摘 要： 基于LabVIEW軟件技術,，提出了一種新的電子變壓器數(shù)據(jù)采集方案,。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的可靠性與穩(wěn)定性,，滿足對電子變壓器的動態(tài)特性測試需要,。
關鍵詞： 數(shù)據(jù)采集；LabVIEW,；電子變壓器,；動態(tài)特性
電子變壓器是一種將市電的交變電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷海ㄟ^半導體開關器件以及其他電子元件和高頻變壓器繞組構(gòu)成的高頻交流電壓輸出裝置,，具有體積小,，重量輕等優(yōu)點，被廣泛用在各種電器中（如作為鎢絲燈用轉(zhuǎn)換器等）,。在電子變壓器的生產(chǎn)過程中,，功能測試是必不可少的測試環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)測試方法是用時間繼電器進行狀態(tài)切換,，使電子變壓器處于最大負載,、短路、最小負載等不同狀態(tài),，通過示波器觀察輸出波形形狀與數(shù)據(jù),，人工判斷結(jié)果是否符合要求。作為傳統(tǒng)測量儀器有些參數(shù)是無法定量測出的,，如短路恢復啟動時間,、輸出波形非對稱性、輸出波形峰值頻率等動態(tài)特性,。隨著科學技術的不斷發(fā)展,，虛擬儀器的出現(xiàn)，使這些問題的解決成為可能,。虛擬儀器（Virtual Instrument）是指以通用計算機作為核心的硬件平臺,，配以相應測試功能的硬件作為信號輸入/輸出的接口,，利用儀器軟件開發(fā)平臺在計算機的屏幕上虛擬出儀器的面板和相應的功能[1]。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench）是一種業(yè)界領先的工業(yè)標準圖形化編程工具,，專門為工程師和科學家而設計的直觀圖形化編程語言,，主要用于開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng),。它將軟件和各種不同的測量儀器硬件及計算機集成在一起,，建立虛擬儀器系統(tǒng)，以形成用戶自定義的解決方案[2],?；贚abVIEW的軟件技術，設計出新型電子變壓器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。
1 系統(tǒng)組成
整個測試系統(tǒng)如圖1所示,，由工業(yè)電腦與數(shù)據(jù)采集控制卡、交流穩(wěn)壓電源,、繼電器組,、DUT（Device Under Test）夾具模塊、無感電阻負載組,、PASS標志器組成,。數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)控制采用PCI-4070、PCI-6519,。交流穩(wěn)壓電源為產(chǎn)品提供穩(wěn)定供電電壓,；繼電器組用來執(zhí)行電源供給、負載狀態(tài)變換等開關動作,；DUT夾具模塊用于被測產(chǎn)品與測試系統(tǒng)連接,，每種型號的被測產(chǎn)品有其對應型號的DUT夾具模塊。根據(jù)不同容量的電子變壓器其負載各不相同,，選用不同阻值無感電阻作為其負載,，滿足測試穩(wěn)定性要求。PASS標志器用于標識合格產(chǎn)品,。
2 硬件設計
2.1 數(shù)據(jù)采集與控制
數(shù)據(jù)采集卡選用NI（National Instrument）PCI-4070,。PCI-4070是一款6 1/2位的高精度數(shù)字萬用表（DMM）。NI獨有的FlexDMM技術使得NI PCI-4070也能作為完全隔離的高電壓數(shù)字化儀,，在±300 V電壓輸入、采樣率達1.8 MS/s的條件下進行波形采集,。通過LabVIEW軟件中的分析函數(shù),，能在時域和頻域中對采集到的波形進行分析[3]，恰好滿足測試條件,。
狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制選用NI PCI-6519,。PCI-6519板卡提供了16路光學隔離的漏極/源極輸入通道,，以及16路漏極輸出通道[4]。P<0..1>.<0..7>為輸入通道,，P<2..3>.<0..7>為輸出通道,。外部接線如圖2所示。圖中S0為系統(tǒng)啟動開關,；S1為夾具中的測試探針板行程位置開關,；YV1為驅(qū)動測試探針板氣缸控制電磁閥；K1為電源供應控制繼電器,；K2,、K3、K4,、K5為負載狀態(tài)變換控制繼電器,；YV2為驅(qū)動PASS標志器氣缸控制電磁閥。
2.2 系統(tǒng)主電路
系統(tǒng)主電路如圖3所示,。通常最大負載分別為60 W,、70 W、105 W的電子變壓器,，其對應的最小負載分別為10 W,、20 W、20 W,。選擇電阻值R3=14.4Ω的無感電阻始終連接在電子變壓器的輸出端,。用繼電器的動合觸點K2、K3,、K4做負載變換,，K5為短路開關。其中R1=2.88 ?贅對應于50 W負載,，R2=4.1 Ω對應于35 W負載,。工作原理如下：當以上所有繼電器觸點處于斷開狀態(tài)，負載為10 W,；當僅有K4閉合時,，負載為20 W；當僅有K2閉合時,，負載為60 W,；當K4、K2閉合時,，負載為70 W,；當K2、K3、K4閉合時,，負載為105 W,。繼電器的動合觸點K1為電源開關。
3 軟件設計
系統(tǒng)軟件基于LabVIEW的標準狀態(tài)機設計模式,，LabVIEW程序同樣也稱為虛擬儀器（VI）,。根據(jù)電子變壓器型號不同，測試項目有所差異,，現(xiàn)以ET60型電子變壓器為例,，程序流程如圖4所示。需要測試如下狀態(tài)的各項參數(shù)：
?。?）U1為最大負載狀況下的電子變壓器輸出電壓,，F(xiàn)1為輸出頻率，UoU1（Unbalance of U1）為輸出波形非對稱性,；
?。?）U2為短路狀況下的電子變壓器輸出電壓；
?。?）T為短路恢復啟動時間,；
（4）U3為最小負載狀況下的電子變壓器輸出電壓,，UoU3為輸出波形非對稱性,。
3.1 流程簡要說明
首次打開的虛擬儀器前面板如圖5所示，界面主要由五個部分組成：產(chǎn)品型號選擇菜單,、測試數(shù)據(jù)顯示,、測試結(jié)果顯示（首次打開未測試處于隱含狀態(tài)）、測試波形顯示,、測試數(shù)量統(tǒng)計顯示,。點擊菜單，選擇需要測試的產(chǎn)品型號ET60,，再點擊左上角運行按鈕,，系統(tǒng)首先進入初始化，從Excel表格中載入ET60各參數(shù)的規(guī)格限值,，開始循環(huán)檢測PCI-6519輸入通道P0.0腳電位,。將被測產(chǎn)品放入測試夾具中，合上蓋板,，蓋板上的凸塊觸動啟動開關S0,，此時P0.0=1，系統(tǒng)進入采集過程,。系統(tǒng)將P2.0,、P2.2置1，即驅(qū)動測試探針板氣缸（簡稱測試氣缸），將60 W負載與被測產(chǎn)品連接,，隨后開始循環(huán)檢測P0.6腳電位。當P0.6=1表明探針與被測產(chǎn)品連接完成,，可以給產(chǎn)品加電,。同時測試氣缸將蓋板閉鎖，防止在測試過程中意外打開蓋板,。如果1 s之內(nèi)未能檢測到P0.6=1,，跳出采集過程，提示系統(tǒng)故障,。
3.2 頻率測試
作為重要測試指標的電子變壓器輸出頻率,，指的是輸出波形幅值最大處的頻率。傳統(tǒng)示波器很難捕捉到此頻率,，而虛擬儀器是通過采集波形數(shù)據(jù),，然后對數(shù)據(jù)進行分析，可以得到準確頻率,。當電子變壓器輸出頻率低于設定范圍,，會造成燈的閃爍、延時點亮等現(xiàn)象,；而輸出頻率高于設定范圍時,，產(chǎn)品產(chǎn)生的干擾量值超標。這里用到LabVIEW的提取單頻信息VI[5],。當頻率測試在限值內(nèi),，繼續(xù)進行其他項目測試，否則跳出采集過程,，提示產(chǎn)品頻率不良,。
3.3 輸出波形非對稱性測試
理想的電子變壓器輸出波形是上下對稱，即波形的峰值等于波形谷值的絕對值,。然而由于電子元器件的參數(shù)差異,，導致輸出波形存在非對稱。這里用到LabVIEW的幅值和電平VI,，測試原理：峰值與谷值相加得到差值,，如果差值不小于零，用差值除以峰值,，得到的商不大于12.5%,，判定為合格，否則判定為不合格,。若差值小于零,，用差值除以谷值，得到的商不大于12.5%，判定為合格,，否則判定為不合格,。測試程序如圖6所示。
3.4 短路恢復啟動時間測試
短路恢復啟動時間,，是指短路狀態(tài)消除到電子變壓器可以正常工作的時間,。要求產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)完成啟動狀態(tài)轉(zhuǎn)換。采用LabVIEW的For循環(huán)檢測電子變壓器輸出電壓,，并與設定值進行比較,。這里設定值為額定輸出電壓的90%。在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)（對應規(guī)定的時間）內(nèi)達到或超過設定值測試合格,，否則測試失敗,。
3.5 程序發(fā)布
將生成的ET TEST獨立應用程序及安裝程序復制到目標機，運行安裝程序,，產(chǎn)生Measurement & Automation Explorer,、NI-DMM設備驅(qū)動、NI-DAQmx設備驅(qū)動,、LabVEIW運行引擎,。建立被測產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存放文件夾，用于測試數(shù)據(jù)的存放,。
應用LabVIEW軟件技術,，可成功完成電子變壓器動態(tài)性能的測試。本采集系統(tǒng)自動化程度較高,，易于操控,，通過選擇被測產(chǎn)品型號，系統(tǒng)自動匹配負載電阻,，自動生成數(shù)據(jù)報告,，自動標識合格產(chǎn)品。系統(tǒng)擴展性較好,，當有新產(chǎn)品需要測試時,，僅需制作新的DUT夾具模塊，在Excel表中添加新的產(chǎn)品型號及相應的規(guī)格限值,，就可在系統(tǒng)中看到新的,、被加入的產(chǎn)品型號，即可實現(xiàn)對新的電子變壓器的數(shù)據(jù)采集,。
參考文獻
[1] 陸綺榮.基于虛擬儀器技術個人實驗室的構(gòu)建[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2006.
[2] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.2程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社,，2007.
[3] National Instruments Corporation.[EB/OL]. http：//sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/12933.
[4] National Instruments Corporation. NI 651x用戶手冊（372172B-0118）[M]. ni.com/china,，March 2010.
[5] 2005-2009 National Instruments Corporation. LabVIEWTM 幫助（371361F-0118） [M]. ni.com,， June 2009.