【文章內(nèi)容簡介】 （）?cos10UIiuNPk???視在功率為： （）?????102102NkkiIS無功功率為： （）?sinUIQ或者 （）2PS???三相電路功率的測(cè)量。三相電路中，負(fù)載的聯(lián)接方式有星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接。星形聯(lián)接時(shí)，根據(jù)需要可以采用三相三線制或三相四線制供電，三角形聯(lián)接時(shí)只能用三相三線制供電。三相四線制電路中，負(fù)載所消耗的總功率需要分別測(cè)出 A、B 、C 各相負(fù)載的功率，然后相加。即 （）CBAP??在三相三線制電路中，通常用兩只功率表測(cè)量三相功率。采用兩表法測(cè)功率接線圖如圖 所示。儀器 、 測(cè)得的瞬時(shí)功率為：1W2鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 8 頁 （）BC2AC1,iuPi?瞬時(shí)功率之和為： （）BCABAC21 )()(iuiuii????圖 三相三線制功率表接線圖因?yàn)槿嗳€制電路 ，所以ABC0ii?? （）CBA21 iuiuP?它在一個(gè)周期內(nèi)的平均值就是三相總瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。不管電源或負(fù)載是否對(duì)稱，不管是星形負(fù)載還是三角形負(fù)載，上述結(jié)論都正確。所以三相所消耗的總功率： （）2BC1AC21 coscos?IUIP???以離散的采樣值計(jì)算 ，12 （）?????10BC210AC1,NkkNkkiuiu進(jìn)一步求得三相電路的有功功率 （）??????10BC10AC21 NkkNk iiP三相無功功率和視在功率與單相電路的計(jì)算類似。當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，不論星形或三角形接法，三相中 、 和 都是一樣的，所以每一相中的功率大小相等，三U?Icos相功率為單相功率的三倍，即三相功率 （）??cos331IUIP??無功功率和視在功率為： （）sin1IQ鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 9 頁 （）13IUS? L、R 、C 參數(shù)測(cè)量原理根據(jù)歐姆定律，阻抗可以看成是電路中電壓與電流之比，在正弦交流的情況下，電壓與電流的比值是復(fù)數(shù)，在直角坐標(biāo)系統(tǒng)中，阻抗 可以表示為：ZA （）jXRIVZ?????在 L、R 、C 測(cè)量系統(tǒng)中，如圖 所示。 為信號(hào)源 ，經(jīng)過限流電阻 加到被測(cè)阻抗?E0?R上。當(dāng) A 為一理想放大器時(shí) ，被測(cè)阻抗 和采樣標(biāo)準(zhǔn)電阻 流過同一電流 。將矢xZ xZs?I量電壓 和 直接或經(jīng)信號(hào)調(diào)理后送入數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)輸入通道。xVs圖 L、 R、 C 測(cè)量原理框圖圖中：C 為電容，R 為電阻、L 為電感，D 為損耗值，Q 為品質(zhì)因數(shù)，于是有：測(cè)量阻抗 時(shí)，xZ? （）)( )22jYXRVjVjs syxysyxs ssxysxx?????????????對(duì)于電容串聯(lián)等效電路， ，則有：xxCjZ?1? （）sx?? （）YRsx1鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 10 頁 （）YXRCDsxx ???對(duì)于電感串聯(lián)等效電路， ，則有：xxLjZ?? （）Xs?? （）YRsx? （）XLQsx??鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 11 頁3 虛擬儀器 （LabVIEW）的系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)從構(gòu)成要素講，虛擬儀器系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件組成的。LabVIEW 編程設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。 虛擬儀器（LabVIEW）的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與儀器硬件構(gòu)成 VI 的通用儀器硬件平臺(tái)。計(jì)算機(jī)為一臺(tái) PC 機(jī)或者工作站，是硬件平臺(tái)的核心。I/O 接口設(shè)備主要是完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。這里主要介紹 DAQ 測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。DAQ 測(cè)試系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。如圖 所示。圖 DAQ 測(cè)試系統(tǒng)硬件平臺(tái) 信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)庫采集卡信號(hào)調(diào)理是聯(lián)系傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊的橋梁。美國 NI 公司的儀器信號(hào)調(diào)理板卡SCXI（Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation）是 LabVIEW 軟件直接支持的一種信號(hào)調(diào)理模塊。一個(gè) SCXI 系統(tǒng)由一個(gè)或者多個(gè)堅(jiān)固的機(jī)箱構(gòu)成，機(jī)箱中可以安裝各種不同的信號(hào)調(diào)理模塊。SCXI 信號(hào)調(diào)理卡包括多種功能模塊可以根據(jù)測(cè)試需要選擇單個(gè)或多個(gè)模塊安裝于機(jī)箱中，這些模塊的功能包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I/O和開關(guān)等。數(shù)據(jù)采集是測(cè)試信號(hào)從模擬信號(hào)變成計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)的過程。數(shù)據(jù)采集卡是不可或缺的組成部分，其核心部分是 A/D 變換器。A/D 變換的輸入信號(hào)是在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，輸出信號(hào)是在時(shí)間上和幅度上都是離散的數(shù)字信號(hào)，從連續(xù)信號(hào)到離散信號(hào)的變換過程可以看成采樣和量化的過程。A/D鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 12 頁轉(zhuǎn)換按原理劃分有 3 種:逐次逼近法 A/D、雙積分法 A/D 和并行比較法 A/D，在 DAQ產(chǎn)品中應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)換方法是逐次逼近法。衡量 A/D 轉(zhuǎn)換器性能主要有兩個(gè)指標(biāo)：一個(gè)是采樣分辨率，即 A/D 轉(zhuǎn)換器位數(shù)；二是 A/D 轉(zhuǎn)換速度。這二者都與 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理有關(guān)。DAQ 卡按其安裝方式有內(nèi)插式(Plug in)和外插式之分?；?ISA, PCI,VXI. PXI/Compact PCI, PC MCIA 等總線的 DAQ 卡屬內(nèi)插式?；?USB (Universal Serial Bus )、IEEE 1394 C (Fire Ware，火線)、RS232/485 等接口的 DAQ 板卡屬外掛式。表 列出了常見并行總線性能表。選用數(shù)據(jù)采集卡需要注意：數(shù)據(jù)分辨率和精度、最高采樣速度、通道數(shù)、數(shù)據(jù)總線接口類型、是否有隔離、板卡本身是否帶有微處理器、是否有標(biāo)定功能、支持的軟件驅(qū)動(dòng)程序及其軟件平臺(tái)。表 常見并行總線性能表總線名稱 數(shù)據(jù)總線寬度地址總線寬度總線工作頻率最高傳輸速率最大傳輸距離最多支持器件用途PCI 32/64 32/64 33/36 132/528 機(jī)箱內(nèi) 20 PC 機(jī)虛擬儀器CompactPCI32/64 32/64 33 132/264機(jī)箱內(nèi) 8 虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)PXI 32/64 32/64 33 132/264機(jī)箱內(nèi) 18 虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)VME 16/32 24/32 33 40 21 虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)VXI 16/32 24/32 33 23 20 8 虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)IEEE488 8 24/32 33 1 15 20 PC 機(jī)與儀器相連 GPIB(General Purpose Interface Bus)系統(tǒng)GPIB 系統(tǒng)是一種通用接口測(cè)試系統(tǒng)。它是由一臺(tái) PC 機(jī)、一塊 GPIB 接口卡和若干臺(tái) GPIB 儀器子系統(tǒng)構(gòu)成。其中每個(gè)儀器子系統(tǒng)是一臺(tái)帶 GPIB 接口的單臺(tái)儀器。即使不同廠家的產(chǎn)品也相互兼容具有互換性，組件系統(tǒng)時(shí)非常方便，拆散后各儀器子系統(tǒng)又可作單臺(tái)儀表獨(dú)立使用。一塊 GPIB 接口卡可帶多達(dá) 14 臺(tái)儀器。利用 GPIB 技術(shù)，可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測(cè)試測(cè)量誤差。同時(shí)，技術(shù)易于升級(jí)，維護(hù)方便，儀器功能和面板自定義，開發(fā)和鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 13 頁使用容易。它可高效靈活地完成各種不同規(guī)模的測(cè)試測(cè)量任務(wù)。 VXI（VME BUS Xtension for Instrumentation）總線VXI 總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線——VME 總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。由惠普等公司于 1987 年提出，1992 年成為 IEEE 1155 標(biāo)準(zhǔn)。在該系統(tǒng)中圍繞機(jī)械、電氣、控制方式、通信協(xié)議、電磁兼容、軟面板、驅(qū)動(dòng)程序、I/O 控制，乃至機(jī)箱、印刷電路板的結(jié)構(gòu)、通風(fēng)散熱等都作了詳細(xì)的規(guī)定。VXI 總線系統(tǒng)是機(jī)箱式結(jié)構(gòu)。一個(gè)接插模件就相當(dāng)于一臺(tái)儀器或特定功能的器件，多個(gè)模件共存于一個(gè)機(jī)箱組成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。VXI 系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，它的高速率傳輸、模塊式結(jié)構(gòu)不僅使得儀器結(jié)構(gòu)緊湊、小巧輕便，更使得集多種功能于一體的現(xiàn)代集成式虛擬儀器變成現(xiàn)實(shí)。 串行總線RS232 總線是最早采用的通用串行總線，當(dāng)今 PC 更多采用了 USB 總線和 IEEE 1394 總線。通用串行總線（Universal Serial BUS，USB）具有傳輸速率高、支持異步和等時(shí)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，適合于大數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)傳輸速率要求比較高的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合?；诖锌诤推渌I(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線的系統(tǒng)將某些串行口儀器和工業(yè)控制模塊連接起來，組成實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。無論哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將硬件儀器搭載到筆記本電腦、臺(tái)式計(jì)算機(jī)或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，再加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。 虛擬儀器（LabVIEW）的軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)虛擬儀器的功能由其軟件定義，軟件是虛擬儀器技術(shù)的核心。虛擬儀器軟件系統(tǒng)應(yīng)主要包括操作面板設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、波形顯示、信號(hào)分析與處理和 I/O 設(shè)備管理等內(nèi)容。它由兩部分構(gòu)成，即應(yīng)用程序和 I/O 接口儀器驅(qū)動(dòng)程序。虛擬儀器應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境主要有兩種：一種是文本式編程語言，常用的有 Lab Windows/CVI、Visual Basic、Visual C++等，用這些工具開發(fā)具有成本低，不需再進(jìn)行專業(yè)軟件培訓(xùn)等特點(diǎn)。 程序模塊設(shè)計(jì) 本課題研究的軟件平臺(tái)主要有數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取模塊、參量計(jì)算模塊、數(shù)字濾波模塊、波形顯示模塊等。鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 14 頁 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取安裝 PCL818LS 數(shù)據(jù)采集卡用 DMA 方式進(jìn)行多通道高速數(shù)據(jù)采集，把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存數(shù)組當(dāng)中去，然后從該數(shù)組提取出每個(gè)參數(shù)的采集數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。圖 所示，為基本函數(shù)存儲(chǔ)文本文件。首先調(diào)用 VIOpen/ creat / replace file 新建一個(gè)文件，然后將打開文件時(shí)得到的參考數(shù)(refnum)傳遞給 Write file，函數(shù) Write file 讀取 for 循環(huán)中信號(hào)發(fā)生器（sine 為例）產(chǎn)生的并經(jīng)過 Format into String函數(shù)轉(zhuǎn)化成的字符串?dāng)?shù)據(jù)。圖 存儲(chǔ)文本文件圖也可用 Express VIs 進(jìn)行文件的輸入和輸出，分別是 Write LabVIEW Measurement File Express VI 和 Read LabVIEW Measurement File Express VI。圖 用 Write LabVIEW Measurement File 圖圖 用 Read LabVIEW Measurement File 讀取 lvm 文件圖LabVIEW 支持三種格式用于文件的輸入輸出，即文本文件、二進(jìn)制文件和數(shù)據(jù)記錄文件。其中電子表格文件是一種特殊類型的文本文件，這種文件仍然以 ASCII 碼格鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 15 頁式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能讓 Microsoft Excel 等電子表格處理軟件直接讀取這類數(shù)據(jù)文件；數(shù)據(jù)記錄文件中又包含一種被稱為波形文件的文件格式，它記錄了發(fā)生波形的一些基本信息，如波形發(fā)生的初始時(shí)間、采樣的間隔時(shí)間等。 參量計(jì)算電壓電流的基本參數(shù)計(jì)算主要包括電壓有效值、電流有效值、幅值、最大值、最小值、以及平均值等。按照前面推出的離散算法公式設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算子模塊程序如圖 所示。圖 參數(shù)計(jì)算程序圖中，均值電壓、交流有效值、直流分量、峰峰值、最大值、最小值等是通過LabVIEW 的數(shù)學(xué)庫中的子函數(shù)求出來的。在得到電壓電流有效值的基礎(chǔ)上，可以通過計(jì)算公式間接求出有功功率、視在功率、無功功率及相位差等。計(jì)算程序如圖 所示。圖 功率計(jì)算程序流程圖采樣值是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對(duì)采樣值進(jìn)行檢驗(yàn)，例如電流標(biāo)準(zhǔn)值是 200 A，誤鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 16 頁差允許范圍≤%，看采樣值是否在設(shè)計(jì)指標(biāo)之內(nèi)，運(yùn)行程序如圖 所示。采樣值是數(shù)據(jù)采集來的數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)為 200 A，誤差允許設(shè)為 ，N 為采樣值的數(shù)量，指示燈亮一下則表示采樣值不達(dá)標(biāo)，輸出采樣值數(shù)量，否則輸出設(shè)定合格輸出值。圖 采樣值達(dá)標(biāo)檢驗(yàn)程序圖 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)