本文關(guān)鍵詞：電弧故障斷路器的控制器設(shè)計與研究

  更多相關(guān)文章： 電弧故障 斷路器 AFCI 小波變換

【摘要】：電弧故障斷路器(Arc Fault Circuit Interrupters,簡稱AFCI)技術(shù)是一項最新的電路保護(hù)技術(shù),主要作用是防止由故障電弧引起的火災(zāi)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,生產(chǎn)及居民用電量日益增高,電氣火災(zāi)事故也更加頻發(fā),其中因故障電弧引起的電氣火災(zāi)事故所占比例越來越高,對故障電弧的研究及保護(hù)己經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。由于發(fā)生電弧故障時的電弧電流低于過流保護(hù)裝置所設(shè)定的動作電流,同時故障發(fā)生時也無對地泄漏,因而傳統(tǒng)的保護(hù)裝置無法對故障電弧提供有效的防護(hù)。所以,對故障電弧特征的研究并在此基礎(chǔ)上研制出新型的電弧故障斷路器具有十分重要的意義。本文首先從電學(xué)和物理學(xué)的角度探討了電弧的成因及形成過程。之后探討了電弧信號分析的數(shù)學(xué)工具,包括短時傅里葉變換和小波變換。對比后得出小波變換更適合分析包括故障電弧在內(nèi)的非線性信號。故障電弧的檢測方法是AFCI設(shè)計成功的基礎(chǔ)。檢測方法的提出要基于故障電弧的特征。本文主要從時域和頻域兩個角度研究故障電弧的特點。首先通過對比不同負(fù)載電弧電流的波形,總結(jié)出故障電弧時域特征,并基于此提出時域檢測算法。之后將故障電弧在matlab下進(jìn)行小波分解,總結(jié)出故障電弧頻域特征,基于此提出頻域檢測算法。在故障電弧檢測辦法的基礎(chǔ)上進(jìn)行AFCI的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。AFCI整體上來說是一個標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)。主要的硬件模塊包括了開關(guān)電源模塊、信號采集模塊、高通濾波模塊、脫扣驅(qū)動模塊、漏電保護(hù)模塊以及單片機最小系統(tǒng)。硬件的設(shè)計不僅要考慮功能的實現(xiàn),還要考慮電路板的EMC問題。PCB的設(shè)計要從細(xì)節(jié)著手提升模塊的抗干擾能力。軟件采用C語言編寫代碼,開發(fā)環(huán)境為MDK4.0。軟件主要包括AD采集、信號處理、故障檢測和看門狗等模塊。軟件設(shè)計要滿足數(shù)據(jù)處理的實時性和算法的可靠性等要求。AFCI樣機設(shè)計完成后,本文按照國家針對電弧故障斷路器所出臺的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31143-2014的要求,進(jìn)行了電弧故障斷路器的動作特性試驗。主要是驗證所設(shè)計的AFCI能否在不同要求的電路配置中,檢測到故障電弧后,在規(guī)定時間內(nèi)完成脫扣動作,以及在復(fù)雜環(huán)境下是否具備抗干擾和排除誤動作的能力。試驗結(jié)果表明,本論文所設(shè)計的AFCI樣品達(dá)到了動作特性標(biāo)準(zhǔn)的要求。
【關(guān)鍵詞】：電弧故障 斷路器 AFCI 小波變換
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM561
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 選題背景與研究意義10-11
• 1.2 故障電弧檢測的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外對故障電弧檢測的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)對故障電弧檢測的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容及本文結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 電弧的檢測與分析16-26
• 2.1 電弧的形成及分類16-18
• 2.2 電弧的檢測18-20
• 2.3 電弧信號分析的數(shù)學(xué)工具20-25
• 2.3.1 短時傅里葉變換21
• 2.3.2 小波變換21-24
• 2.3.3 小波分析在故障診斷中的應(yīng)用24
• 2.3.4 小波變換的模極大值與奇異點檢測24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 電弧故障檢測算法研究26-38
• 3.1 多負(fù)載下串聯(lián)電弧電流波形分析26-30
• 3.2 并聯(lián)電弧特性分析30
• 3.3 對電弧信號平肩區(qū)特性的分析30-32
• 3.4 平肩區(qū)寬度波動值算法研究32-34
• 3.5 故障電弧的小波分解34-37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第4章 電弧故障斷路器的設(shè)計與實現(xiàn)38-51
• 4.1 故障電弧的檢測方法38
• 4.2 電弧故障斷路器的硬件設(shè)計38-46
• 4.2.1 硬件結(jié)構(gòu)38-39
• 4.2.2 電源電路39-40
• 4.2.3 信號采集與調(diào)理電路40-41
• 4.2.4 高通濾波電路41-42
• 4.2.5 脫扣驅(qū)動電路42-43
• 4.2.6 漏電保護(hù)電路43-44
• 4.2.7 MCU電路44-45
• 4.2.8 PCB板制作45-46
• 4.3 電弧故障斷路器的軟件設(shè)計46-50
• 4.3.1 軟件開發(fā)環(huán)境46-47
• 4.3.2 主程序設(shè)計47
• 4.3.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計47-48
• 4.3.4 故障電弧檢測子程序設(shè)計48-50
• 4.3.5 看門狗子程序設(shè)計50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第5章 AFCI的動作特性驗證試驗51-59
• 5.1 串聯(lián)電弧故障試驗51-53
• 5.1.1 驗證在已帶負(fù)載的電路出現(xiàn)串聯(lián)電弧故障時的正確動作52-53
• 5.1.2 驗證同時接入負(fù)載和串聯(lián)電弧故障時的正確動作53
• 5.1.3 驗證負(fù)載電路中突然出現(xiàn)串聯(lián)電弧故障時的正確動作53
• 5.2 并聯(lián)電弧故障試驗53-58
• 5.2.1 驗證限流并聯(lián)電弧時的正確動作53-56
• 5.2.2 驗證切割電纜并聯(lián)電弧試驗時的正確動作56-58
• 5.3 誤脫扣試驗58
• 5.4 本章小節(jié)58-59
• 總結(jié)與展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 致謝63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 何寧;梁坡;于勝云;;基于通道型光電倍增管的電弧放電檢測[J];光子學(xué)報;2011年03期

2 馬征;張國鋼;柯春俊;;一種基于高頻電流頻譜分析的故障電弧檢測方法[J];低壓電器;2010年09期

3 陳德桂;;低壓電弧故障斷路器——一種新型低壓保護(hù)電器[J];低壓電器;2007年03期

4 羅雷;劉暉;;新型家用電弧故障斷路器(AFCI)的開發(fā)[J];建筑電氣;2006年02期

5 楊梅,張振文,孫宏強,張永弟;小波分析與傅里葉分析的比較及其在故障診斷中的應(yīng)用[J];中國測試技術(shù);2005年02期

6 刁彥華,王玉田,陳國通;基于小波變換模極大值的信號奇異性檢測[J];河北工業(yè)科技;2004年01期

7 年培新,羅時璜,董葆生,熊其求;低壓配電領(lǐng)域中的故障電弧防護(hù)[J];低壓電器;2000年01期

，

本文編號：644970