基于labview功率测量器设计.docx

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基于labview功率测量器设计

成绩评定表

学生姓名

Xxx

班级学号

Xxxx

专业

通信工程

课程设计题目

基于labview功率测量器设计

评

语

组长签字：

成绩

日期

2014年7月7日

课程设计任务书

学院

信息学院

专业

通信工程

学生姓名

Xxx

班级学号

Xxx

课程设计题目

基于labview的功率测量器设计

实践教学要求与任务:

1．学习LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧；

2．掌握简单LabVIEW程序的编程实现；

3．掌握简单功率测试系统设计和分析方法；

4．采用LabVIEW语言，实现功率测量器的设计。

（1）通过检索、查资料、调查研究、确定方案、画出组成系统结构方框图；

（2）采用LabVIEW实现功率测试器系统；

（3）系统调试与改进，调整系统参数，分析系统运行结果；

（4）写出设计总结报告。

工作计划与进度安排:

19周（上）:

学习LabVIEW虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，掌握简单LabVIEW程序的编程实现，掌握简单通信系统设计和分析方法。

19周（下）:

采用LabVIEW语言，实现功率测试器的设计，并对系统进行性能分析。

指导教师：

2014年6月27日

专业负责人：

2014年6月27日

学院教学副院长：

2014年6月27日

1目的及基本要求

熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现功率测试器的设计。

基本要求:

要求产生同频率的仿真电压、电流信号，它们的幅值、初相位、周期都可任意调节。

将电压，电流信号它们的幅值，初相位，周期信息送入计算机，通过调节各参数，可正确测量有效值、相位差和有功功率。

并具有良好的可操作性和可维护性。

2功率测试器原理

将采集到的电压和电流信号采样，再通过计算有效值、视在功率等计算出的有功功率值，并显示出波形。

信号可以有两种方式获取，方式0是用虚拟的信号发生器产生标准的信号，方式1是通过采集板获取外界信号。

采用方式1时，外界信号通过采集板传到电脑会有一定的失真或误差，这时候调整到方式0可以用同样幅值和频率的信号来与之对比。

2.1组成功率测试器的五部分

1.信号发生器

2.数据采集器

3.相位分析器

4.能量测试器

5.选择器

2.2流程图

图1功率测试器总流程图

3功率测试器的设计

3.1功率测试器设计总方案

如图1，总体方案是将采集到的电压和电流信号采样，再通过计算有效值、视在功率等计算出有功功率，并显示出波形。

信号可以有两种方式获取，方式0是用虚拟的信号发生器产生标准的信号，方式1是通过采集板获取外界信号。

采用方式1时，外界信号通过采集板传到电脑会有一定的失真或误差，这时候调整到方式0可以用同样幅值和频率的信号来与之对比。

总程序由几个子程序构成，分别是：

相位分析部分、功率分析部分和选择部分。

其中选择部分包括信号发生部分、数据采集（DAQ）部分。

图2功率测试器总前面板

图3功率测试器总后面板

3.2各功能模块详细设计

（1）信号发生模块

通过设定参数发生器产生一个正弦波，可以同时调节它的幅值，频率。

要产生同频率的一个正弦电压信号和一个正弦电流信号，可使用sinewave.vi节点来产生正弦波，尤其注意器输入频率=信号频率/采样频率。

前面板见图4。

其后面板设计见图5。

图4信号发生模块前面板

图5信号发生模块后面板

（2）数据采集模块

这部分用来采集信号发生器产生的电压、电流信号。

采集信号后在上进行显示，显示出其信号波形以及瞬时值。

图6数据采集模块前面板

图7数据采集模块后面板

（3）相位分析模块

DAQ数据采集通道的数据输入,使用FFT函数即FFTSpectrum（Mag-Phase）.vi进行傅里叶变换,将信号由时域变换到频域,得到该信号的幅度谱和相位谱。

通过对FFTSpectrum（Mag-Phase）函数的view参数设置,使输出的信号的相位单位为度。

从输出的簇中。

提取数组,对数组进行运算,得到两同频率信号的相位差。

图8相位分析模块前面板

图9相位分析模块后面板

（4）能量测试机模块

这部分涉及较多的计算，如电压、电流的有效值，瞬时功率、有功功率等。

我们知道电压和电流的有效值分别为：

，

这可以用CycleAverageandRms.vi检测出电压和电流周期波形的均方根，即电压和电流的有效值，分别记为U和I。

根据在单相交流电中，视在功率S=电压有效值U*电流有效值I，求出视在功率。

而总功率=视在功率×功率因数。

前面板图见图10，后面板见图11。

图10能量测试机模块前面板

图11功率测试器模块后面板

（5）选择模块

据课题要求，需要分别产生一次模拟的电压和电流信号和使用数据采集卡采集一次电压电流信号，故使用了选择结构来选择是使用何种方式来产生需要进行功率测试的信号。

图12为该部分的前面板，“0，Default”为产生模拟信号，使用了信号产生部分作为子程序，而“1”为使用DAQ采集信号，使用了DAQ部分作为子程序。

图13为该部分的后面板。

图12选择模块前面板

图13选择模块后面板（0方式与1方式）

4结果及性能分析

4.1运行结果

（1）模拟信号输入

选择方式0时，通过虚拟的函数信号发生器产生信号直接读入虚拟仪器。

这样就能得到非常精确的功率数据和图形。

图14模拟信号输入的功率波形及数据

（2）采集信号输入

选择方式1时，外接函数信号发生器将信号输入到信号采集卡中，再从数据采集卡将信号读入虚拟仪器。

由于是从外接入信号，所以有一定的误差，函数信号就不是非常精确，所以最后的功率图也是有误差的。

图15采集信号输入的功率波形及数据

4.2性能分析

当输入信号为模拟信号时，将采样点数，采样频率以及信号频率的数值输入，再将电流及电压的幅值与初始相位输入后运行程序，即可得出功率因数，相位差，有功功率及电流和电压有效值。

并可得到采样电流、采样电压、瞬时功率的波形图。

当输入信号为采集信号时，将采样点数，采样频率以及信号频率的数值输入，再将电流及电压的幅值与初始相位输入后运行程序，即可得出功率因数，相位差，有功功率及电流和电压有效值。

并可得到采样电流、采样电压、瞬时功率的波形图。

参考文献

[1]王福明，于丽霞，刘吉，等.LabVIEW程序设计与虚拟仪器.西安：

西安电子科技大学出版社，2009

[2]秦　丰,狄瑞坤,欧阳珍.基于图形化编程语言LabVIEW的虚拟仪器开发.《机床与液压》2004.No.18

[3]张爱平.LabVIEW入门与虚拟仪器.北京：

电子工业出版社，2004

[4]张凯.LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发.北京：

国防工业出版社，2004

[5]NationalInstrument.UserGuideandSpecifications/USB-6008/6009.

[6]汪敏生，等.LabVIEW基础教程.北京：

电子工业出版社，2007