一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統及方法
【專利摘要】本發明一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，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，以及數據采集電路；數據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。本發明測試方法包括1)初始化測試系統；2)測試系統參數的輸入設定；3)采集待測直流電感的數據；4)將設定參數和采集數據通過基于LCR放電時間電流函數的Levenberg-Marquadt算法進行處理，得到LCR放電電路時間電流函數的非線性參數估計值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及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直流電感測試【技術領域】，具體為一種基于虛擬儀器的直流電感測試系 統及方法。
【背景技術】
[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，感應磁場 又會產生感應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， 現有技術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、軌道交通等領域應用廣泛。直流電感 類設備在設計、制造、安裝、檢修和運行等環節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。而工作在直流狀態下的直流電感器，由于直流磁化的作用，電感鐵芯中除 存在交變磁場外，還存在著穩態磁場，屬于單向磁化狀態。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率y與磁場強度H(激勵電流）關系曲線。隨著直流電流的 增大，其穩態磁場的強度隨著基本磁化曲線也增大，鐵芯的磁導率與磁場強度（激勵電流） 曲線在中段出現一個極值后再減少（對應于最大激勵電流的飽和區）；電感量曲線相應地 也出現類似情況，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，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] 現有技術中，關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，即調整供電電源的大小及串聯電 阻保證LR回路的時間常數一致，后來又提出了采用同一化方法在測量回路中串聯一個附 加電感，同時對被測電感和附加電感進行動態測量，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 求解電流導數值，消除了由于采用離散采樣的數值微分法近似求解電流導數值帶來的誤差 問題，但調整比較麻煩，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
【權利要求】
1. 一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，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，以及數據采集電路； 所述的數據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，第三數字I/O用于 采集電容組￠)的串并聯的狀態采集輸入；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. 根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，其特征在于，所述 的充電電路包括串聯的繼電器（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. 根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，其特征在于，所述 的放電電路包括與待測直流電感（11)串聯的IGBT (8)和功率電阻（13)，以及與待測直流電 感（11)并聯的快速恢復二極管（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. 根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，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. 根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，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. 根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的直流電感測試系統，其特征在于，所述 的電容組（6)包括若干個能夠改變串并聯方式的電容，當進行450V以下低壓測量時全部并 聯，當進行450V?800V高壓測量時一半電容并聯后再與另一半并聯的電容串聯。
7. -種基于虛擬儀器的直流電感測試方法，采用如權利要求1所述的測試系統，其特 征在于，包括如下步驟： 1) 初始化測試系統； 2) 測試系統參數的輸入設定； 3) 測試系統工作，通過對充電電路和放電電路的控制采集待測直流電感11的數據； 4) 采集數據完成后，將設定的參數和采集的數據通過基于LCR放電時間電流函數的 Levenberg-Marquadt算法進行處理，得到LCR放電電路時間電流函數的非線性參數估計值 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. 根據權利要求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) 中進行參數設定時，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. 根據權利要求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) 中進行數據采集時，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)常開點串聯的交 流接觸器（3)吸合引入三相交流電，通過三相交流調壓器（2)的調節，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)將相應信號送入設置為自采樣觸發方式的高 速采集卡（15)完成數據采集工作； 3. 4)放電結束后，低速采集卡（10)輸出放電停止指令，控制板卡（9)經二輸入與門執 行IGBT(S)的斷開，完成一次數據的采集；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)重復步驟3. 1-3. 4至少采集三個連續的采樣點的數據。
10. 根據權利要求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) 中進行數據處理時，具體步驟如下： 4. 1)根據輸入的采樣時間和采樣個數確定電感端電壓及電流序列對應的時間序列，并 分別將其作為時間電流函數的自變量；將輸入的電感端電壓序列和電流序列作為時間電流 函數的函數值；根據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的非線性參數的初始值 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據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； 4. 3)將初始值及時間電流函數代入基于LCR放電電路時間電流函數的 Levenberg-Marquadt算法的接口函數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 優先權日:2014年11月17日
【發明者】盛洪江 申請人:北方民族大學