基于LabVIEW的程控電流源系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于虛擬儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LabVIEW的程控電流源設(shè)計方法。特別涉及一種采用LabVIEW編程可在通用計算機上運行的，具有交互界面的程控電流源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大電流發(fā)生器是一種能向負載提供恒定電流的電器設(shè)備，為各行各業(yè)低壓電器的調(diào)試和檢測提供范圍可調(diào)的大電流，廣泛用于電器設(shè)備的各種保護特性的測試。
[0003]目前，在低壓電器測試領(lǐng)域，普遍采用單相交流電機驅(qū)動的調(diào)壓器與低電壓大電流變壓器來構(gòu)成大電流恒流源，如實用新型專利CN 105005344 A公開了一種大電流發(fā)生器，調(diào)壓器與低電壓大電流變壓器構(gòu)成大電流發(fā)生器的組合結(jié)構(gòu)，但是因調(diào)壓器存在慣性，使得電流調(diào)節(jié)慣性大，電流調(diào)節(jié)到設(shè)定值附近時容易引起振蕩，從而會影響檢測精度，另外該專利雖然在硬件上作了詳細的說明，但在具體是如何通過上位機軟件實現(xiàn)控制等方面沒有做出必要的說明。又如一些文獻提出了一種以單片機為控制核心的恒流源控制方案，因其缺乏直觀的電流調(diào)節(jié)界面與接口，致使與其他測試系統(tǒng)整合相對麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
1、本發(fā)明的目的。
[0005]本發(fā)明解決現(xiàn)有低壓電器檢測行業(yè)所必須的一款電流源，該電流源能夠同時滿足寬范圍、高精度且界面友好、易與測試系統(tǒng)整合等專用需求，而提出了一種基于LabVIEW的程控電流源系統(tǒng)。
[0006]2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
[0007]本發(fā)明的基于LabVIEW的程控電流源系統(tǒng)，包括調(diào)壓裝置、保護與轉(zhuǎn)換裝置、控制裝置:
調(diào)壓裝置包括粗調(diào)調(diào)壓器、微調(diào)調(diào)壓器、微調(diào)變壓器、多變比變壓器以及低電壓大電流變壓器:工頻電源通過接觸器與粗調(diào)調(diào)壓器的一端以及微調(diào)調(diào)壓器的一端連接，粗調(diào)調(diào)壓器的調(diào)節(jié)端通過微調(diào)變壓器與微調(diào)調(diào)壓器的調(diào)節(jié)端連接，微調(diào)變壓器次級線圈的另一端與多變比抽頭變壓器T1的一端連接，多變比抽頭變壓器T1的三個抽頭分別通過接觸器與低電壓大電流變壓器T2初級線圈的一端連接，低電壓大電流變壓器次級線圈的一端連接導(dǎo)線，導(dǎo)線穿過電流測量電路中的電流互感器，接入待測產(chǎn)品；微調(diào)調(diào)壓器的輸出電壓基準點在中點，當(dāng)微調(diào)調(diào)壓器碳刷位置在中性點偏上位置時，細調(diào)變壓器輸出電壓與粗調(diào)調(diào)壓器輸出電壓同相位，調(diào)壓器組總輸出電壓為兩者相加，反之則相減，即多變比抽頭變壓器T1初級兩端的電壓等于粗調(diào)調(diào)壓器TD兩端的電壓和細調(diào)調(diào)壓器TDW次級兩端的電壓的代數(shù)和；細調(diào)變壓器BTDW次級兩端的電壓是細調(diào)調(diào)壓器TDW兩端的電壓經(jīng)細調(diào)變壓器BTDW變換得到，即可以通過改變粗調(diào)調(diào)壓器和微調(diào)調(diào)壓器的值間接改變多變比抽頭變壓器T1初級兩端的電壓，進而進行調(diào)壓；
所述的保護與轉(zhuǎn)換裝置包括粗細調(diào)壓器限位報警保護模塊、中位信號檢測模塊:粗細調(diào)壓器限位報警模塊主要由行程開關(guān)、光電耦合器和數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)；行程開關(guān)為粗調(diào)調(diào)壓器的提供限位報警，行程開關(guān)分別安裝在粗細調(diào)調(diào)壓器的上下限位置，粗調(diào)調(diào)壓器和微調(diào)調(diào)壓器的上下限位置信號經(jīng)光電耦合器送入數(shù)據(jù)采集卡；中位信號檢測模塊中的電流電壓互感器和傳感器同數(shù)據(jù)采集卡組合測量系統(tǒng)中線路上的電流電壓值。
[0008]控制裝置主要包括上位機和數(shù)據(jù)采集卡，上位通過調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)字信號和模擬信號的采集，并通過采集卡的定時與計數(shù)功能產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，驅(qū)動調(diào)壓裝置中的步進電機。
[0009]更進一步的具體實施例中，粗調(diào)調(diào)壓器與微調(diào)調(diào)壓器通過步進電機驅(qū)動，包括步進電機、步進電機驅(qū)動器以及行程開關(guān)XK1-XK4，粗調(diào)調(diào)壓器與微調(diào)調(diào)壓器的步進電機驅(qū)動器的VCC端和GND端分別與行程開關(guān)XK1和XK2的NC端相連，粗調(diào)調(diào)壓器與微調(diào)調(diào)壓器的步進電機驅(qū)動器的A、B端分別與粗調(diào)調(diào)壓器與微調(diào)調(diào)壓器步進電機的A、B端相連，驅(qū)動器的DIR端和CP端分別與數(shù)據(jù)采集卡相連；上位機調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，通過驅(qū)動器控制步進電機轉(zhuǎn)動，輸入的脈沖數(shù)量決定步進電機轉(zhuǎn)過的角度，脈沖的頻率決定步進電機的轉(zhuǎn)速，進而達到控制粗調(diào)調(diào)壓器與微調(diào)調(diào)壓器。
[0010]更進一步的具體實施例中，所述的行程開關(guān)具有常開觸點和常閉觸點，且兩者之間存在一公共端，當(dāng)對調(diào)壓器實施限位保護時，需將微動開關(guān)的常閉觸點接入調(diào)壓器驅(qū)動電機的電源回路，當(dāng)調(diào)壓器調(diào)節(jié)到極限位置時斷開驅(qū)動電機電源同時又需將常開觸點接入數(shù)據(jù)采集卡，通過數(shù)據(jù)采集卡將調(diào)壓器調(diào)節(jié)到極限位置的報警信息傳到上位機。
[0011]一種程控電流源方法，按照如下步驟進行:
步驟1、復(fù)位操作
粗細調(diào)壓器歸零步驟，將粗調(diào)調(diào)壓器調(diào)到下限位；細調(diào)調(diào)壓器調(diào)節(jié)至中間基準位置，使總的電壓輸出為零，粗調(diào)調(diào)壓器的復(fù)位是使碳刷回到起始位置，通過電機驅(qū)動器來使電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)碳刷回到起始位置時，觸發(fā)下限觸頭，電機停止轉(zhuǎn)動；
細調(diào)調(diào)壓器復(fù)位步驟:微調(diào)復(fù)位采用電壓傳感器實時采集微調(diào)調(diào)壓器觸頭與零點的電位差，根據(jù)電位差的大小在整個測試過程中隨時檢測出調(diào)節(jié)端所處的位置，再由控制電路控制調(diào)節(jié)端直接從該位置進行回零；
待電路中各接觸器切換好后，根據(jù)電流設(shè)定值開始調(diào)節(jié)電流；
步驟2、調(diào)節(jié)電壓步驟，為步進電機提供持續(xù)的脈沖信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動進行調(diào)壓: 步驟2.1判斷實際電流是否在粗調(diào)設(shè)定范圍
采集電流的實時值和微調(diào)調(diào)壓器中位電壓值以及讀寫系統(tǒng)中其他數(shù)字參量，當(dāng)實際電流在粗調(diào)范圍之外時，系統(tǒng)自動啟用粗調(diào)調(diào)壓器，此時粗調(diào)調(diào)壓器中步進電機會根據(jù)電流實際值和設(shè)定值的差值選擇轉(zhuǎn)動速率和方向；當(dāng)電流的實際值小于粗調(diào)范圍時程序?qū)⑼Ｓ么终{(diào)，跳轉(zhuǎn)至步驟2.2，同時判斷粗調(diào)調(diào)壓器碳刷位于調(diào)壓器的上限位或下限位時，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;
步驟2.2啟用微調(diào)調(diào)壓器
對電流進行微調(diào)，此時微調(diào)調(diào)壓器中步進電機同樣會根據(jù)電流實際值和設(shè)定值的差值選擇轉(zhuǎn)動速率和方向當(dāng)電流的精度滿足系統(tǒng)所要求的精度時停止微調(diào)，電流調(diào)節(jié)結(jié)束，將系統(tǒng)中除電源外所有開關(guān)、繼電器斷開并退出程序，調(diào)節(jié)過程中判斷細調(diào)調(diào)壓器碳刷位于調(diào)壓器的上限位或下限位時，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;
步驟3粗細調(diào)壓器限位報警步驟
在電流調(diào)節(jié)和復(fù)位操作的同時，上位機采用LabVIEW圖像化編程語言編寫，對調(diào)壓器進行限位保護，當(dāng)粗調(diào)調(diào)壓器和微調(diào)調(diào)壓器的碳刷位于調(diào)壓器的上限位或下限位時會觸發(fā)限位報警開關(guān)，上位機通過數(shù)據(jù)采集卡采集報警信號，立刻停止調(diào)壓器的過度調(diào)節(jié)行為。
[0012]更進一步的具體實施例中，所述的中位信號檢測以及電流電壓互感器和傳感器動態(tài)電參量的采集通過NI DAQmx調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)。
更進一步的具體實施例中，所述的調(diào)壓步驟2中的調(diào)壓方式為步進電機提供持續(xù)的脈沖信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，上位機通過調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡的定時計數(shù)功能，可以產(chǎn)生一組持續(xù)的脈沖信號，步進電機可將該脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，脈沖信號的頻率和脈沖個數(shù)決定了步進電機的轉(zhuǎn)速和停止位置。
[0013]更進一步的具體實施例中，根據(jù)需要自主選擇手動和自動兩種控制方式；手動操作時，電機勻速轉(zhuǎn)動，上位機產(chǎn)生的數(shù)字脈沖的頻率是固定不變的，該頻率預(yù)先設(shè)定；當(dāng)啟用自動操作時，步進電機的轉(zhuǎn)速要隨著電流調(diào)節(jié)精度的變化而改變，上位機產(chǎn)生頻率可變的數(shù)字脈沖，該脈沖頻率由上位機模糊控制器確定；當(dāng)執(zhí)行自動調(diào)節(jié)程序時，手動調(diào)節(jié)程序?qū)⒈唤?，?dāng)執(zhí)行