基于虛擬儀器的對稱三相交流功率測量

1、北京石油化工學(xué)院 BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 電磁測量技術(shù)基于虛擬儀器的對稱三相交流功率測量Power of symmetrical three phase testing system base on LabView1.功率測量功率測量用于測量電氣設(shè)備的功率，廣泛應(yīng)用于家用電器，照明設(shè)備，研究開發(fā)等領(lǐng)域。在此我采用LabView模擬對稱三相交流功率的測量。1.1功率測量基本原理對于對稱三相交流功率我們應(yīng)該認(rèn)知到其有三角形與星形兩種聯(lián)結(jié)方式。其中三角形聯(lián)結(jié)線電壓與相電壓一致，線電流等于相電流的倍；而星形聯(lián)結(jié)線電壓為相電壓的倍，線電

2、流與相電流一致。在計算其線電流（電壓）時需使用相電流（電壓）計算。對于功率的測量，我們應(yīng)該同時測量出視在功率，有功功率（平均功率）與無功功率。其中A有功功率：功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率；B無功功率：在具有電感（或電容）的電路里，電感（或電容）在半周期的時間里把電源的能量變成磁場（或電場）的能量貯存起來，在另外半周期的時間里又把貯存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進(jìn)行能量交換，并沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率。C視在功率：在具有電阻和電抗的電路內(nèi)，電壓與電流的乘積叫視在功率。當(dāng)然對于對稱三相交流功率的計算中，

3、我們還需乘上一系數(shù)（若用線電壓電流計算系數(shù)為，若用相電壓電流計算系數(shù)為3）。因此有功功率、無功功率、視在功率表達(dá)式如下：有功功率無功功率視在功率1.2測量流程圖三相信號輸出電阻抗/功率因數(shù)角計算視在功率/有功功率/無功功率計算輸出電流輸出星形/三角形判斷電壓輸出1.3功率的測量對于三種功率的測量，最主要的就是測量出電壓、電流與功率因數(shù)角。只要測量出三者就可以得到我們所需要的功率大小。對于電壓我們可以認(rèn)為輸出的模擬正弦波形即為電壓信號，因此只需讀取出電壓的有效值即可得知模擬信號線電壓。同時根據(jù)聯(lián)結(jié)方式不同得出相電壓。如圖1所示。圖1線/相電壓輸出模塊對于功率因數(shù)角計算，我們可知功率因數(shù)角只受負(fù)載

4、影響，其值應(yīng)為阻抗角數(shù)值。因此我們需要計算的就是阻抗角的大小，在LabView中我們可以通過Z變換輸入實(shí)部（利用數(shù)字控制器模擬電阻R）與虛部（利用數(shù)字控制器模擬電容電感并加入C=0輸出為0、C大于0輸出倒數(shù)的CASE判斷），然后再通過Z反變換輸出的形式分別輸出電阻抗Z與功率因數(shù)角。如圖2所示。圖2電阻抗與功率因數(shù)角計算模塊對于值我們可以通過其與頻率的關(guān)系可以計算出值。而利用系統(tǒng)中Z反變換所得出的角為弧度角，所以通過弧度與角度的關(guān)系°，可得出角度。對于電流我們可以通過得出。因此如圖3利用相電壓除以Z可以計算出相電流，再根據(jù)聯(lián)結(jié)方式得出線電流。圖3線/相電流輸出模塊最后通過公式計算出功率

5、值。如圖4、圖5、圖6、圖7所示圖4功率計算模塊圖5視在功率計算公式圖6有功功率計算公式圖7無功功率計算公式2.三相交流信號三相交流信號由三條相互間相位差為120°的正弦波形構(gòu)成如圖8圖8三相交流信號因此可以通過三個信號發(fā)生器分別模擬A、B、C三相，并使之相互間相位差為120°。同時我們還可通過三個數(shù)字控制器控制其頻率、幅值以及初相位。最后利用控件將三相輸出整合在一起，如圖9，即可得到如圖8的三相交流輸出。圖9三相函數(shù)發(fā)生器3.CASE判斷語句3.1星形三角形聯(lián)結(jié)判斷通過CASE判斷，利用開關(guān)作為0/1判斷條件，實(shí)現(xiàn)星形與三角形聯(lián)結(jié)的轉(zhuǎn)換，True為星形聯(lián)結(jié)，F(xiàn)alse為三

6、角形聯(lián)結(jié)如圖10、圖11。圖10電壓/星形三角形轉(zhuǎn)換判斷圖11電流星形/三角形轉(zhuǎn)換判斷3.2電容C判斷我們可知若0作為分母是沒有意義的，所以為了保證在電容輸入為0時系統(tǒng)依然可以工作我們可以加入一個判斷語句，以C0作為判定條件，當(dāng)True時輸出倒數(shù)，而當(dāng)False時輸出0。我們將判定放在后，如圖12所示。圖12電容C判斷4.面板設(shè)置4.1設(shè)計面板設(shè)計面板設(shè)置如圖16所示，除了上述所說的，還包含了一個循環(huán)語句While Loop以保證在模擬中，示波器中圖形可動，同時我們還需將函數(shù)發(fā)生器中Number of samples中的Automatic不選，并設(shè)置一個大于100的數(shù)字。如圖13所示。圖13函數(shù)發(fā)生器設(shè)置同時在While Loop語句中采用反邏輯并加入開關(guān)和指示燈，以控制圖像輸出動作。4.2前面板前面板設(shè)置如圖14圖15所示，可以控制頻率、幅值、初相位、電阻、電容、電感、電容、圖像重置、開關(guān)以及星形/三角形轉(zhuǎn)換?？梢暂敵鼍€/相電壓、線/相電流、功率因數(shù)、功率因數(shù)角、視在功率、有功功率、無功功率、電壓波形、電流波形、線/相電壓（電流）比較波形等數(shù)據(jù)。5.結(jié)論利用虛擬儀器進(jìn)行功率測量，具有方便靈活等特點(diǎn)，對于一般的對稱三相交流功率測量具備很高的價值。同時此軟件還可以測量線/相電壓、線/相電流與功率因數(shù)（角）。具備很高使用價值，若做成