备122可以是移动电话、平板电脑、个人计算机(PC)、基于云的服务器等。无线通信技术的非限制性示例包括Wi-Fi®、Bluetooth®、Bluetooth®低功耗、Zigbee®、6LoWPAN®、光学IR、无线HART等。有线通信技术的非限制性示例包括USB®、以太网、PLC、HART、MODBUS、FireWire®、Thunderbolt®等。另外,除了将数据发送到外部设备122之外,在至少一些具体实施中,测量设备106可以经由一个或多个有线或无线通信网络124从外部设备122接收数据或指令(例如,控制指令)中的至少一个。
例如,用户界面120可包括一个或多个输入设备和显示子系统。一般来讲,用户界面120可包括允许用户或外部系统与处理器114交互的任何设备以及允许处理器114显示或以其他方式呈现信息的任何设备。在至少一个具体实施中,用户界面120允许用户控制或配置测量设备106以执行特定测量或从测量设备请求特定数据。如下文更详细地讨论,关于移动测量设备106的特定配置的信息可被存储在存储器116中。用户界面120的显示子系统可为例如液晶显示器(LCD)设备、发光二极管(LED)显示器等。在至少一些具体实施中,显示子系统可能能够显示彩色图像。在至少一些具体实施中,用户界面120的显示子系统可包括允许用户输入的触摸屏。响应于用户对用户界面120的输入,显示子系统可显示与特定测量相关的信息或数据。如下文进一步详细地讨论,用户界面120的显示子系统可显示一个或多个图像,所述图像示出多相电气系统的多个相位的相量图。更一般来讲,用户界面的显示子系统可显示一个或多个信号特性或参数,诸如电压、电流、频率、功率参数(例如,瓦特、KVA)、相位序列、相移、能量、谐波等。
用户界面120可包括单个输入设备或被配置为将输入传送到测量设备106的处理器114的输入设备的组合。输入设备的非限制性示例包括按钮、键盘、触摸板、开关、选择器、旋转开关或其他已知或后来开发的输入设备。如上所述,用户界面120可包括输入设备,该输入设备被结合到显示子系统中作为触摸屏。在至少一些具体实施中,测量设备106操作以响应于输入到用户界面120的输入设备的用户输入或选择来执行特定类型的测量。例如,可通过修改测量设置数据来配置特定的测量配置。在至少一些具体实施中,设置数据可与特定测量数据相关联并被存储在存储器116中。在一个示例中,如果用户按下用户界面120的输入设备的特定按钮,则按钮的致动可配置由测量设备106执行的测量的类型(例如,单相测量、多相测量)。
电压传感器110和/或电流传感器112可以是接触型电压传感器,该接触型电压传感器经由待测导体与测试电极或探针之间的通电连接来接收输入。在至少一些具体实施中,电压传感器110和电流传感器112中的至少一个可分别是“非接触式”电压传感器工具或“非接触式”电流传感器工具,其能够在无需待测导体与测试电极或探针之间的通电连接的情况下获得测量。因此,应当理解,术语“非接触式”是指通电接触而不是物理接触。非接触式电流传感器的类型的非限制性示例包括磁通门传感器、霍尔效应传感器、罗戈夫斯基线圈、电流变换器、巨磁电阻(GMR)磁传感器等。非接触式电压传感器的类型的非限制性示例包括“电容分压器”型电压传感器、“参考信号”型电压传感器、“多电容器”型电压传感器等。
一般来讲,电容分压器型电压传感器或系统在无需导体与测试电极或探针之间的通电连接的情况下测量绝缘导体(例如,绝缘线)的AC电压。电容分压器型电压传感器可包括可变电容工具,该可变电容工具操作以在待测绝缘导体和接地端或其他参考之间生成可变电容电压。在测量期间,非接触式电压测量设备改变可变电容工具的电容,以改变待测绝缘导体和接地端之间的电容分压器电路的阻抗。通过跨可变电容工具依次进行两次(或三次)测量,可确定绝缘导体的AC电压而不需要与绝缘导体的任何通电连接。
一般来讲,“参考信号”型电压传感器可为包括导电传感器、内部接地保护件和参考屏蔽件的非接触式电压传感器。共模参考电压源可在内部接地保护件和参考屏蔽件之间电耦合以产生AC参考电压,该AC参考电压使参考电流通过导电传感器。至少一个处理器可接收指示由于AC参考电压和绝缘导体中的AC电压而流过导电传感器的电流的信号,并且至少部分地基于所接收的信号来确定绝缘导体中的AC电压。下文中参考图7A、图7B、图8和图9进一步详细地讨论参考信号型电压传感器。
一般来讲,“多电容器”型电压传感器可包括多个导电传感器,所述多个导电传感器与绝缘导体电容地耦合。相对于影响电容耦合的至少一个特征,多个传感器中的每个传感器可与导电传感器中的另一个导电传感器不同。至少一个处理器接收指示由于绝缘导体中的AC电压在导电传感器处的电压的信号,并且至少部分地基于所接收的信号来确定绝缘导体中的AC电压。
此类非接触式传感器的各种非限制性示例公开于2016年11月11日提交的美国临时专利申请No. 62/421,124;2016年11月7日提交的美国专利申请No. 15/345,256;2017年1月23日提交的美国专利申请No. 15/413,025;2017年1月23日提交的美国专利申请No.15/412,891;2017年5月24日提交的美国专利申请15/604,320和2017年6月16日提交的美国专利申请序列号15/625,745,上述专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。
在操作中,处理器114从电压传感器110和电流传感器112接收信号,以分别获得电压测量和电流测量。理器114可使用此类电压测量和电流测量来基于测量的组合推导附加AC电参数。此类参数可包括例如功率(例如,有功功率、视在功率、无功功率)、相位关系、频率、谐波、能量等。电压传感器110和电流传感器112可在共同的测量时间间隔期间分别获得电压传感器信号和电流传感器信号,该共同的测量时间间隔在持续时间上可能相对较短(例如,10毫秒(ms)、100ms、1秒、5秒、10秒)。例如,电压传感器110和电流传感器112可获得彼此至少部分同时的测量。作为另一个示例,电压传感器110和电流传感器112中的一个可在电压传感器和电流传感器中的另一个获得测量之后基本上立即获得测量,使得这些测量几乎在同一时间获得。在一些具体实施中,电压传感器110和电流传感器112可操作以在指定的间隔处(例如,每10ms、每100ms、每1秒、每10秒)同时或相继地重复获得测量。一般来讲,对于特定待测导体,电压传感器110和电流传感器112均在足够短的测量时间间隔内获得其各自的测量,使得成对的电压测量和电流测量彼此对应,这允许使用所获得的电流测量和电压测量准确地推导或确定一个或多个AC电参数(例如,功率、相位)。
图4示出操作多相测量设备(诸如多相测量设备106)以测量三相电气系统(例如,图2的三相电气系统100)的一个或多个电参数的方法400。图5示出用于获得三相电气系统的电参数测量的示例性时间线500。一般来讲,多相测量设备用于按顺序获得对多相电气系统的不同导体中的每个的测量,并且使测量相对于测量中的一个(例如,第一测量)同步。如图5所示,三相电气系统的测量过程可被分为三个阶段P1、P2和P3,分别针对三相电气系统的第一导体、第二导体和第三导体中的每个。第一阶段P1可包括感测阶段TS1,之后是测量阶段TM1。类似地,第二阶段P2可包括感测阶段TS2,之后是测量阶段TM2,并且第三阶段P3可包括感测阶段TS3,之后是测量阶段TM3。可限制各个阶段的持续时间以确保准确的测量,如下文进一步讨论的。
在402处,多相测量设备的控制电路可使得多相测量设备的用户界面指导操作者将传感器子系统靠近多相电气系统的第一导体定位。例如,控制电路可使得用户界面显示消息(例如,“开始测量”或“测量第一阶段”)。这可响应于操作者经由指示控制电路“开始”测量的用户界面的输入件(例如,按钮)启动多相测量而发生。
如图5的时间线500所示,在至少一些具体实施中,在启动测量后,在第一感测阶段TS1期间,控制电路可从传感器子系统(例如,电压传感器、电流传感器)接收指示传感器子系统是否靠近第一导体定位的测量数据。该特征使得控制电路能够确保传感器子系统在获得测量之前被适当地定位。例如,如下文参考图7A、图7B、图8和图9进一步讨论的,在至少一些具体实施中,传感器子系统生成参考电流,并且测量数据包括在第一导体中检测到的参考电流的特性(例如,大小)。可将参考电流的特性与阈值进行比较,以确定传感器子系统靠近第一导体定位。作为另一个示例,在触发实际测量之前,控制电路可首先检测到感测到的电压或电流高于确定的阈值。系统一检测到传感器子系统被正确地定位以用于非接触方法或者测试探针与待测设备接触,这样的特征就允许多相测量设备开始获得测量。
在至少一些具体实施中,响应于接收到指示在一定时间段(例如,5秒)之后传感器子系统不靠近第一导体定位的测量数据,控制电路可使得用户界面指导用户重新开始多相电气系统的测量。在其他具体实施中,用户可经由输入件(例如,按钮、麦克风)来手动通知多相测量设备传感器系统就位以获得测量。在此类具体实施中,如果用户没有指示传感器子系统在指定的时间段(例如,5秒、10秒)内正确定位,则控制电路可使得用户界面指导用户重新开始多相电气系统的测量。
在404处,控制电路可经由传感器子系统接收与存在于第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据。第一导体电参数数据可包括电压数据或电流数据中的至少一个。在至少一些具体实施中,该第一测量阶段TM1响应于接收到指示传感器子系统在第一感测阶段TS1期间靠近第一导体适当地定位的测量数据而发生。在一些具体实施中,在控制电路检测到传感器子系统被适当地定位后,第一测量阶段TM1立即自动开始。
在406处,控制电路处理接收的第一导体电参数数据以确定第一导体中的信号的频率。例如,控制电路可获得多个(例如,50个)测量,每个测量包括可通过快速傅里叶变换(FFT)算法处理的多个(例如,1024个)数据点。控制电路可平均FFT的结果,以获得第一导体中的信号的频率、大小和相位信息。在至少一些具体实施中,除了FFT之外或代替FFT,可使用过零检测来确定相位信息。控制电路还可确定或记录第一导体中的信号的一个或多个其他参数,诸如电压、电流、相移、时间戳、谐波、波形等。
在408处,控制电路可至少部分地基于第一导体中的信号的所确定的频率来建立同步数据。例如,控制电路可将测量的循环时间(或周期)的固定重复间隔建立为零相位参考,以用于后续测量。例如,如果确定第一导体中的信号具有50Hz的频率,则可将同步间隔设置为20ms,其等于50Hz信号的循环时间或周期。类似地,如果确定第一导体中的信号具有60Hz的频率,则可将同步间隔设置为16.67ms,其等于60Hz信号的周期。在至少一些具体实施中,控制电路可首先获得多相电气系统的多个相位中的每个的所有测量数据,然后可通过处理或分析接收的测量数据中的至少一些来建立同步数据。
在410处,在控制电路已获得第一导体的测量之后,控制电路可使得用户界面指导用户在第二感测阶段TS2期间将传感器子系统靠近多相电气系统的第二导体定位。在第二感测阶段TS2期间,控制电路可检测传感器子系统是否靠近第二导体定位。
在412处,控制电路可在第二测量阶段TM2期间经由传感器子系统接收与存在于第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据。如上所讨论,该动作可响应于控制电路在感测阶段TS2期间检测到传感器子系统靠近第二导体定位而发生。作为另外一种选择,如果控制电路检测到传感器子系统在第二感测阶段TS2的时间段(例如,5秒)内不靠近第二导体定位,则控制电路可使得用户界面指示用户重新开始三相测量过程,因为在测量之间已经过了太多时间。
在414处,控制电路可处理接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第二导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体中的信号的相位信息。
图6示出曲线图600,该曲线图示出该特征的示例。如图所示,第一导体中的信号602被确定为具有50Hz的频率,因此控制电路为50Hz信号的周期建立20ms的固定重复间隔,该固定重复间隔与第一导体中的信号同步。然后,在操作者已将传感器子系统移动到第二导体之后,参考与第一导体中的信号602同步的固定重复间隔来测量第二导体中的信号604,如突出显示部分606所示,该突出显示部分示出第二导体中的信号相对于第一导体中的信号之间的相移(Δθ)。因此,当使用FFT处理第二导体中的信号604时,由FFT输出的相位信息指示第二导体中的信号604与第一导体中的信号602之间的相对相位。
在416处,在获得第二导体的测量数据之后,控制电路可使得用户界面指导用户靠近多相电气系统的第三导体定位传感器子系统。如上所讨论,控制电路可在第三感测阶段TS3期间检测传感器子系统是否靠近第三导体定位。
在418处,控制电路可经由传感器子系统接收与存在于第三导体中的信号相关联的第三导体电参数数据。在420处,控制电路可处理接收的第三导体电参数数据,以至少部分地基于所建立的同步数据来确定第三导体中的信号的相位信息,该相位信息相对于第一导体或第二导体中的至少一个中的信号的相位信息,如上所讨论。如上所述,在至少一些具体实施中,控制电路可首先获得多相电气系统的多个相位中的每个的所有测量数据,然后可通过处理或分析接收的测量数据中的至少一些来建立同步数据。
一旦测量数据已被处理,控制电路便可经由用户界面向用户呈现多相参数,或者可经由有线或无线通信信道向外部设备发送参数。例如,如图7B所示,控制电路可使得多相测量设备的显示器显示多相电气系统的测量信号的相量图701。可被确定和呈现的电参数包括但不限于电压参数、电流参数、功率参数、相位序列参数、电压相移参数、电流相移参数、电压/电流相移参数、谐波参数、波形参数等。
多相系统的导体中的信号的频率可随时间推移而改变。因此,在至少一些具体实施中,测量过程(例如,阶段P1、P2和P3)的总持续时间可被限制为相对较短的时间段(例如,30秒)。例如,在至少一些具体实施中,测量间隔TM1、TM2和TM3中的每个的持续时间是5秒,并且感测间隔TS1、TS2和TS3中的每个的最大持续时间是5秒,这将测量周期的总持续时间限制为30秒。
另外,重要的是获得第一导体中的信号的准确频率测量,使得第二导体和后续导体中的信号的测量可被准确地与第一导体中的信号同步。例如,对于50Hz信号,循环时间是20ms,并且1°相移对应于55.5µs。因此,如果以0.1%准确度执行频率测量,则不确定性为20µs,或0.36°相移。这导致每秒18°的不确定性,并且在10秒之后不确定性将是180°,这是不可用的。因此,在至少一些具体实施中,所确定的频率的不确定性应优于0.1%(例如,0.01%),因此可人为地扩展或内插第一信号以准确地同步第二频率测量和后续频率测量。如上所讨论,在至少一些具体实施中,在测量周期(例如,TM1、TM2、TM3)期间可获得多个(例如,10个、50个、100个)样本,并且这些样本可被平均以确定准确的频率测量。例如,控制电路可获得50个样本,每个样本包括在100ms间隔内获得的1024个FFT点,对于每个测量周期TM1、TM2或TM3,总测量时间为5秒(即,50个样本×100ms/样本)。
参考信号型非接触式多相测量设备
以下讨论提供了用于测量绝缘导体或未绝缘的裸导体(例如,绝缘线)的交流(AC)电压,而不需要导体和测试电极或探针之间的通电连接的系统和方法的示例。本节中公开的具体实施在本文中可称为“参考信号型电压传感器”或系统。一般来讲,提供非通电接触式(或“非接触式”)测量设备,该设备使用电容传感器来测量绝缘导体中相对于接地端的AC电压信号。如上所讨论,下文讨论的“参考信号”系统和方法还可在感测阶段TS1、TS2和TS3期间使用以检测传感器子系统(例如,图3的传感器子系统108)是否靠近待测导体定位。这样的特征出于多种原因可能是有利的,包括在确定传感器子系统相对于待测导体适当地定位之后基本上立即实现测量的自动启动。
图7A是环境700的直观图,在该环境中操作者704可使用包括参考信号型电压传感器或系统的非接触式测量设备702来测量绝缘线706中存在的AC电压,而不需要非接触式测量设备和线706之间的通电接触。测量设备702可包括上文参考图1-图6讨论的测量设备的一些或全部功能。图7B是图7A的非接触式测量设备702的俯视平面图,示出了在操作期间非接触式测量设备的各种电特性以及用于三相电气系统的相量图701的示例性显示。非接触式测量设备702包括外壳或主体708,该外壳或主体包括握持部分或端部710以及与该握持部分相对的探针部分或端部712(在本文中也称为前端)。外壳708还可包括便于用户与非接触式测量设备702交互的用户界面714。用户界面714可包括任何数量的输入件(例如,按钮、拨盘、开关、触摸传感器)和任何数量的输出件(例如,显示器、LED、扬声器、蜂鸣器)。非接触式测量设备702还可包括一个或多个有线和/或无线通信接口(例如,USB、Wi-Fi®、Bluetooth®)。
在至少一些具体实施中,如图7B中最佳地示出,探针部分712可包括由第一延伸部分718和第二延伸部分720限定的凹陷部分716。凹陷部分716接收绝缘线706(参见图7A)。绝缘线706包括导体722和围绕导体722的绝缘体724。当绝缘线706被定位在非接触式测量设备702的凹陷部分716内时,凹陷部分716可包括靠近该绝缘线的绝缘体724安置的传感器或电极726。尽管为了清楚起见未示出,但传感器726可设置在外壳708的内侧,以防止传感器和其他物体之间的物理接触和电接触。测量设备702还可包括电流传感器,该电流传感器可操作以测量电流,如上文参考图1-图6所讨论。
如图7A所示,在使用中,操作者704可抓握外壳708的握持部分710并且将探针部分712放置为靠近绝缘线706,使得非接触式测量设备702可准确地测量该线中存在的相对于接地端(或另一参考节点)的AC电压。虽然探针端部712被示出为具有凹陷部分716,但是在其他具体实施中,探针部分712可被不同地配置。例如,在至少一些具体实施中,探针部分712可包括可选择性地移动的夹具、钩、包括传感器的平坦或弓形表面,或允许非接触式测量设备702的传感器被靠近绝缘线706定位的其他类型的界面。
充当地面/接地参考的操作者的身体可能只在一些具体实施中使用。本文讨论的非接触式测量功能不限于仅相对于地面测量的应用。外部参考可电容耦合到任何其他电位。例如,如果外部参考电容地耦合到三相系统中的另一相,则测量相间电压。一般来说,本文讨论的概念不限于仅使用连接到参考电压和任何其他参考电位的体电容耦合来相对于地面参考。
如下文进一步讨论的,在至少一些具体实施中,非接触式测量设备702可在AC测量期间使用操作者704和接地端728之间的体电容(CB)。尽管术语“接地端”用于节点728,但是该节点不一定是地面/接地,而是可通过电容耦合或者还利用直接通电连接耦合(例如,经由测试引线)以电流隔离的方式连接到任何其他参考电位。
图8示出了也在图7A和图7B中示出的非接触式测量设备702的各种内部部件的示意图。在该示例中,非接触式测量设备702的导电传感器726大体上为“V”形并且被定位成靠近待测绝缘线706,并且与绝缘线706的导体722电容地耦合,从而形成传感器耦合电容器(CO)。操控非接触式测量设备702的操作者704具有对接地端的体电容(CB)。因此,如图7B和图8所示,线722中的AC电压信号(VO)通过串联连接的耦合电容器(CO)和体电容(CB)生成绝缘导体电流分量或“信号电流”(IO)。在一些具体实施中,体电容(CB)还可包括生成对接地端或对任何其他参考电位的电容的电流隔离的测试导线。
待测量的线722中的AC电压(VO)具有到外部接地端728(例如,零线)的连接。非接触式测量设备702本身也具有对接地端728的电容,当操作者704(图7A)将非接触式测量设备保持在其手中时,该电容主要由体电容(CB)组成。电容CO和CB两者形成导电回路,并且该回路中的电压生成信号电流(IO)。信号电流(IO)由电容耦合到导电传感器726的AC电压信号(VO)生成,并且通过非接触式测量设备的外壳708和对接地端728的体电容器(CB)回到外部接地端728。电流信号(IO)取决于非接触式测量设备702的导电传感器726和待测绝缘线706之间的距离、导电传感器726的特定形状,以及导体722的大小和电压电平(VO)。
为了补偿直接影响信号电流(IO)的距离方差和随之而来的耦合电容器(CO)方差,非接触式测量设备702包括共模参考电压源730,该共模参考电压源生成具有与信号电压频率(fo)不同的参考频率(fR)的AC参考电压(VR)。
为了减少或避免杂散电流,非接触式测量设备702的至少一部分可被导电内部接地保护件或遮蔽件732围绕,这使得大部分电流流过与绝缘线706的导体722形成耦合电容器(CO)的导电传感器726。内部接地保护件732可由任何合适的导电材料(例如,铜)形成,并且可以是实心的(例如,箔)或者具有一个或多个开口(例如,网眼)。
另外,为了避免内部接地保护件732和外部接地端728之间的电流,非接触式测量设备702包括导电参考屏蔽件734。参考屏蔽件734可由任何合适的导电材料(例如,铜)形成,并且可以是实心的(例如,箔)或者具有一个或多个开口(例如,网眼)。共模参考电压源730电耦合在参考屏蔽件734和内部接地保护件732之间,这产生用于非接触式测量设备702的具有参考电压(VR)和参考频率(fR)的共模电压。这种AC参考电压(VR)驱动额外的参考电流(IR)通过耦合电容器(CO)和体电容器(CB)。
围绕导电传感器726的至少一部分的内部接地保护件732保护导电传感器免受AC参考电压(VR)的直接影响,该直接影响导致导电传感器726和参考屏蔽件734之间的参考电流(IR)发生不期望的偏移。如上所述,内部接地保护件732是用于非接触式测量设备702的内部电子接地端738。在至少一些具体实施中,内部接地保护件732还围绕非接触式测量设备702的一些或全部电子器件,以避免AC参考电压(VR)耦合到电子器件中。
如上所述,参考屏蔽件734用于将参考信号注入到输入AC电压信号(VO)上,并且作为第二功能,最小化保护件732对接地端728的电容。在至少一些具体实施中,参考屏蔽件734围绕非接触式测量设备702的一些或全部外壳708。在此类具体实施中,一些或全部电子器件参见参考共模信号,该信号还生成导电传感器726和绝缘线706中的导体722之间的参考电流(IR)。在至少一些具体实施中,参考屏蔽件734中的唯一间隙可以是用于导电传感器726的开口,该开口允许导电传感器在非接触式测量设备702的操作期间被定位成靠近绝缘线706。
内部接地保护件732和参考屏蔽件734可提供围绕非接触式测量设备702的外壳708(参见图7A和图7B)的双层遮蔽件。参考屏蔽件734可设置在外壳708的外表面上,并且内部接地保护件732可用作内部屏蔽件或保护件。导电传感器726通过保护件732屏蔽参考屏蔽件734,使得任何参考电流均由导电传感器726和待测导体722之间的耦合电容器(CO)生成。
围绕传感器726的保护件732还减少了靠近传感器的相邻线的杂散影响。
如图8所示,非接触式测量设备702可包括作为反相电流-电压转换器操作的输入放大器736。输入放大器736具有同相端子,该同相端子电耦合到用作非接触式测量设备702的内部接地端738的内部接地保护件732。输入放大器736的反相端子可电耦合到导电传感器726。反馈电路737(例如,反馈电阻器)还可耦合在输入放大器736的反相端子和输出端子之间,以提供用于输入信号调节的反馈和适当的增益。
输入放大器736从导电传感器726接收信号电流(IO)和参考电流(IR),并将所接收的电流转换成指示输入放大器的输出端子处的导电传感器电流的传感器电流电压信号。该传感器电流电压信号可例如是模拟电压。该模拟电压可被馈送到信号处理模块740,如下文进一步讨论的,该信号处理模块处理传感器电流电压信号以确定绝缘线706的导体722中的AC电压(VO)。信号处理模块740可包括数字和/或模拟电路的任何组合。
非接触式测量设备702还可包括通信地耦合到信号处理模块740的用户界面742(例如,显示器),以呈现所确定的AC电压(VO)或通过接口传送给非接触式测量设备的操作者704。
图9是非接触式测量设备900的框图,其示出了该非接触式测量设备的各种信号处理部件。非接触式测量设备900可与上文讨论的测量设备相似或相同。因此,相似或相同的部件用相同的附图标号标记。如图所示,输入放大器736将来自导电传感器726的输入电流(IO + IR)转换成指示输入电流的传感器电流电压信号。使用模数转换器(ADC) 902将传感器电流电压信号转换成数字形式。
线722中的AC电压(VO)与AC参考电压(VR)相关,如等式(1)所示:
(1)
其中(IO)是由于导体722中的AC电压(VO)而通过导电传感器726的信号电流,(IR)是由于AC参考电压(VR)而通过导电传感器726的参考电流,(fO)是正被测量的AC电压(VO)的频率,并且(fR)是参考AC电压(VR)的频率。
与AC电压(VO)相关的标记为“O”的信号具有和与共模参考电压源730相关的标记为“R”的信号不同的特性,如频率。数字处理诸如实现快速傅里叶变换(FFT)算法906的电路可用于分离具有不同频率的信号大小。还可以使用模拟电子滤波器将“O”信号特性(例如,大小、频率)与“R”信号特性分开。
电流(IO)和(IR)由于耦合电容器(CO)分别取决于频率(fO)和(fR)。流过耦合电容器(CO)和体电容(CB)的电流与频率成比例,并且因此需要测量待测导体722中AC电压(VO)的频率(fO),以确定参考频率(fR)与信号频率(fO)的比率,该比率在上面列出的等式(1)中被使用,或者参考频率是已知的,因为参考频率是由系统本身生成的。
在输入电流(IO + IR)已由输入放大器736调节并由ADC 902数字化之后,可通过使用FFT 906表示频域中的信号来确定数字传感器电流电压信号的频率分量。当已经测量频率(fO)和(fR)两者时,可确定频率窗口,以计算来自FFT 906的电流(IO)和(IR)的基本大小。
电流(IR)和/或电流(IO)的大小可作为参考信号传感器或电极(例如,电极726)与绝缘线706的导体722之间的距离的函数而变化。如上所讨论,在多相电气系统的测量期间可使用此类特性来检测传感器是否靠近待测导体定位。系统可将所测量的电流(IR)和/或电流(IO)与期望的相应电流进行比较,以确定参考信号传感器或电极与导体722之间的距离。接下来,如框908所示,分别指定为IR,1和IO,1的电流(IR)和(IO)的基波谐波的比率可通过所确定的频率(fO)和(fR)来校正,并且该因数可用于通过在线722中添加谐波(VO)来计算所测量的原始基波或RMS电压,这通过计算平方谐波和的平方根来完成,并且可在显示器912上呈现给用户。
耦合电容器(CO)通常可具有约0.02pF至1pF范围内的电容值,例如这取决于绝缘导体706和导电传感器726之间的距离以及传感器726的特定形状和尺寸。体电容(CB)可例如具有约20pF至200pF的电容值。
从上述等式(1)可以看出,由共模参考电压源730生成的AC参考电压(VR)不需要处于与导体722中的AC电压(VO)相同的范围来实现信号电流(IO)和参考电流(IR)的类似电流大小。通过选择相对较高的参考频率(f),AC参考电压(VR)可能相对较低(例如,小于5V)。例如,可将参考频率(fR)选择为3kHz,这比具有60Hz的信号频率(fO)的典型的120V VRMS AC电压(VO)高50倍。在这种情况下,可将AC参考电压(VR)选择为仅2.4V(即,120V ÷ 50),以生成与信号电流(IO)相同的参考电流(IR)。一般来讲,将参考频率(fR)设置为信号频率(fO)的N倍允许AC参考电压(VR)具有线722中的AC电压(VO)的(1/N)倍的值,以产生处于彼此相同范围的电流(IR)和(IO),从而实现IR和I0的类似不确定性。
可使用任何合适的信号发生器来生成具有参考频率(fR)的AC参考电压(VR)。在图9所示的示例中,使用Σ-Δ数模转换器(Σ-Δ DAC) 910。Σ-Δ DAC 910使用比特流来产生具有限定的参考频率(fR)和AC参考电压(VR)的波形(例如,正弦波形)信号。在至少一些具体实施中,Σ-Δ DAC 910可生成与FFT 906的窗口同相的波形以减少抖动。
在至少一些具体实施中,ADC 902可具有14位的分辨率。在操作中,对于标称的50Hz输入信号,ADC 902能够以10.24kHz的采样频率对来自输入放大器736的输出进行采样,以在100ms(FFT 906的10Hz窗口)中提供2n个样本(1024)以准备好由FFT 906进行处理。对于60Hz的输入信号,采样频率可例如为12.288kHz,以在每个周期获得相同数量的样本。ADC 902的采样频率可与参考频率(fR)的全数周期同步。例如,输入信号频率可在40Hz至70Hz的范围内。根据AC电压(VO)的所测量的频率,可使用FFT 906来确定AC电压(VO)的窗口,并使用汉宁窗函数进行进一步的计算,以抑制由在聚合间隔中捕获的不完整信号周期引起的相移抖动。
在一个示例中,共模参考电压源730生成具有2419Hz的参考频率(fR)的AC参考电压(VR)。对于60Hz的信号,该频率介于第40个谐波和第41个谐波之间,并且对于50Hz的信号,该频率介于第48个谐波和第49个谐波之间。通过提供具有不是预期AC电压(VO)的谐波的参考频率(fR)的AC参考电压(VR),AC电压(VO)不太可能影响参考电流(IR)的测量。
在至少一些具体实施中,将共模参考电压源730的参考频率(fR)选择为最不可能受到待测导体722中的AC电压(VO)的谐波的影响的频率。作为示例,当参考电流(IR)超过极限时(这可指示导电传感器726正在接近待测导体722),可关断共模参考电压源730。可在共模参考电压源730被关断的情况下进行测量(例如,100ms测量),以检测一定数量的(例如,三个、五个)候选参考频率处的信号谐波。然后,可在该数量的候选参考频率处确定AC电压(VO)中的信号谐波的大小,以识别哪个候选参考频率可能受到AC电压(VO)的信号谐波的影响最小。然后可将参考频率(fR)设置为所识别的候选参考频率。参考频率的这种切换可避免或减少信号频谱中可能的参考频率分量的影响,这种影响可增加所测量的参考信号并降低准确度,并且可能产生不稳定的结果。具有相同特性的除2419Hz以外的其他频率包括例如2344Hz和2679Hz。
前述具体实施方式已通过使用框图、示意图和示例阐述了装置和/或过程的各种具体实施。在此类框图、示意图和示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下,本领域的技术人员将会理解,可通过广泛的硬件、软件、固件或几乎其任何组合来单独地和/或共同地实现此类框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作。在一个具体实施中,本主题可通过专用集成电路(ASIC)来实现。然而,本领域的技术人员将认识到,本文公开的具体实施可全部或部分地在标准集成电路中被等同地实现为在一个或多个计算机上运行一个或多个计算机程序(例如,在一个或多个计算机系统上运行一个或多个程序)、在一个或多个控制器(例如,微控制器)上运行一个或多个程序、在一个或多个处理器(例如,微处理器)上运行一个或多个程序、固件或几乎其任何组合,并且鉴于本公开,为软件和/或固件设计电路和/或编写代码将完全在本领域的普通技术人员的技能内。
本领域的技术人员将认识到,本文陈述的许多方法或算法可采用另外的动作,可省去某些动作,并且/或者可以与指定顺序不同的顺序来执行动作。
此外,本领域的技术人员将理解,本文提出的机构能够作为各种形式的程序产品分配,并且不管用于实际实行该分配的信号承载介质为何种特定类型,例示性具体实施都同样适用。信号承载介质的示例包括但不限于可记录型介质诸如软盘、硬盘驱动器、CDROM、数字磁带和计算机存储器。
可组合上述各种具体实施来提供另外的具体实施。例如,在至少一些具体实施中,多相测量设备可包括多个(例如,三个)接触式或非接触式传感器子系统,每个传感器子系统可同时靠近多相电气系统的导体中的相应一者定位。多个传感器子系统可各自包括电压传感器和/或电流传感器,如上所讨论。另外,传感器子系统中的每个可被耦合到相同处理电路,在操作期间,该处理电路在每个传感器子系统之间切换以获得多相电气系统的导体中的每个的测量数据。在此类具体实施中,多相测量设备将不需要指导操作者将相同的传感器靠近每个导体定位。
在它们与本文的具体教导内容和定义不一致的程度上,2016年11月11日提交的美国临时专利申请No. 62/421,124;2016年11月7日提交的美国专利申请No. 15/345,256;2017年1月23日提交的美国专利申请No. 15/413,025;2017年1月23日提交的美国专利申请No. 15/412,891;2017年5月24日提交的美国专利申请No. 15/604,320和2017年6月16日提交的美国专利申请序列号15/625,745全文以引用方式并入本文。必要时,可以修改具体实施的各个方面,以采用各专利、专利申请和专利公布的系统、电路和概念来提供另外的具体实施。
鉴于上文的具体实施方式,可对这些具体实施做出这些及其他改变。一般来说,在以下权利要求书中,所用的术语不应被解释为将权利要求限制于本说明书和权利要求书中公开的具体实施,而应被解释为包括所有可能的具体实施以及这些权利要求赋予的等效物的全部范围。因此,权利要求并不受本公开内容所限定。
Claims (22)
1.一种多相测量设备,包括:
传感器子系统,所述传感器子系统在操作中感测导体中的电压或电流中的至少一个;
用户界面;
控制电路,所述控制电路通信地耦合到所述传感器子系统,其中在操作中,所述控制电路:
使得所述用户界面指导所述多相测量设备的用户将所述传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第一导体定位;
经由所述传感器子系统接收与存在于所述第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据,所述第一导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;
处理所述接收的第一导体电参数数据以确定所述第一导体中的所述信号的频率;
至少部分地基于所述第一导体中的所述信号的所述确定的频率来建立同步数据;
使得所述用户界面指导所述用户将所述传感器子系统的传感器靠近所述多相电气系统的第二导体定位;
经由所述传感器子系统接收与存在于所述第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据,所述第二导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;
处理所述接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所述建立的同步数据来确定所述第二导体中的所述信号的相位信息,所述相位信息相对于所述第一导体中的所述信号的相位信息;
使得所述用户界面指导所述用户将所述传感器子系统的传感器靠近所述多相电气系统的第三导体定位;
经由所述传感器子系统接收与存在于所述第三导体中的信号相关联的第三导体电参数数据,所述第三导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;以及
处理所述接收的第三导体电参数数据,以至少部分地基于所述建立的同步数据来确定所述第三导体中的所述信号的相位信息,所述相位信息相对于所述第一导体或所述第二导体中的至少一个中的所述信号的相位信息。
2.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中所述同步数据包括固定重复间隔,所述固定重复间隔具有等于所述第一导体中的所述信号的周期的持续时间。
3.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中所述传感器子系统包括至少电流传感器和电压传感器。
4.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中所述传感器子系统包括非接触式电压传感器或非接触式电流传感器中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中在操作中,所述控制电路:
处理所述第一导体电参数数据、所述第二导体电参数数据和所述第三导体电参数数据以确定所述多相电气系统的至少一个附加电参数。
6.根据权利要求5所述的多相测量设备,其中所述至少一个附加电参数包括电压参数、电流参数、功率参数、相位序列参数、电压相移参数、电流相移参数、电压/电流相移参数、谐波参数或波形参数中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中在操作中,所述控制电路:
使得所述用户界面将所述确定的相位信息的指示呈现在所述用户界面的显示器上。
8.根据权利要求7所述的多相测量设备,其中所述确定的相位信息的所述指示包括呈现在所述用户界面的所述显示器上的相量图。
9.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中在所述接收所述第一导体电参数数据、所述第二导体电参数数据和所述第三导体电参数数据中的每个之前,所述控制电路从所述传感器子系统接收测量数据,所述测量数据指示所述传感器子系统的所述传感器是否分别靠近所述第一导体、所述第二导体和所述第三导体定位。
10.根据权利要求9所述的多相测量设备,其中所述传感器子系统生成参考电流,并且所述测量数据包括在所述第一导体、所述第二导体或所述第三导体中检测到的所述参考电流的特性。
11.根据权利要求9所述的多相测量设备,其中响应于接收到测量数据,所述测量数据指示在一定时间段之后所述传感器子系统的所述传感器不靠近所述第一导体、所述第二导体或所述第三导体中的一个定位,所述控制电路使得所述用户界面指导所述用户重新开始所述多相电气系统的测量。
12.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中在操作中,所述控制电路使用快速傅立叶变换(FFT)来处理所述接收的第一导体电参数数据,以确定所述第一导体中的所述信号的频率。
13.根据权利要求1所述的多相测量设备,其中在所述控制电路使得所述用户界面指导所述用户将所述传感器子系统的所述传感器靠近所述第一导体定位时与在所述控制电路接收与存在于所述第三导体中的所述信号相关联的第三导体电参数数据时之间的时间段被限制为小于30秒。
14.一种多相测量设备,包括:
传感器子系统,所述传感器子系统在操作中感测导体中的电压或电流中的至少一个;
用户界面;
控制电路,所述控制电路通信地耦合到所述传感器子系统,其中在操作中,所述控制电路:
使得所述用户界面指导所述多相测量设备的用户将所述传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第一导体定位;
经由所述传感器子系统接收与存在于所述第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据,所述第一导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;
处理所述接收的第一导体电参数数据以确定所述第一导体中的所述信号的频率;
至少部分地基于所述第一导体中的所述信号的所述确定的频率来建立同步数据;
使得所述用户界面指导所述用户将所述传感器子系统的传感器靠近所述多相电气系统的第二导体定位;
经由所述传感器子系统接收与存在于所述第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据,所述第二导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;以及
处理所述接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所述建立的同步数据来确定所述第二导体中的所述信号的相位信息,所述相位信息相对于所述第一导体中的所述信号的相位信息。
15.一种操作多相测量设备的方法,所述方法包括:
通过控制电路使得用户界面指导用户将传感器子系统的传感器靠近多相电气系统的第一导体定位;
通过所述控制电路经由所述传感器子系统接收与存在于所述第一导体中的信号相关联的第一导体电参数数据,所述第一导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;
通过所述控制电路处理所述接收的第一导体电参数数据以确定所述第一导体中的所述信号的频率;
通过所述控制电路至少部分地基于所述第一导体中的所述信号的所述确定的频率来建立同步数据;
通过所述控制电路使得所述用户界面指导所述用户将所述传感器子系统的传感器靠近所述多相电气系统的第二导体定位;
通过所述控制电路经由所述传感器子系统接收与存在于所述第二导体中的信号相关联的第二导体电参数数据,所述第二导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;
通过所述控制电路处理所述接收的第二导体电参数数据,以至少部分地基于所述建立的同步数据来确定所述第二导体中的所述信号的相位信息,所述相位信息相对于所述第一导体中的所述信号的相位信息;
通过所述控制电路使得所述用户界面指导所述用户将所述传感器子系统的传感器靠近所述多相电气系统的第三导体定位;
通过所述控制电路经由所述传感器子系统接收与存在于所述第三导体中的信号相关联的第三导体电参数数据,所述第三导体电参数数据包括电压数据或电流数据中的至少一个;以及
通过所述控制电路处理所述接收的第三导体电参数数据,以至少部分地基于所述建立的同步数据来确定所述第三导体中的所述信号的相位信息,所述相位信息相对于所述第一导体或所述第二导体中的至少一个中的所述信号的相位信息。
16.根据权利要求15所述的方法,还包括通过所述控制电路处理所述第一导体电参数数据、所述第二导体电参数数据和所述第三导体电参数数据以确定所述多相电气系统的至少一个附加电参数。
17.根据权利要求15所述的方法,还包括通过所述控制电路处理所述第一导体电参数数据、所述第二导体电参数数据和所述第三导体电参数数据以确定电压参数、电流参数、功率参数、相位序列参数、电压相移参数、电流相移参数、电压/电流相移参数、谐波参数或波形参数中的至少一个。
18.根据权利要求15所述的方法,还包括通过所述控制电路使得所述用户界面将所述确定的相位信息的指示呈现在所述用户界面的显示器上。
19.根据权利要求15所述的方法,还包括:
在接收所述第一导体电参数数据、所述第二导体电参数数据和所述第三导体电参数数据中的每个之前,通过所述控制电路从所述传感器子系统接收测量数据,所述测量数据指示所述传感器子系统的所述传感器是否分别靠近所述第一导体、所述第二导体和所述第三导体定位。
20.根据权利要求19所述的方法,还包括:
响应于接收到测量数据,所述测量数据指示在一定时间段之后所述传感器子系统的所述传感器不靠近所述第一导体、所述第二导体或所述第三导体中的一个定位,通过所述控制电路来使得所述用户界面指导所述用户重新开始所述多相电气系统的测量。
21.根据权利要求15所述的方法,其中处理所述接收的第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据包括使用快速傅里叶变换(FFT)来处理所述接收的第一导体电参数数据、第二导体电参数数据和第三导体电参数数据。
22.一种多相测量设备,包括:
传感器子系统,所述传感器子系统在操作中感测导体中的电压和电流;
用户界面;
控制电路,所述控制电路通信地耦合到所述传感器子系统,其中在操作中,所述控制电路:
使得所述传感器子系统按顺序获得至少三个单相测量,所述单相测量中的每个为多相电气系统的单个相位提供单相电参数数据;以及
基于由所述按顺序获得的单相测量提供的所述单相电参数数据来确定所述多相电气系统的多相电气系统参数。
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