本文關(guān)鍵詞：電弧故障斷路器的控制器設(shè)計(jì)與研究

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【摘要】：電弧故障斷路器(Arc Fault Circuit Interrupters,簡(jiǎn)稱AFCI)技術(shù)是一項(xiàng)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(guó)國(guó)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(lái)越高,對(duì)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(shí)的電弧電流低于過(guò)流保護(hù)裝置所設(shè)定的動(dòng)作電流,同時(shí)故障發(fā)生時(shí)也無(wú)對(duì)地泄漏,因而傳統(tǒng)的保護(hù)裝置無(wú)法對(duì)故障電弧提供有效的防護(hù)。所以,對(duì)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(guò)程。之后探討了電弧信號(hào)分析的數(shù)學(xué)工具,包括短時(shí)傅里葉變換和小波變換。對(duì)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(hào)。故障電弧的檢測(cè)方法是AFCI設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)。檢測(cè)方法的提出要基于故障電弧的特征。本文主要從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度研究故障電弧的特點(diǎn)。首先通過(guò)對(duì)比不同負(fù)載電弧電流的波形,總結(jié)出故障電弧時(shí)域特征,并基于此提出時(shí)域檢測(cè)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(cè)算法。在故障電弧檢測(cè)辦法的基礎(chǔ)上進(jìn)行AFCI的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。AFCI整體上來(lái)說(shuō)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)。主要的硬件模塊包括了開(kāi)關(guān)電源模塊、信號(hào)采集模塊、高通濾波模塊、脫扣驅(qū)動(dòng)模塊、漏電保護(hù)模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。硬件的設(shè)計(jì)不僅要考慮功能的實(shí)現(xiàn),還要考慮電路板的EMC問(wèn)題。PCB的設(shè)計(jì)要從細(xì)節(jié)著手提升模塊的抗干擾能力。軟件采用C語(yǔ)言編寫代碼,開(kāi)發(fā)環(huán)境為MDK4.0。軟件主要包括AD采集、信號(hào)處理、故障檢測(cè)和看門狗等模塊。軟件設(shè)計(jì)要滿足數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和算法的可靠性等要求。AFCI樣機(jī)設(shè)計(jì)完成后,本文按照國(guó)家針對(duì)電弧故障斷路器所出臺(tái)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(dòng)作特性試驗(yàn)。主要是驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的AFCI能否在不同要求的電路配置中,檢測(cè)到故障電弧后,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成脫扣動(dòng)作,以及在復(fù)雜環(huán)境下是否具備抗干擾和排除誤動(dòng)作的能力。試驗(yàn)結(jié)果表明,本論文所設(shè)計(jì)的AFCI樣品達(dá)到了動(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(cè)的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國(guó)外對(duì)故障電弧檢測(cè)的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)故障電弧檢測(cè)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容及本文結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 電弧的檢測(cè)與分析16-26
• 2.1 電弧的形成及分類16-18
• 2.2 電弧的檢測(cè)18-20
• 2.3 電弧信號(hào)分析的數(shù)學(xué)工具20-25
• 2.3.1 短時(shí)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(diǎn)檢測(cè)24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 電弧故障檢測(cè)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(duì)電弧信號(hào)平肩區(qū)特性的分析30-32
• 3.4 平肩區(qū)寬度波動(dòng)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(jì)與實(shí)現(xiàn)38-51
• 4.1 故障電弧的檢測(cè)方法38
• 4.2 電弧故障斷路器的硬件設(shè)計(jì)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(hào)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(dòng)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(jì)46-50
• 4.3.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境46-47
• 4.3.2 主程序設(shè)計(jì)47
• 4.3.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)47-48
• 4.3.4 故障電弧檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)48-50
• 4.3.5 看門狗子程序設(shè)計(jì)50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第5章 AFCI的動(dòng)作特性驗(yàn)證試驗(yàn)51-59
• 5.1 串聯(lián)電弧故障試驗(yàn)51-53
• 5.1.1 驗(yàn)證在已帶負(fù)載的電路出現(xiàn)串聯(lián)電弧故障時(shí)的正確動(dòng)作52-53
• 5.1.2 驗(yàn)證同時(shí)接入負(fù)載和串聯(lián)電弧故障時(shí)的正確動(dòng)作53
• 5.1.3 驗(yàn)證負(fù)載電路中突然出現(xiàn)串聯(lián)電弧故障時(shí)的正確動(dòng)作53
• 5.2 并聯(lián)電弧故障試驗(yàn)53-58
• 5.2.1 驗(yàn)證限流并聯(lián)電弧時(shí)的正確動(dòng)作53-56
• 5.2.2 驗(yàn)證切割電纜并聯(lián)電弧試驗(yàn)時(shí)的正確動(dòng)作56-58
• 5.3 誤脫扣試驗(yàn)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)】

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本文編號(hào)：644970