PC声卡电能波形失真度测量仪

本文将介绍的电能波形失真度测量仪中的电能指的是电网供的50Hz或60Hz的电能，以及由直流变交流的电源装置（如，计算机用的不间断电源UPS）输出的电能。这些电能的波形应该是正弦波的，然而，由于某种原因，这些正弦波要发生畸变，即波形的谐波失真。电网电源波形产生失真的主要因素是电网中的非线性负载，特别是一些大功率的可控整流装置的存在会使波形产生严重的畸变。还有，从低压小容量家用电器到高压大容量的工业用交直流变换装置，由于这些装置许多是以开关方式工作的，同样会引起波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”。另外，冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅使电压波动、闪变、三相不平衡，而且会产生大量的高次谐波，这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的“公害”。国家标准《电能质量 公用电网谐波》（GB/T14529- 93）中规定了各电压等级的总谐波畸变率，分为A、B、C三级（失真率（％） 3-5 ，5-8， 8-10）。波形失真也是衡量直流变交流电源装置质量的重要指标，其输出的电能波形失真如果超过一定的指标会对用电设备造成损害。通常，这些失真要用波形谐波失真度测试仪器来测量，但价格昂贵，一般电子爱好者难以接受。本文介绍一种用普通的PC及其声卡就可以实现的测量方法，即虚拟仪器法，具有成本低、通用性好和精度高的特点。

测量供电网及直流变交流电源装置输出电能的波形谐波失真。

1.测量波形的总谐波（包括奇次谐波和偶次谐波）失真；

2.实时显示被测信号波形的波形曲线；

3.输入被测信号的幅度不够时，给出“信号幅度太小”的文字指示；

4.最高测量谐波次数的设置，可从2次谐波到400次谐波。

最大测量误差小于0.1％，这样的测量精度，在专用的波形谐波失真度测量仪器中也是较高的。

对计算机的要求是586及以上的PC；运行环境是Windows9x的系统软件，当然还要安装好声卡硬件和它的驱动程序。

1.硬件的连接

用一根单芯屏蔽电缆与一个直径3.5mm的立体声插头的一个声道连接点连接在一起，把插头的另一个声道的连接点对地短路，或把两个声道并联在一起，作为一个声道使用。然后，把立体声插头插入声卡的线路输入端（LINE IN）。通过电压互感器取得电能电压信号，也可用高质量的变压器取得电能电压信号。如果用低质量的变压器取电能电压信号，由于该变压器的质量不佳，有可能输出该变压器附加的电压波形失真，从而使测量不准确。用电阻和一个电位器制作一个衰减器，把取得的电压信号衰减到1V左右，通过上述单芯屏蔽电缆，输入计算机的声卡，硬件连接图见图1。电压互感器的选择没有特殊的要求，只要一次绕组符合被测电压（如：220V）的要求，二次绕组输出1～10V的单相低压的都可以用。若用变压器取电能电压信号，选0.5W以上的即可。

2.计算机的设置

把声卡的外部线路录音功能设置成有效。在Windows界面的右下角有一个扬声器的图标，用鼠标左键双击该图标，出现电平控制对话框，见图2。鼠标左键单击左上角的“选项”菜单项，出现子菜单。左键单击“属性”，出现录音和回放设置对话框。选中“录音”项，再选中其中的外部线路输入（Line In），单击“确定”，出现的电平控制对话框。把电平控制滑块向上推对信号的放大量大；向下推，对信号的放大量小，配合上述的电位器，调整该滑块的上下位置，使输入信号幅度的大小合适，使显示的信号波形既不出现切顶，又不出现“信号幅度太小”的指示为准，关闭对话框。

打开资源管理器，把本文提供的可执行文件lcySZ.exe拷贝到PC中的某个文件夹内，用鼠标左键双击该文件名，就可运行该程序了。

另外，本文还提供了VC++6.0环境中生成lcySZ.exe文件的全部文件，该程序是用C++语言面向对象的方法编写的，主要是声卡采样程序和快速傅里叶变换（FFT）程序。读者可在安装有VC++6.0的计算机中，双击lcySZ.dsw文件，调入生成lcySZ.exe文件的全部文件，对程序进行修改操作。这些文件都可在本期配刊光盘的“本期程序”文件夹中找到。

（李朝友）