一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，包括控制板卡，與待測直流電感兩端連接的電容組，用于根據(jù)控制板卡的充電指令信號給電容組充電的充電電路，用于根據(jù)控制板卡的放電指令信號使電容組放電給待測直流電感的放電電路，以及數(shù)據(jù)采集電路；數(shù)據(jù)采集電路包括低速采集卡和高速采集卡，以及分別與兩者連接通信的PC。本發(fā)明測試方法包括1)初始化測試系統(tǒng)；2)測試系統(tǒng)參數(shù)的輸入設(shè)定；3)采集待測直流電感的數(shù)據(jù)；4)將設(shè)定參數(shù)和采集數(shù)據(jù)通過基于LCR放電時間電流函數(shù)的Levenberg-Marquadt算法進行處理，得到LCR放電電路時間電流函數(shù)的非線性參數(shù)估計值f，g，h；5)由公式得到待測直流電感的直感和直阻。
【專利說明】一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直流電感測試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于虛擬儀器的直流電感測試系 統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 所謂電感器，是指空心或鐵芯線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應(yīng)，感應(yīng)磁場 又會產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流的一類常見電子器件，主要用于電壓變換、信 號耦合、諧振、電磁感應(yīng)等電路中。按照線圈中的電流流動方向是否改變分為交流電感與直 流電感。
[0003] 傳統(tǒng)的電感測量方法主要是針對交流電感的，可分為伏安法、LCR表法和諧振法。 伏安法可提供的交直流激勵幅值范圍較寬，但可選的頻率范圍很窄，一般僅限于工頻電感 的測量；LCR表基于電橋法，可提供較寬的激勵頻率范圍，但激勵電壓幅值卻非常低；諧振 法以電感電容諧振頻率來測量電感大小，但不能保證電感所需測試電流的大小。由此可見， 現(xiàn)有技術(shù)中的電感測量不能同時滿足激勵頻率高，激勵電流大的條件，因此不適合功率或 直流電感測量。
[0004] 直流電感在電力電子、航空航天、綠色能源、軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。直流電感 類設(shè)備在設(shè)計、制造、安裝、檢修和運行等環(huán)節(jié)都要對各繞組直流電感量（以下簡稱直感） 及直流電阻（以下簡稱直阻）等參數(shù)進行測量，這在用戶單位和電器制造公司是一項比較 重要且經(jīng)常性的工作。
[0005] 通常，工作中使用的電感器較多為交流電感器，其電感鐵芯中只存在交變磁場，屬 于雙向磁化狀態(tài)。而工作在直流狀態(tài)下的直流電感器，由于直流磁化的作用，電感鐵芯中除 存在交變磁場外，還存在著穩(wěn)態(tài)磁場，屬于單向磁化狀態(tài)。如圖Ia是鐵芯電感的磁滯回線， 圖Ib是基本磁化曲線及磁導(dǎo)率y與磁場強度H(激勵電流）關(guān)系曲線。隨著直流電流的 增大，其穩(wěn)態(tài)磁場的強度隨著基本磁化曲線也增大，鐵芯的磁導(dǎo)率與磁場強度（激勵電流） 曲線在中段出現(xiàn)一個極值后再減少（對應(yīng)于最大激勵電流的飽和區(qū)）；電感量曲線相應(yīng)地 也出現(xiàn)類似情況，如圖4的實測電感曲線近似反映了這一情況。對同一個電感器在相同情 況下，電感在直流工作條件下的值，由于電流較大有時接近飽和區(qū)，比在交流條件下小，故 不能直接用LCR電橋儀測試直流電感。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于直流電感測量儀的研究文章較少，對直流電感的測試方法大概 也分為三類，分別是：同一法，微分法及示波器法。同一法，即調(diào)整供電電源的大小及串聯(lián)電 阻保證LR回路的時間常數(shù)一致，后來又提出了采用同一化方法在測量回路中串聯(lián)一個附 加電感，同時對被測電感和附加電感進行動態(tài)測量，提高了測量精度，同樣采用LR充放電 回路，更進一步通過測量兩個時間點的已知電感端電壓、待測電感端電壓及回路電流三路 信號共六個信號及已知電感及直阻的方法測量直流電感直感及直阻，該方法雖解決了無需 求解電流導(dǎo)數(shù)值，消除了由于采用離散采樣的數(shù)值微分法近似求解電流導(dǎo)數(shù)值帶來的誤差 問題，但調(diào)整比較麻煩，且必須準確給出已知電感在各個時間點的直感及直阻，這是很困難

【權(quán)利要求】
1. 一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，其特征在于，包括控制板卡（9)，與待測直 流電感（11)兩端連接的電容組（6)，用于根據(jù)控制板卡（9)的充電指令信號給電容組（6) 充電的充電電路，用于根據(jù)控制板卡（9)的放電指令信號使電容組（6)放電給待測直流電 感（11)的放電電路，以及數(shù)據(jù)采集電路； 所述的數(shù)據(jù)采集電路包括低速采集卡（10)和高速采集卡（15)，以及分別與兩者連接 通信的PC(16);低速采集卡（10)的一路模擬輸入端用于采集電容組（6)的充電電壓，兩個 數(shù)字I/O用于通過控制板卡（9)對充電電路和放電電路進行輸出控制，第三數(shù)字I/O用于 采集電容組￠)的串并聯(lián)的狀態(tài)采集輸入；高速采集卡（15)用于采集待測直流電感（11) 的端電壓及通過電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 的充電電路包括串聯(lián)的繼電器（1)和交流接觸器（3)，以及連接在交流接觸器（3)上三相交 流電輸入端和輸出端的三相交流調(diào)壓器（2)和三相整流橋（4);繼電器（1)的控制端連接 控制板卡（9)的輸出端接收控制脈沖，三相交流調(diào)壓器（2)的輸入端連接三相交流電，三相 整流橋⑷的輸出端連接在電容組（6)的兩端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 的放電電路包括與待測直流電感（11)串聯(lián)的IGBT (8)和功率電阻（13)，以及與待測直流電 感（11)并聯(lián)的快速恢復(fù)二極管（5) ;IGBT (8)的控制端連接控制板卡（9)的輸出端接收控 制脈沖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，其特征在于，低速 采集卡（10)通過連接在電容組（6)兩端的電容端高壓差分探頭（7)采集電容組（6)的充 電電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，其特征在于，高速 采集卡（15)通過連接在待測直流電感（11)兩端的電感端高壓差分探頭（14)采集待測直 流電感（11)的端電壓，通過設(shè)置在待測直流電感（11)通路上的電流柔性探頭（12)采集待 測直流電感（11)的通過電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 的電容組（6)包括若干個能夠改變串并聯(lián)方式的電容，當進行450V以下低壓測量時全部并 聯(lián)，當進行450V?800V高壓測量時一半電容并聯(lián)后再與另一半并聯(lián)的電容串聯(lián)。
7. -種基于虛擬儀器的直流電感測試方法，采用如權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特 征在于，包括如下步驟： 1) 初始化測試系統(tǒng)； 2) 測試系統(tǒng)參數(shù)的輸入設(shè)定； 3) 測試系統(tǒng)工作，通過對充電電路和放電電路的控制采集待測直流電感11的數(shù)據(jù)； 4) 采集數(shù)據(jù)完成后，將設(shè)定的參數(shù)和采集的數(shù)據(jù)通過基于LCR放電時間電流函數(shù)的 Levenberg-Marquadt算法進行處理，得到LCR放電電路時間電流函數(shù)的非線性參數(shù)估計值 f，g，h ; 5) 由如下公式分別得到待測直流電感的直感L和直阻R，連同其對應(yīng)的序列一并進行 輸出顯不，并輸出基于Word的實時報表；
其中：Vtl為放電時刻電容C兩端的初始電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試方法，其特征在于，步驟 2) 中進行參數(shù)設(shè)定時，包括輸入待測直流電感（11)的額定電壓采集值、額定電流采集值及 直感理論值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試方法，其特征在于，步驟 3) 中進行數(shù)據(jù)采集時，具體步驟如下： 3. 1)初始化高速采集卡（15)及低速采集卡（10)，低速采集卡（10)實時采集并顯示電 容組￠)的端電壓，高速采集卡（15)采用自觸發(fā)方式處于等待； 3. 2)低速采集卡（10)將對繼電器（1)的充電指令輸出到控制板卡（9)，控制板卡（9) 輸出驅(qū)動閉合繼電器（1)回路，將電源引入繼電器（1)吸合，與繼電器（1)常開點串聯(lián)的交 流接觸器（3)吸合引入三相交流電，通過三相交流調(diào)壓器（2)的調(diào)節(jié)，電容組（6)充電電壓 增到額定電壓采集值時低速采集卡（10)輸出充電停止指令，控制控制板卡（9)驅(qū)動繼電器 (1)斷開； 3. 3)繼電器（1)完全斷后，低速采集卡（10)輸出放電指令，控制板卡（9)驅(qū)動IGBT (8) 閉合，電容組（6)通過IGBT(S)、待測直流電感（11)、功率電阻（13)構(gòu)成的回路放電，同時 電容端高壓差分探頭（7)、電流柔性探頭（12)將相應(yīng)信號送入設(shè)置為自采樣觸發(fā)方式的高 速采集卡（15)完成數(shù)據(jù)采集工作； 3. 4)放電結(jié)束后，低速采集卡（10)輸出放電停止指令，控制板卡（9)經(jīng)二輸入與門執(zhí) 行IGBT(S)的斷開，完成一次數(shù)據(jù)的采集；其中二輸入與門一端輸入放電停止指令，另一端 接入IGBT (8)的故障信號； 3. 5)重復(fù)步驟3. 1-3. 4至少采集三個連續(xù)的采樣點的數(shù)據(jù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試方法，其特征在于，步驟 4) 中進行數(shù)據(jù)處理時，具體步驟如下： 4. 1)根據(jù)輸入的采樣時間和采樣個數(shù)確定電感端電壓及電流序列對應(yīng)的時間序列，并 分別將其作為時間電流函數(shù)的自變量；將輸入的電感端電壓序列和電流序列作為時間電流 函數(shù)的函數(shù)值；根據(jù)待測直流電感的直感理論值L0、電容組電容量C0、功率電阻RO給出估 計LCR放電電路時間電流函數(shù)的非線性參數(shù)的初始值 g(l，Iitl ; 4. 2)將電壓序列及電流序列進行B樣條擬合，得到輸入序列的平滑濾波，電壓序列平 滑后的序列的第一個數(shù)據(jù)作為放電時刻電容組兩端的初始電壓Vtl，得到電路微分方程系 數(shù)； 4. 3)將初始值及時間電流函數(shù)代入基于LCR放電電路時間電流函數(shù)的 Levenberg-Marquadt算法的接口函數(shù)中估算得到非線性參量的估計值f，g，h。
【文檔編號】G06F9/455GK104391180SQ201410653208
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】盛洪江 申請人:北方民族大學(xué)