基于LabVIEW的諧波分析儀淺談

張東虞　胡春玲

摘 要：虛擬儀器是一種建立在當(dāng)今世界先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。而由于各種原因，本設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD，數(shù)據(jù)采集卡的工作方式、通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。而由于各種原因，本次設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD提供了一個(gè)可靠而有效的途徑。利用諧波分析子模塊對(duì)畸變信號(hào)進(jìn)行分析，較直觀地得出基波和諧波情況。

關(guān)鍵詞：FFT；虛擬儀器；諧波分析儀

中圖分類號(hào)：TM935 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）12-0073-02

諧波一詞起源于聲學(xué)國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義為諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，數(shù)據(jù)采集卡的工作方式、通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。而由于各種原因，本次設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD，諧波頻率與基波頻率的比值稱為諧波次數(shù)。

如今，在全球工業(yè)高速發(fā)展的的大環(huán)境下，污染也日益嚴(yán)重，對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也面臨著前所未有的威脅，公用電網(wǎng)中的諧波電壓和電流對(duì)電網(wǎng)的污染最為嚴(yán)重。人們也逐漸認(rèn)識(shí)到了諧波對(duì)電網(wǎng)危害的嚴(yán)重性，如何控制諧波電壓和諧波電流將成為電力系統(tǒng)分析的課題之一。

1 諧波分析系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文研究的重點(diǎn)在于利用LabVIEW平臺(tái)開發(fā)基于LabVIEW的諧波分析系統(tǒng)。主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件編程兩部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 硬件部分

在硬件設(shè)計(jì)中，如何提高安全性和抗干擾能力是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在數(shù)據(jù)采集卡前端設(shè)計(jì)了通過(guò)隔離模塊完成接地任務(wù)，并在輸入、輸出回路中采用放大電路加靜電和電磁屏蔽的方式，杜絕與電源形成直接耦合關(guān)系，從而達(dá)到對(duì)安全性能和抗干擾性能的要求。

在隔離放大電路采用Analog Devices生產(chǎn)的AD202隔離放大器，數(shù)據(jù)采集卡的工作方式、通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。而由于各種原因，本次設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD。

抗混疊低通濾波器采用MAX275專用芯片，其作用是濾掉周期信號(hào)中50次諧波（2.5 kHz）以上的高頻成份，數(shù)據(jù)采集卡的工作方式、通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。而由于各種原因，本次設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD。

在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集卡的工作方式、通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。

而由于各種原因，本次設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD，還有更多的實(shí)際問(wèn)題要解決。

本次設(shè)計(jì)選用的數(shù)據(jù)采集卡是NI USB6251。

NI USB-6251是USBM系列的多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有SCC信號(hào)調(diào)理功能的Mass終端版，用于傳感器和高電壓測(cè)量，主要性能如下：

①與LabVIEW、LabWindows/CVI和用于Visual Studio.NET的Measurement studio兼容。

②隨附NI-DAQmx、VI Logger Lite數(shù)據(jù)記錄軟件和其他測(cè)量服務(wù)。

③16路模擬輸入（16位）；1.25 s/s單通道采樣率（共計(jì)1 MS/s）。

④2路模擬輸出（16位，2.8 MS/s）；24條數(shù)字I/O（8條時(shí)鐘線）；32位計(jì)數(shù)器。

⑤用于自動(dòng)探測(cè)和配置的即插即用USB；內(nèi)置信號(hào)連接。

1.2 軟件部分

虛擬儀器的關(guān)鍵是：“軟件就是儀器”，就是因?yàn)樗牟ㄐ畏治鎏幚砟K和顯示模塊完全由軟件代替硬件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各項(xiàng)功能。

對(duì)于本測(cè)試系統(tǒng)，軟件是核心，只要硬件部分將檢測(cè)到的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其余的任務(wù)如通道設(shè)置、波形分析處理、顯示等完全交給軟件來(lái)處理。

本文設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的諧波分析系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集，波形顯示，數(shù)據(jù)處理與分析。

數(shù)據(jù)采集模塊主要是通過(guò)NI數(shù)據(jù)采集卡，將信號(hào)發(fā)生器中所產(chǎn)生的采集后送入計(jì)算機(jī)，最后在所設(shè)計(jì)好的諧波分析界面中顯示其波形。主要包括數(shù)據(jù)采集卡的工作方式、通道數(shù)、采樣頻率等的設(shè)置。

而由于各種原因，本次設(shè)計(jì)將利用波形發(fā)生函數(shù)模擬實(shí)際電流電壓，并進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波失真分析，并對(duì)比了在加窗函數(shù)前后THD；對(duì)模擬采樣信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，以便在諧波分析界面對(duì)諧波成分有個(gè)直觀的了解。

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)頻譜測(cè)量圖進(jìn)行分析比較，基本參數(shù)設(shè)置可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量的精確性很高。加窗函數(shù)前后THD對(duì)比，由仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，加窗后的THD明顯小于加窗前。

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