cm5系列智能型脱扣器谐波分析功能测试系统设计
CM5系列塑料外壳式断路器为了避免电网的高次谐波使断路器误动作，具有线路电流谐波测量分析功能；能测量供电线路的基波电流，总畸变率THD、thd，2－31次各次谐波电流含有率等，测量值均要求达到一定的精度要求。CM5系列塑料外壳式断路器的核心控制部分采用具有精确选择性保护和多功能的CM5系列智能型脱扣器，根据产品企业标准及其它相关要求，CM5系列智能型脱扣器需进行出厂检验合格后方能出厂，在出厂检验时必须对产品的谐波分析功能进行测试比对其测量值是否达到精度要求。论文首先对本课题的研究目的、研究意义与国内外对于虚拟仪器的研究现状进行介绍，然后对虚拟仪器的结构、软硬件与编程语言进行了简单的描述，并对基于虚拟仪器技术软件开发平台设计的数据采集系统进行了详细的介绍。在系统对CM5产品的谐波分析功能进行检测对比时，需用0～5V的正弦电压信号来模拟实际电网电流，针对此要求设计了高次电流谐波信号源来产生三相电压信号输入到CM5智能型脱扣器中进行谐波测量分析。检测系统通过上位工业计算机使用硬件设备将PCI-6289数据采集卡与CM5系列智能型脱扣器连接并通过Modbus通信协议读出CM5系列智能型脱扣器测量分析结果，系统会对CM5系列智能型脱扣器的各项谐波测量分析判断其是否符合标准，从而实现对CM5系列智能型脱扣器谐波分析功能的检测，满足了该产品的出厂检测要求。
目录
1.绪论 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2课题的国内外现状 2
1.3课题的主要内容 3
2.LabVIEW与虚拟仪器简介 5
2.1虚拟仪器技术简介 5
2.1.1虚拟仪器的构成 5
2.1.2虚拟仪器的硬件 5
2.1.3虚拟仪器的软件 6
2.2虚拟仪器开发软件 7
2.2.1虚拟仪器的开发语言 7
2.2.2虚拟仪器开发平台 7
2.3基于LabVIEW平台的数据采集系统设计 9
2.3.1模拟I/O的采集 9
2.3.2数字I/O的采集 14
3.系统总体方案设计与硬件配置 16
3.1系统总体设计方案 16
3.2系统硬件配置 16
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3.2.1数据采集卡选型 16
3.2.2数据采集卡引脚说明 19
3.2.3采集卡通道分配表 20
4.测试系统软件设计与功能实现 21
4.1测试系统软件总体设计框图 22
4.1.1 测试系统设计整体框图 22
4.1.2 测试系统前面板设计 22
4.1.3 测试系统的步骤 23
4.2谐波测量系统分析 25
4.3 高次谐波电流信号的构造 26
4.4测试系统的实现 29
4.4.1 各相电流基波检测 29
4.4.2 各相电流总谐波畸变率检测 31
4.4.3 各相电流2次谐波31次谐波含有率检测 32
4.5系统谐波功能检测记录 34
4.5.1 检测记录程序框图 34
5.结论与展望 37
5.1 结论 37
5.2 展望 37
参考文献 39
致谢 41
1.绪论
1.1课题研究背景与意义
断路器（Circuitbreaker）是指能在线路正常电流的情况下开断回路，也能在出现异常电流（包括短路电流）的情况下，断开电路的设备元件。当今对于对于产品电子技术的研究越来越深入，许多低压控制电器都实现了智能化，智能化的设备也更加的安全可靠，功能更加齐全，CM5智能断路器能够为电路回路提供长多种类型的保护，而且CM5系列断路器品种繁多，功能齐全，热记忆、预警、负载监控、故障智能查询等功用。
常熟开关制造有限公司制造的一种新型的高性能CM5塑壳脱扣器，拥有大电流分断能力强、限流系数高、品种系列全面等优点。CM5系列塑壳式断路器为避免因为电网电流的高次谐波而造成断路器的误动作，为此设计了一项线路电流谐波的测量分析系统，不仅能对线路中基波电流以及总畸变率THD、thd、2－31次各次谐波电流含有率进行测量，而且测量值都达到了一定的精确度要求。CM5系列塑料外壳式断路器选择了具有精确的选择性保护和多功能的智能型脱扣器作为产品的核心控制部分，根据产品的相关规定，CM5系列智能型脱扣器需进行出厂检测合格后方能投入市场，因此在出厂前必须对产品进行检测其是否达到规定的精确度的要求，固委托电气与自动化工程学院相关专业教师研制了一套CM5系列智能型脱扣器谐波分析功能检测系统来检测产品是否合格。
虚拟仪器是通过电脑进行数据分析及显示的仪器。虚拟仪器有许多传统仪器无法代替的优势：与传统仪器相比，虚拟仪器操作更加简单方便，没有类似传统仪器的硬件设施操作，而且虚拟仪器不存在传统仪器所避免不了的在硬件上出现的误差，测量精度比传统仪器高，测试稳定性都高。随着个人电脑和仪器的发展是当前科学仪器的一个重要的发展方向，因为计算机强大的计算能力，所以你只需要数字仪器用户就可以自行构建任何他们自己所需要的功能软件，节省开发时间和成本。
随着当今计算机技术的高速发展，以通用化、网络化、智能化等为主要发展路线的虚拟仪器得到了非常迅猛的发展，隐隐有着取代传统仪器的趋势。伴随着虚拟仪器作为新的教学手段，已经慢慢出现在现代高等教育的电子技术的实验室和课堂里，今后虚拟仪器在测量、声学、故障检测、机械建筑、航空航天、公共交通、生物医疗及科研等方面的应用肯定也会更加的成熟。
1.2课题的国内外现状
国内外研究人员及工程师们对于智能型低压断路器的检测、谐波分析、虚拟仪器技术以及虚拟仪器技术的应用测量方面进行了多方面的研究，部分研究成果如下：
谢启等在《基于LabVIEW的电子线路板测试系统的实现》中通过使用PC机、采集卡等设备结合虚拟仪器软件设计的一套完整的、全自动的电机软启动器电子电路板检测系统。并且从硬件和软件两个方面对电动机软启动器电子线路板测试系统的实际应用情况以及其测试功能进行了详细的解释说明，现场应用情况表明该系统的检测达到了预期的效果，该系统具有测试精度高、抗干扰能力强、检测效率高、操作简单等优点[5]。
中忠如在《电气测量技术》书中提到了测量与测量系统必须具备的最基础的知识，而后又对电气、电路各种参数以及磁参数的测量进行重点的介绍，并给出了数字化、微机化的测量方法。这本书中还概述了测量仪器和虚拟仪器语言的未来发展方向，最后从实际情况出发介绍了经常出现在电力系统中常见干扰的来源以及一些相应的控制措施[10]。
谢启等在《基于LabVIEW的谐波测试分析系统的研制》中实现了对电动机软启动器输出端电压的谐波检测分析。在测试系统中, 使用高精度的传感器为电压模拟信号进行检测, 因此整个系统的硬件架构非常简单。应用 LabVIEW 可以更简单地编写不同的软件模块, 实现实时数据采集、分析、显示、存储和谐波信号的测量分析，该系统软件开发性高、维护简单,可操作性强 , 避免了传统测量仪器成本高、浪费资源、维护和运行成本高的不便[18]。
顾启民等在《一种高精度正弦信号源的设计》一文中使用了PCI6289数据采集卡通过3路模拟输入通道同时采集A、B、C三相电压信号进行分析。期望输出信号参数分别设置为： A、 B、 C均为5V的三相电压信号， 该信号的频率为60Hz； 通过同步采集计算，输出信号的实际参数：有效值是5.0001V、频率60.00Hz的A相电压信号，有效值是 5.0000V、频率60.01Hz的B 相电压信号，有效值是4.9999V、频率60.01Hz 的C相电压信号， 信号的精度完全符合要求. 本文中介绍的基于LabVIEW虚拟仪器软件平台的高精度正弦信号源， 实现了软件与硬件的结合， 不仅硬件配置简单， 而且还实现了的软件对于波形参数的一系列的控制。实际应用情况显示，此三相正弦信号源有很多的优点：精度高， 系统性能稳定可靠， 抗干扰能力强， 重复利用效果好[16]。
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1.绪论 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2课题的国内外现状 2
1.3课题的主要内容 3
2.LabVIEW与虚拟仪器简介 5
2.1虚拟仪器技术简介 5
2.1.1虚拟仪器的构成 5
2.1.2虚拟仪器的硬件 5
2.1.3虚拟仪器的软件 6
2.2虚拟仪器开发软件 7
2.2.1虚拟仪器的开发语言 7
2.2.2虚拟仪器开发平台 7
2.3基于LabVIEW平台的数据采集系统设计 9
2.3.1模拟I/O的采集 9
2.3.2数字I/O的采集 14
3.系统总体方案设计与硬件配置 16
3.1系统总体设计方案 16
3.2系统硬件配置 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2.1数据采集卡选型 16
3.2.2数据采集卡引脚说明 19
3.2.3采集卡通道分配表 20
4.测试系统软件设计与功能实现 21
4.1测试系统软件总体设计框图 22
4.1.1 测试系统设计整体框图 22
4.1.2 测试系统前面板设计 22
4.1.3 测试系统的步骤 23
4.2谐波测量系统分析 25
4.3 高次谐波电流信号的构造 26
4.4测试系统的实现 29
4.4.1 各相电流基波检测 29
4.4.2 各相电流总谐波畸变率检测 31
4.4.3 各相电流2次谐波31次谐波含有率检测 32
4.5系统谐波功能检测记录 34
4.5.1 检测记录程序框图 34
5.结论与展望 37
5.1 结论 37
5.2 展望 37
参考文献 39
致谢 41
1.绪论
1.1课题研究背景与意义
断路器（Circuitbreaker）是指能在线路正常电流的情况下开断回路，也能在出现异常电流（包括短路电流）的情况下，断开电路的设备元件。当今对于对于产品电子技术的研究越来越深入，许多低压控制电器都实现了智能化，智能化的设备也更加的安全可靠，功能更加齐全，CM5智能断路器能够为电路回路提供长多种类型的保护，而且CM5系列断路器品种繁多，功能齐全，热记忆、预警、负载监控、故障智能查询等功用。
常熟开关制造有限公司制造的一种新型的高性能CM5塑壳脱扣器，拥有大电流分断能力强、限流系数高、品种系列全面等优点。CM5系列塑壳式断路器为避免因为电网电流的高次谐波而造成断路器的误动作，为此设计了一项线路电流谐波的测量分析系统，不仅能对线路中基波电流以及总畸变率THD、thd、2－31次各次谐波电流含有率进行测量，而且测量值都达到了一定的精确度要求。CM5系列塑料外壳式断路器选择了具有精确的选择性保护和多功能的智能型脱扣器作为产品的核心控制部分，根据产品的相关规定，CM5系列智能型脱扣器需进行出厂检测合格后方能投入市场，因此在出厂前必须对产品进行检测其是否达到规定的精确度的要求，固委托电气与自动化工程学院相关专业教师研制了一套CM5系列智能型脱扣器谐波分析功能检测系统来检测产品是否合格。
虚拟仪器是通过电脑进行数据分析及显示的仪器。虚拟仪器有许多传统仪器无法代替的优势：与传统仪器相比，虚拟仪器操作更加简单方便，没有类似传统仪器的硬件设施操作，而且虚拟仪器不存在传统仪器所避免不了的在硬件上出现的误差，测量精度比传统仪器高，测试稳定性都高。随着个人电脑和仪器的发展是当前科学仪器的一个重要的发展方向，因为计算机强大的计算能力，所以你只需要数字仪器用户就可以自行构建任何他们自己所需要的功能软件，节省开发时间和成本。
随着当今计算机技术的高速发展，以通用化、网络化、智能化等为主要发展路线的虚拟仪器得到了非常迅猛的发展，隐隐有着取代传统仪器的趋势。伴随着虚拟仪器作为新的教学手段，已经慢慢出现在现代高等教育的电子技术的实验室和课堂里，今后虚拟仪器在测量、声学、故障检测、机械建筑、航空航天、公共交通、生物医疗及科研等方面的应用肯定也会更加的成熟。
1.2课题的国内外现状
国内外研究人员及工程师们对于智能型低压断路器的检测、谐波分析、虚拟仪器技术以及虚拟仪器技术的应用测量方面进行了多方面的研究，部分研究成果如下：
谢启等在《基于LabVIEW的电子线路板测试系统的实现》中通过使用PC机、采集卡等设备结合虚拟仪器软件设计的一套完整的、全自动的电机软启动器电子电路板检测系统。并且从硬件和软件两个方面对电动机软启动器电子线路板测试系统的实际应用情况以及其测试功能进行了详细的解释说明，现场应用情况表明该系统的检测达到了预期的效果，该系统具有测试精度高、抗干扰能力强、检测效率高、操作简单等优点[5]。
中忠如在《电气测量技术》书中提到了测量与测量系统必须具备的最基础的知识，而后又对电气、电路各种参数以及磁参数的测量进行重点的介绍，并给出了数字化、微机化的测量方法。这本书中还概述了测量仪器和虚拟仪器语言的未来发展方向，最后从实际情况出发介绍了经常出现在电力系统中常见干扰的来源以及一些相应的控制措施[10]。
谢启等在《基于LabVIEW的谐波测试分析系统的研制》中实现了对电动机软启动器输出端电压的谐波检测分析。在测试系统中, 使用高精度的传感器为电压模拟信号进行检测, 因此整个系统的硬件架构非常简单。应用 LabVIEW 可以更简单地编写不同的软件模块, 实现实时数据采集、分析、显示、存储和谐波信号的测量分析，该系统软件开发性高、维护简单,可操作性强 , 避免了传统测量仪器成本高、浪费资源、维护和运行成本高的不便[18]。
顾启民等在《一种高精度正弦信号源的设计》一文中使用了PCI6289数据采集卡通过3路模拟输入通道同时采集A、B、C三相电压信号进行分析。期望输出信号参数分别设置为： A、 B、 C均为5V的三相电压信号， 该信号的频率为60Hz； 通过同步采集计算，输出信号的实际参数：有效值是5.0001V、频率60.00Hz的A相电压信号，有效值是 5.0000V、频率60.01Hz的B 相电压信号，有效值是4.9999V、频率60.01Hz 的C相电压信号， 信号的精度完全符合要求. 本文中介绍的基于LabVIEW虚拟仪器软件平台的高精度正弦信号源， 实现了软件与硬件的结合， 不仅硬件配置简单， 而且还实现了的软件对于波形参数的一系列的控制。实际应用情况显示，此三相正弦信号源有很多的优点：精度高， 系统性能稳定可靠， 抗干扰能力强， 重复利用效果好[16]。
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