功率表的设计-测控技术与仪器课程设计.doc

电气工程学院课程设计功率表的设计学 生 姓 名 韩章强 学 号 2013411107 学 院 电气工程学院 指 导 老 师 雷继海 专 业 测控技术与仪器 答 辩 日 期 第 一 部 分任务及指导书 虚拟仪器技术课程设计课题：功率表的设计功率表是在科学研究和电力测量中广泛应用的一种通用仪器，本课题结合功率表的设计过程，了解使用基于图形化编程语言Lab VIEW进行虚拟仪器编程方法与实现技术。要求设计基于Lab VIEW的功率表，对正弦电压和正弦电流的峰峰值、视在功率、有功功率、无功功率和功率因数进行了测试和显示。具有良好的可操作性和可维护性。 要求产生的仿真电压、电流信号，它们的频率、幅值、相位都可以任意调节。通过调节各参数，可正确测量峰峰值、视在功率、有功功率、无功功率和功率因数。具体包括以下4个部分。（1）计算有功功率和无功功率（2）计算视在功率（3）准确测出峰峰值（4）计算功率因数一、设计目的（1）掌握Lab VIEW软件编程方法（2）掌握Lab VIEW硬件应用（3）培养综合应用所学知识来指导实践的能力二、设计所用仪器及器件（1）计算机（2）Lab VIEW软件（3）各种相关的资料三、实物内容及要求（1）设计成果一份（2）课程设计论文一份四、进程安排（1）根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出详细的原理图。（2）上机在Lab VIEW环境下按要求进行设计。（3）要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。（4）总结报告五、课程设计报告内容总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：（1）课程设计的目的和设计任务。（2）课程设计的要求及技术指标。（3）总结方案的正确并画出原理框图。（4）总原理图，工作原理、工作特性（结合框图和前面版讲解）。（5）调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。（6）实验结果分析，改进意见。（7）收获及体会。第 二 部 分课程设计报告摘要电力参数实时、准确的测量对于保证电网安全、经济地运行具有非常重要的意义,所以需要对相关的电力参数进行实时测量。论文基于功率表的设计,该装置能够模拟电力系统中的电压电流有效值、频率、功率因数、功率进行仿真测量。论文在研究电力参量测量原理的基础上,结合Lab VIEW软件、运算速度快、操作性强等特点，利用数学公式精确计算出所求的量。同时,设计了电压和电流的波形显示，更清晰直观的描绘采集的信息。通过虚拟功率表基本模拟电压和电流的仿真测试和分析,结果表明论文设计的虚拟功率表为指导在电力参数测量有良好的效果。Summary ： Power parameters in real time, accurate measurements for ensuring network security, economical operation has a very important significance, so the need for electrical parameters related to real-time measurement. Paper-based power meter design, the device can simulate power system voltage and current s, frequency, power factor, power simulation measurements. On the basis of Power parameter measuring principle, combined with the Lab VIEW software, computing speed, maneuverability and other characteristics, the use of mathematical formulas to calculate the exact amount requested. At the same time, the design of the voltage and current waveforms display, more clear and intuitive drawing information collected. Through simulation testing and analysis of virtual power table basic analog voltage and current results show that the paper design virtual power meter as a guide in the power parameter measurement with good results.目录一、课程设计的目的和任务- 6 -1 课程设计的目的- 6 -2 课程设计的任务- 6 -二、课程设计的技术指标- 6 -三、相关计算公式- 7 -1 视在功率=电压有效值*电流有效值- 7 -2 功率因数=相位差的余弦值- 7 -3 有功功率=视在功率*功率因数- 7 -4 无功功率=视在功率相位差的正弦值- 7 -四、设计总方案和总原理图- 7 -1 设计总方案- 7 -2 总程序和前面板- 7 -五、调试- 8 -六、调试中遇到的问题及解决方法- 9 -七、收获与体会- 9 -参考文献- 10 -一、课程设计的目的和任务1 课程设计的目的（1）掌握Lab VIEW软件编程方法。（2）掌握Lab VIEW硬件应用。（3）培养综合应用所学知识来指导实践的能力。2 课程设计的任务要求用两个仿真信号函数产生电压和电流，设计程序前面板，要求前面板能够同时显示电压波形以及电流波形，并能够通过计算，显示电压和电流峰峰值、视在功率、功率因数、有功功率以及无功功率数值。二、课程设计的技术指标1 显示电压波形以及电流波形2 计算有功功率和无功3 计算视在功率4 准确测出峰峰值5 计算功率因数三、相关计算公式1 视在功率=电压有效值*电流有效值2 功率因数=相位差的余弦值3 有功功率=视在功率*功率因数4 无功功率=视在功率相位差的正弦值四、设计总方案和总原理图1 设计总方案总体方案是将仿真信号产生的电压和电流信号，幅值和电平测量模块直接测得有效值和峰峰值。然后再根据公式运用减法、乘法、除法、三角函数等运算算的视在功率、功率因数、有功功率以及无功功率数值。2 总程序和前面板总程序有几个子程序构成，分别是数值输入部分、功率分析部分、波形，数值显示部分。如图4.2.1为程序框图，图4.2.2为总面板。图4.2.1程序框图图4.2.2总面板五、调试（1）信号发生器部分:这个部分在之前的虚拟仪器的试验中我们就做过了，所以十分的简单，我们花了很短的时间就把它做了出来。并且调试出了试验所需的波形。 （2）数据采集部分:这部分之前采用了实验册上的方法，采用双通道的采集。可同时采集两组数据，一组是电压信号，一组是电流信号。由于这个之前试验也是做过的，所以我们也是很顺利的就完成了这个部分。 （3）相位分析部分:这个部分我们一开始是没有头绪的，后来通过查阅资料，才知道可以通过FFT来实现相位差的计算，不过在画图的过程中我们遇到了很多的问题，比如有的模块找不到，还有就是有些模块即使找到了，但是它的功能不了解，所以连线的时候就不知道怎么连，后来通过大家的努力还是连成功了。 (4）功率分析部分:这个部分的话一开始我们通过看书，基本知道了这些数据如何得出，知道了它们的计算公式，然后再查找相应功能的模块，有效电压有效电流以及有功功率，都是比较容易得到的，这些知道之后很快我们就得出了结果。 （5)整个程序:完成了没一个过程最后形成了一个完整的程序，只等待最后的调试成功，这一次我们却遇到了问题，把每一个部分做成子VI后最后画成总图，但是由于我们没有将所有的输入量全部放在总图上，而是需要在每一个子VI中输入数据，这样做就不对了，最后在老师的指导下，我们成功的将所有的输入变量全部放在了总VI上。这样我们整个程序就顺利的完成了。六、调试中遇到的问题及解决方法调试是完成课题必不可少的部分，也是非常重要的部分。在一步步完成课题的过程中，每做完一个部分就要调试直到达到要求为止，最后再把各个部分合在一起综合起来调试，最终要做到符合要求。由于对DOQ的不熟悉，在通道的设置上首先出现了问题，比如不知道虚拟通道和实际通道怎么对应，不知道采集两路信号时需要将共地端接地。这些问题都解决了之后，我们发现采集到的信号经常会失真，几经实验发现是借口接触不良的问题，换了台机子之后就比较顺利了，之后遇到的问题就是采集到的信号偶尔会有些微失真，经过检查后发现一台发生器上按了加图的按钮，导致产生的信号就解决了。七、收获与体会课程设计持续很长时间，在这段期间我收获了很多，发现了自己的不足之处。下面就谈谈我的一些心得体会和还近的方法。 这次设计是基于Lab VIEW即虚拟仪器的，虚拟仪器在现实测试方面没起到其他方法无法比拟的作用。它是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。我们这次课程设计的任务是功率表的设计，由于时间有限，我所考虑的功率问题非常有局限性，一般来说功率的大小为电压和电流信号相乘然后在一个周期内积分在除以周期的大小。但是由于我们设计的是在单相交流点的基础上即频率恒为50HZ，所以这里的功率大小为电压的有效值乘以电流的有效值再乘以功率因数。如果以后还有类似的机会，我们一定会弥补遗憾，考虑各种各样的情况，力争做到完美。这次的课程设计让我受益匪浅。Lab VIEW这个图形话的编程语言的开发环境提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，较之其他的编程软件，既形象又便捷，使用起来非常顺手。在刚开始的时候我就发