基于LabVIEW的熔断器仿真及测试系统设计

摘要

在电气设备更新迅速的今天，熔断器在不同电路中都起着保护贵重器件和保证电路安全运行的重要作用。近年来由于熔断器故障和误动作造成的事故频发，造成的经济损失也逐年增加。而这些事故大多都是由于对熔断器设计时对于实际参数的测试不够准确而引起的，因此对于熔断器主要性能参数的准确测试就显得至关重要。
　　传统的熔断器测试仪器往往存在价格过高、功能单一、设备庞大和扩展性不强等缺陷，测试的方法上也忽略了真实使用情况下熔体相变和材料参数变化等对于测量结果的影响。对于低压熔断器的测试设备过少且参数精度要求不高，而对于高压熔断器则往往因为成本过高，实验过程复杂往往不被人所使用和研究，并且缺乏一种能够兼顾高低压熔断器而设计的测试系统。
　　因此本文提出一种基于LabVIEW的熔断器仿真测试系统。对于高压熔断器，以热电耦合数学模型理论分析为前提，通过在ANSYS中进行模型建立，考虑熔体工作过程中状态变化和材料参数曲线变化的影响，达到最为准确的仿真测试，将分析得到的数据输出到LabVIEW，对结果进行图像和数据显示。对低压熔断器利用LabVIEW程序面板设计操作程序，将三个重要参数按照国家标准进行准确测试和记录。人机界面操作简单，测试结果直观，起到了虚拟仪器强大的测试功能。此外系统对于测试和仿真的程序与结果增加了保密功能，保证了测试系统能够安全可靠地被用户使用。
　　本文最终将高压仿真测试数据和低压真实测试数据与厂家的手册数据进行对比，结果显示其准确度高，适合今后广泛推广使用。而且根据测试对象的要求可以快速地进行多次仿真和测试，达到了系统设计的目的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究的意义和目标

1．4 设计应用范围

1．5 本文研究的主要内容

1．6 本文章节安排

2 熔断器整体分析

2．1 熔断器概述

2．2 低压熔断器

2．2．1 低压熔断器种类

2．2．2 低压熔断器测试国家标准及重要参数指标

2．3 高压熔断器

2．3．1 高压限流式熔断器

2．3．2 高压跌落式熔断器

2．4 高压熔断器熔体

2．5 本章总结

3 熔断器熔体数学模型分析

3．1 熔断器燃弧前数学模型

3．2 等效电阻热电场数学模型

3．2．1 基本温度场分析

3．2．2 基本电场域分析

3．2．3 电场与温度场结合分析(热电耦合模型)

3．3 本章总结

4 ANSYS高压熔断器仿真及数据导出

4．1 ANSYS

4．1．1 ANSYS概述

4．1．2 ANSYS优势

4．1．3 ANSYS有限元分析步骤

4．2 熔断器的ANSYS有限元分析

4．2．1 ANSYS熔体模型的建立

4．2．2 设置材料属性

4．2．3 网格划分

4．2．4 添加载荷条件

4．2．5 设置边界条件

4．2．6 设置求解器

4．2．7 仿真计算结果分析

4．2．8 厂家数据对比分析

4．3 仿真数据TXT导出

4．4 本章总结

5 熔断器测试硬件系统设计

5．1 熔断器仿真及测试系统整体架构

5．2 ELVIS Ⅱ+简介

5．3 低压熔断器主测试电路

5．3．1 电压降测试

5．3．2 温升测试

5．3．3 耐久性测试

5．4 低压熔断器滤波采样辅助电路

5．5 低压熔断器测试模拟开关转换电路

5．6 熔断器测试局部硬件电路原理图

5．7 硬件系统核心实物图

5．8 本章小结

6 熔断器的LabVIEW测试系统平台

6．1 熔断器测试指标和精度

6．2 LabVIEW

6．2．1 LabVIEW简介

6．2．2 LabVIEW主要使用程序模块介绍

6．3 低压熔断器测试主程序设计

6．3．1 登录界面设计

6．3．2 熔断器测试主界面设计

6．3．3 ANSYS仿真数据导入LabVIEW

6．3．4 LabVIEW文件加密

6．4 数据分析

6．4．1 系统精度分析

6．4．2 熔断器测试系统总结

6．5 本章总结

结论

参考文献

致谢