基于虚拟仪器的对称三相交流功率测量

基于虚拟仪器的对称三相交流功率测量Power of symmetrical three phase testing system base on LabView1.功率测量功率测量用于测量电气设备的功率，广泛应用于家用电器，照明设备，研究开发等领域。在此我采用LabView模拟对称三相交流功率的测量。1.1功率测量基本原理对于对称三相交流功率我们应该认知到其有三角形与星形两种联结方式。其中三角形联结线电压与相电压一致，线电流等于相电流的倍；而星形联结线电压为相电压的倍，线电流与相电流一致。在计算其线电流（电压）时需使用相电流（电压）计算。对于功率的测量，我们应该同时测量出视在功率，有功功率（平均功率）与无功功率。其中A有功功率：功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率；B无功功率：在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率。C视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫视在功率。当然对于对称三相交流功率的计算中，我们还需乘上一系数（若用线电压电流计算系数为，若用相电压电流计算系数为3）。因此有功功率、无功功率、视在功率表达式如下：有功功率无功功率视在功率1.2测量流程图三相信号输出电阻抗/功率因数角计算视在功率/有功功率/无功功率计算输出电流输出星形/三角形判断电压输出1.3功率的测量对于三种功率的测量，最主要的就是测量出电压、电流与功率因数角。只要测量出三者就可以得到我们所需要的功率大小。对于电压我们可以认为输出的模拟正弦波形即为电压信号，因此只需读取出电压的有效值即可得知模拟信号线电压。同时根据联结方式不同得出相电压。如图1所示。图1线/相电压输出模块对于功率因数角计算，我们可知功率因数角只受负载影响，其值应为阻抗角数值。因此我们需要计算的就是阻抗角的大小，在LabView中我们可以通过Z变换输入实部（利用数字控制器模拟电阻R）与虚部（利用数字控制器模拟电容电感并加入C=0输出为0、C大于0输出倒数的CASE判断），然后再通过Z反变换输出的形式分别输出电阻抗Z与功率因数角。如图2所示。图2电阻抗与功率因数角计算模块对于值我们可以通过其与频率的关系可以计算出值。而利用系统中Z反变换所得出的角为弧度角，所以通过弧度与角度的关系，可得出角度。对于电流我们可以通过得出。因此如图3利用相电压除以Z可以计算出相电流，再根据联结方式得出线电流。图3线/相电流输出模块最后通过公式计算出功率值。如图4、图5、图6、图7所示图4功率计算模块图5视在功率计算公式图6有功功率计算公式图7无功功率计算公式2.三相交流信号三相交流信号由三条相互间相位差为120的正弦波形构成如图8图8三相交流信号因此可以通过三个信号发生器分别模拟A、B、C三相，并使之相互间相位差为120。同时我们还可通过三个数字控制器控制其频率、幅值以及初相位。最后利用控件将三相输出整合在一起，如图9，即可得到如图8的三相交流输出。图9三相函数发生器3.CASE判断语句3.1星形三角形联结判断通过CASE判断，利用开关作为0/1判断条件，实现星形与三角形联结的转换，True为星形联结，False为三角形联结如图10、图11。图10电压/星形三角形转换判断图11电流星形/三角形转换判断3.2电容C判断我们可知若0作为分母是没有意义的，所以为了保证在电容输入为0时系统依然可以工作我们可以加入一个判断语句，以C0作为判定条件，当True时输出倒数，而当False时输出0。我们将判定放在后，如图12所示。图12电容C判断4.面板设置4.1设计面板设计面板设置如图16所示，除了上述所说的，还包含了一个循环语句While Loop以保证在模拟中，示波器中图形可动，同时我们还需将函数发生器中Number of samples中的Automatic不选，并设置一个大于100的数字。如图13所示。图13函数发生器设置同时在While Loop语句中采用反逻辑并加入开关和指示灯，以控制图像输出动作。4.2前面板前面板设置如图14图15所示，可以控制频率、幅值、初相位、电阻、电容、电感、电容、图像重置、开关以及星形/三角形转换。可以输出线/相电压、线/相电流、功率因数、功率因数角、视在功率、有功功率、无功功率、电压波形、电流波形、线/相电压（电流）比较波形等数据。5.结论利用虚拟仪器进行功率测量，具有方便灵活等特点，对于一般的对称三相交流功率测量具备很高的价值。同时此软件还可以测量线/相电压、线/相电流与功率因数（角）。具备很高使用价值，若做成子VI还可在其他程序中使用，具备很高的利用可能性。因此此程序还具备很高的拓展性，让用户自我选择其功能的拓展与实现，具有很高开发空间。图14前面板（星形联结）图15前面板（三角形联结）图16设计面板