基于LabVIEW的程控電流源系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明專利屬于虛擬儀器技術領域，具體涉及一種基于LabVIEW的程控電流源設計方法。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。
【背景技術】
[0002]大電流發生器是一種能向負載提供恒定電流的電器設備，為各行各業低壓電器的調試和檢測提供范圍可調的大電流，廣泛用于電器設備的各種保護特性的測試。
[0003]目前，在低壓電器測試領域，普遍采用單相交流電機驅動的調壓器與低電壓大電流變壓器來構成大電流恒流源，如實用新型專利CN 105005344 A公開了一種大電流發生器，調壓器與低電壓大電流變壓器構成大電流發生器的組合結構，但是因調壓器存在慣性，使得電流調節慣性大，電流調節到設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節界面與接口，致使與其他測試系統整合相對麻煩。
【發明內容】
[0004]
1、本發明的目的。
[0005]本發明解決現有低壓電器檢測行業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、易與測試系統整合等專用需求，而提出了一種基于LabVIEW的程控電流源系統。
[0006]2、本發明所采用的技術方案。
[0007]本發明的基于LabVIEW的程控電流源系統，包括調壓裝置、保護與轉換裝置、控制裝置:
調壓裝置包括粗調調壓器、微調調壓器、微調變壓器、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調壓器的一端以及微調調壓器的一端連接，粗調調壓器的調節端通過微調變壓器與微調調壓器的調節端連接，微調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線，導線穿過電流測量電路中的電流互感器，接入待測產品；微調調壓器的輸出電壓基準點在中點，當微調調壓器碳刷位置在中性點偏上位置時，細調變壓器輸出電壓與粗調調壓器輸出電壓同相位，調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調壓器TD兩端的電壓和細調調壓器TDW次級兩端的電壓的代數和；細調變壓器BTDW次級兩端的電壓是細調調壓器TDW兩端的電壓經細調變壓器BTDW變換得到，即可以通過改變粗調調壓器和微調調壓器的值間接改變多變比抽頭變壓器T1初級兩端的電壓，進而進行調壓；
所述的保護與轉換裝置包括粗細調壓器限位報警保護模塊、中位信號檢測模塊:粗細調壓器限位報警模塊主要由行程開關、光電耦合器和數據采集卡實現；行程開關為粗調調壓器的提供限位報警，行程開關分別安裝在粗細調調壓器的上下限位置，粗調調壓器和微調調壓器的上下限位置信號經光電耦合器送入數據采集卡；中位信號檢測模塊中的電流電壓互感器和傳感器同數據采集卡組合測量系統中線路上的電流電壓值。
[0008]控制裝置主要包括上位機和數據采集卡，上位通過調用數據采集卡采集數字信號和模擬信號的采集，并通過采集卡的定時與計數功能產生一定頻率的脈沖信號，驅動調壓裝置中的步進電機。
[0009]更進一步的具體實施例中，粗調調壓器與微調調壓器通過步進電機驅動，包括步進電機、步進電機驅動器以及行程開關XK1-XK4，粗調調壓器與微調調壓器的步進電機驅動器的VCC端和GND端分別與行程開關XK1和XK2的NC端相連，粗調調壓器與微調調壓器的步進電機驅動器的A、B端分別與粗調調壓器與微調調壓器步進電機的A、B端相連，驅動器的DIR端和CP端分別與數據采集卡相連；上位機調用數據采集卡產生一定頻率的脈沖信號，通過驅動器控制步進電機轉動，輸入的脈沖數量決定步進電機轉過的角度，脈沖的頻率決定步進電機的轉速，進而達到控制粗調調壓器與微調調壓器。
[0010]更進一步的具體實施例中，所述的行程開關具有常開觸點和常閉觸點，且兩者之間存在一公共端，當對調壓器實施限位保護時，需將微動開關的常閉觸點接入調壓器驅動電機的電源回路，當調壓器調節到極限位置時斷開驅動電機電源同時又需將常開觸點接入數據采集卡，通過數據采集卡將調壓器調節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、復位操作
粗細調壓器歸零步驟，將粗調調壓器調到下限位；細調調壓器調節至中間基準位置，使總的電壓輸出為零，粗調調壓器的復位是使碳刷回到起始位置，通過電機驅動器來使電機反轉，當碳刷回到起始位置時，觸發下限觸頭，電機停止轉動；
細調調壓器復位步驟:微調復位采用電壓傳感器實時采集微調調壓器觸頭與零點的電位差，根據電位差的大小在整個測試過程中隨時檢測出調節端所處的位置，再由控制電路控制調節端直接從該位置進行回零；
待電路中各接觸器切換好后，根據電流設定值開始調節電流；
步驟2、調節電壓步驟，為步進電機提供持續的脈沖信號，驅動電機轉動進行調壓: 步驟2.1判斷實際電流是否在粗調設定范圍
采集電流的實時值和微調調壓器中位電壓值以及讀寫系統中其他數字參量，當實際電流在粗調范圍之外時，系統自動啟用粗調調壓器，此時粗調調壓器中步進電機會根據電流實際值和設定值的差值選擇轉動速率和方向；當電流的實際值小于粗調范圍時程序將停用粗調，跳轉至步驟2.2，同時判斷粗調調壓器碳刷位于調壓器的上限位或下限位時，跳轉至步驟3 ;
步驟2.2啟用微調調壓器
對電流進行微調，此時微調調壓器中步進電機同樣會根據電流實際值和設定值的差值選擇轉動速率和方向當電流的精度滿足系統所要求的精度時停止微調，電流調節結束，將系統中除電源外所有開關、繼電器斷開并退出程序，調節過程中判斷細調調壓器碳刷位于調壓器的上限位或下限位時，跳轉至步驟3 ;
步驟3粗細調壓器限位報警步驟
在電流調節和復位操作的同時，上位機采用LabVIEW圖像化編程語言編寫，對調壓器進行限位保護，當粗調調壓器和微調調壓器的碳刷位于調壓器的上限位或下限位時會觸發限位報警開關，上位機通過數據采集卡采集報警信號，立刻停止調壓器的過度調節行為。
[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電參量的采集通過NI DAQmx調用數據采集卡實現。
更進一步的具體實施例中，所述的調壓步驟2中的調壓方式為步進電機提供持續的脈沖信號，驅動電機轉動，上位機通過調用數據采集卡的定時計數功能，可以產生一組持續的脈沖信號，步進電機可將該脈沖信號轉變為角位移，脈沖信號的頻率和脈沖個數決定了步進電機的轉速和停止位置。
[0013]更進一步的具體實施例中，根據需要自主選擇手動和自動兩種控制方式；手動操作時，電機勻速轉動，上位機產生的數字脈沖的頻率是固定不變的，該頻率預先設定；當啟用自動操作時，步進電機的轉速要隨著電流調節精度的變化而改變，上位機產生頻率可變的數字脈沖，該脈沖頻率由上位機模糊控制器確定；當執行自動調節程序時，手動調節程序將被禁用，當執行