電弧故障斷路器的控制器設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、電弧故障斷路器(Arc Fault Circuit Interrupters，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

2、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

3、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

4、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/T31143-2014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，