综合课程设计--基于 LabVIEW 的谐波分析仪

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1、 综综 合合 课课 程程 设设 计计 学学 院：院： 电子工程学院电子工程学院 _ _ 班班 级：级： 应电应电 1012 _1012 _ 学生姓名：学生姓名：_ 指导教师：指导教师：_ 20152015 年年 3 3 月月 目 录 基于 LabVIEW 的谐波分析仪 1 1.1 设计目的 1 1.2 虚拟仪器的概述 1 1.3 谐波概述 1 设计方案 2 1.1 方框图 . 2 1.2 功能说明 . 3 1.2.1 测试信号部分 . 3 1.2.2 谐波分析部分 . 3 1.2.3 谐波分析结果数值和图形显示部分 . 3 电路设计与分析 . 4 1.1 测试信号部分 . 4 1.1.1 测试

2、信号前面板 . 4 1.1.2 测试信号程序框图 4 1.2 谐波分析部分 5 1.2.1 谐波分析前面板 . 5 1.2.2 谐波分析程序框图 5 整机电路图与仿真波形图 . 6 1.1 整机电路图 . 6 1.2 仿真波形图 . 7 1.2.1“输入信号”的波形及频谱 . 7 1.2.2“谐波”的波形及频谱 7 总结. 8 1 基于基于 LabVIEW LabVIEW 的谐波分析仪的谐波分析仪 1.11.1 设计目的设计目的 基于 LabVEW 2014 虚拟平台，使用图形语言编程，利用“谐波失真分析”函数节点，对输入 信号进行谐波失真分析，将测量结果用图形和数值格式显示出来（显示参数包括

3、基波的频率、直 流电平和 n 次谐波的电平） ，最终完成一个高级谐波分析仪的设计。 1.21.2 虚拟仪器的概述虚拟仪器的概述 虚拟仪器(Virtual Instrument 简称 VI)的概念是 1986 年由美国国家仪器公司（National Instrument NI）首先提出的。虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块硬件结合 起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义自己设计的一台单 个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。虚拟仪器的出现是 测控领域的一次技术革命,它借助于计算机的软硬件平台，配以特殊设计的硬件和专用软件,

4、形成 既具有普通仪器的基本功能,又有自己特殊功能的新型仪器。用户可以通过鼠标或键盘操作虚拟 仪器面板上的输入控件、设置各种工作参数、启动或停止设备,测量的结果可以直观地在面板上 显示,测量数据可以方便地存储与进一步处理。 虚拟仪器的应用提出了 “软件即仪器” 的概念, “软 件+采集卡=仪器”就是虚拟仪器的模型。虚拟仪器正在继续迅速发展，它可以取代测量技术传统 领域的各类仪器，虚拟仪器相比于传统仪器具有诸多优势，而这些优势使得虚拟仪器技术非常适 用于电网谐波测量方面的应用。LabVIEW 是目前应用最广、发展最快、功能最强的虚拟仪器开发 环境,LabVIEW 开发的程序由两部分组成:前面板和程

5、序框图。 LabVIEW 编写的程序称为 VI(虚拟仪 器),LabVIEW 中提供了许多子 VI 供编程者直接调用,特别是信号处理部分,有许多功能强大的子 VI,如常用的窗函数、快速傅里叶变换、功率谱、频率谱、小波变换等。利用 LabVIEW 模块化和 层次递归的编程方法,可以在很短的时间里设计、构建和修改自己的虚拟仪器系统。 1.31.3 谐波概述谐波概述 在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。 当电流流经负载时， 与所加的电 压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。所以对输入周期性非正弦电量进行 2 傅里叶分解，除了得到与供电基波频率相同的分量，还得到一系列大

6、于供电基波频率的分量，后 者电量即称为谐波，谐波频率与基波频率的比值（n= n f/ 1 f）称为谐波次数。谐波是一种干扰 量，使电网受到污染，所以我们要尽可能的准确分析出谐波并对其进行处理，以减少谐波带来的 干扰。近年来随着全球工业化进程的不断加快，对地球的污染和破坏空前加剧，电力系统也面临 着污染。公用电网中的谐波电压和谐波电流就是对电网环境最严重的一种污染，这种污染已成为 影响电能质量的公害。理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅 值，谐波电压和谐波电流的出现对于公用电网是一种污染，对用电设备周围的通信系统和公用电 网以外的设备带来危害。 设计方案设计方案 1.1 方框图方框图 谐波分析仪的硬件结构主要包括以下几个方面：电压传感器(pt)、电流传感器（ct）、信号 调理电路、数据采集卡（DAQ）与电子计算机，其框图构成如图