綜合課程設(shè)計(jì)--基于 labview 的諧波分析儀

1、<p>　　綜 合 課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 _</p><p>　　班 級： 應(yīng)電1012 ____</p><p>　　學(xué)生姓名：____________________ </p><p>　　指導(dǎo)教師：____________________<

2、;/p><p><b>　　2015年3月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　基于 LabVIEW 的諧波分析儀1</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的1</b></p><p>　　1.2虛擬儀器的概述

3、1</p><p><b>　　1.3諧波概述1</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案2</b></p><p><b>　　1.1方框圖2</b></p><p><b>　　1.2功能說明3</b></p><p&

4、gt;　　1.2.1測試信號(hào)部分3</p><p>　　1.2.2諧波分析部分3</p><p>　　1.2.3諧波分析結(jié)果數(shù)值和圖形顯示部分3</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)與分析4</b></p><p>　　1.1測試信號(hào)部分4</p><p>　　1.1.1測試信號(hào)前面板

5、4</p><p>　　1.1.2測試信號(hào)程序框圖4</p><p>　　1.2諧波分析部分5</p><p>　　1.2.1諧波分析前面板5</p><p>　　1.2.2諧波分析程序框圖5</p><p>　　整機(jī)電路圖與仿真波形圖6</p><p>　　1.1整機(jī)電路圖6<

6、;/p><p>　　1.2仿真波形圖7</p><p>　　1.2.1“輸入信號(hào)”的波形及頻譜7</p><p>　　1.2.2“諧波”的波形及頻譜7</p><p><b>　　總結(jié)8</b></p><p>　　基于 LabVIEW 的諧波分析儀</p><p>&

7、lt;b>　　1.1設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　基于LabVEW 2014虛擬平臺(tái)，使用圖形語言編程，利用“諧波失真分析”函數(shù)節(jié)點(diǎn)，對輸入信號(hào)進(jìn)行諧波失真分析，將測量結(jié)果用圖形和數(shù)值格式顯示出來（顯示參數(shù)包括基波的頻率、直流電平和n次諧波的電平），最終完成一個(gè)高級諧波分析儀的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2虛擬儀器的概述</p><p>

8、;　　虛擬儀器(Virtual Instrument 簡稱VI)的概念是1986年由美國國家儀器公司（National Instrument NI）首先提出的。虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化模塊硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面來操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就像在操作自己定義自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)單個(gè)儀器一樣，從而完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。虛擬儀器的出現(xiàn)是測控領(lǐng)域的一次技術(shù)革命,它借助于計(jì)算機(jī)的軟硬件平臺(tái)，配以

9、特殊設(shè)計(jì)的硬件和專用軟件,形成既具有普通儀器的基本功能,又有自己特殊功能的新型儀器。用戶可以通過鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的輸入控件、設(shè)置各種工作參數(shù)、啟動(dòng)或停止設(shè)備,測量的結(jié)果可以直觀地在面板上顯示,測量數(shù)據(jù)可以方便地存儲(chǔ)與進(jìn)一步處理。虛擬儀器的應(yīng)用提出了“軟件即儀器”的概念,“軟件+采集卡=儀器”就是虛擬儀器的模型。虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展，它可以取代測量技術(shù)傳統(tǒng)領(lǐng)域的各類儀器，虛擬儀器相比于傳統(tǒng)儀器具有諸多優(yōu)勢，而這些優(yōu)勢使得虛

10、擬儀器技術(shù)非常適用于電網(wǎng)諧波測量方面的應(yīng)用。LabVIEW是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境,LabVIEW</p><p><b>　　1.3諧波概述</b></p><p>　　在電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。所以對輸入周期性非正弦電量進(jìn)行傅里葉

11、分解，除了得到與供電基波頻率相同的分量，還得到一系列大于供電基波頻率的分量，后者電量即稱為諧波，諧波頻率與基波頻率的比值（n=/）稱為諧波次數(shù)。諧波是一種干擾量，使電網(wǎng)受到污染，所以我們要盡可能的準(zhǔn)確分析出諧波并對其進(jìn)行處理，以減少諧波帶來的干擾。近年來隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，對地球的污染和破壞空前加劇，電力系統(tǒng)也面臨著污染。公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流就是對電網(wǎng)環(huán)境最嚴(yán)重的一種污染，這種污染已成為影響電能質(zhì)量的公害。理想的公用

12、電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值，諧波電壓和諧波電流的出現(xiàn)對于公用電網(wǎng)是一種污染，對用電設(shè)備周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　1.1方框圖</b></p><p>　　諧波分析儀的硬件結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面：電壓

13、傳感器(pt)、電流傳感器（ct）、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）與電子計(jì)算機(jī)，其框圖構(gòu)成如圖1所示：</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用測試信號(hào)子VI代替硬件部分，最終按照以圖2進(jìn)行諧波分析儀的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.2功能說明</b></p>&l

14、t;p>　　本諧波分析儀的設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)部分，即測試部分生產(chǎn)信號(hào)、諧波分析部分、諧波分析結(jié)果數(shù)值和圖形顯示部分。</p><p>　　1.2.1測試信號(hào)部分</p><p>　　測試信號(hào)子VI用來產(chǎn)生一個(gè)將用于諧波分析的合成信號(hào)，他由以下4個(gè)信號(hào)組成。</p><p>　　（1）一個(gè)添加了直流電平的正弦信號(hào)。正弦信號(hào)的相位是由隨機(jī)數(shù)生成的，此信號(hào)用作測量的基

15、本信號(hào)，其頻率和周期都可調(diào)。</p><p>　?。?）一個(gè)添加了直流電平的正弦信號(hào)乘以交叉電平后的信號(hào)。</p><p>　?。?）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差可調(diào)的高斯白噪聲。</p><p>　　（4）一個(gè)作為second tone的正弦信號(hào)。這個(gè)正弦信號(hào)的相位也是由隨機(jī)數(shù)生成的，其幅值是0.001，頻率為60Hz。此信號(hào)可以在運(yùn)行過程中確定是否加載。</p>

16、<p>　　1.2.2諧波分析部分</p><p>　　此部分主要由“諧波失真分析”函數(shù)構(gòu)成，該函數(shù)用于對輸入信號(hào)進(jìn)行包括基頻和諧頻測量的全諧波分析，并返回基波頻率和所有諧波的幅值，以及總諧波失真（THD）。此函數(shù)有2個(gè)多態(tài)實(shí)例（單通道和多通道），采樣哪一種實(shí)例取決于輸入信號(hào)類型。</p><p>　　1.2.3諧波分析結(jié)果數(shù)值和圖形顯示部分</p><p&g

17、t;<b>　　電路設(shè)計(jì)與分析</b></p><p><b>　　1.1測試信號(hào)部分</b></p><p>　　1.1.1測試信號(hào)前面板</p><p>　　1.1.2測試信號(hào)程序框圖</p><p><b>　　1.2諧波分析部分</b></p><p

18、>　　1.2.1諧波分析前面板</p><p>　　1.2.2諧波分析程序框圖</p><p>　　整機(jī)電路圖與仿真波形圖</p><p><b>　　1.1整機(jī)電路圖</b></p><p><b>　　程序框圖</b></p><p><b>　　前面板&

19、lt;/b></p><p><b>　　1.2仿真波形圖</b></p><p>　　1.2.1“輸入信號(hào)”的波形及頻譜</p><p>　　1.2.2“諧波”的波形及頻譜</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　兩個(gè)周的課程設(shè)計(jì)很快過去了。有些

20、同學(xué)選擇了做老師給的課程設(shè)計(jì)題目，而更多的同學(xué)選擇了做自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)代替課程設(shè)計(jì)作為成績，而我也是其中之一。我的畢設(shè)題目是劉芬老師給的，雖然不是太難，但也是有一定挑戰(zhàn)性的。因?yàn)槲覀円郧岸紱]有學(xué)習(xí)過LabVIEW，所以我必須從頭學(xué)起。好在這個(gè)軟件本身學(xué)起來并不是很難，經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)與練習(xí)后，我已經(jīng)掌握了這個(gè)軟件的基本用法，但是離做出畢設(shè)還是有一定差距的。因?yàn)楫呍O(shè)使用的是自制的數(shù)據(jù)采集卡，這在兩周的時(shí)間內(nèi)是無法實(shí)現(xiàn)的，所以我采用了軟件模

21、擬的測試信號(hào)，采樣其自帶的諧波分析函數(shù)基本實(shí)現(xiàn)了諧波分析功能，但還需進(jìn)一步完善。 </p><p>　　LabVIEW是一種功能強(qiáng)大且易學(xué)易用的測試編程軟件，利用其諧波分析子模塊對畸變信號(hào)進(jìn)行分析,可以較直觀地得出基波和諧波的數(shù)值和圖形情況。用虛擬儀器開發(fā)的諧波分析儀與傳統(tǒng)的測量儀器相比，在開發(fā)周期、智能化程度、性能價(jià)格比、可靠性、可操作性、可維護(hù)性等方面具有明顯的優(yōu)勢，可以省去購買硬件的費(fèi)用，給系統(tǒng)集成和