電弧故障斷路器的控制器設計與研究.pdf

1、電弧故障斷路器(Arc Fault Circuit Interrupters，AFCI)技術是一項最新的電路保護技術，主要作用是防止由故障電弧引起的火災。隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)及居民用電量日益增高，電氣火災事故也更加頻發(fā)，其中因故障電弧引起的電氣火災事故所占比例越來越高，對故障電弧的研究及保護己經(jīng)引起了廣泛關注。由于發(fā)生電弧故障時的電弧電流低于過流保護裝置所設定的動作電流，同時故障發(fā)生時也無對地泄漏，因而傳統(tǒng)的保護裝置無法對故

2、障電弧提供有效的防護。所以，對故障電弧特征的研究并在此基礎上研制出新型的電弧故障斷路器具有十分重要的意義。
　　本文首先從電學和物理學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設計成功的基礎。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

3、通過對比不同負載電弧電流的波形，總結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下進行小波分解，總結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上進行AFCI的硬件設計和軟件設計。AFCI整體上來說是一個標準的嵌入式系統(tǒng)。主要的硬件模塊包括了開關電源模塊、信號采集模塊、高通濾波模塊、脫扣驅(qū)動模塊、漏電保護模塊以及單片機最小系統(tǒng)。硬件的設計不僅要考慮功能的實現(xiàn)，還要考慮電路

4、板的EMC問題。PCB的設計要從細節(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樣機設計完成后，本文按照國家針對電弧故障斷路器所出臺的標準GB/T31143-2014的要求，進行了電弧故障斷路器的動作特性試驗。主要是驗證所設計的AFCI能否在不同要求的電路配置中，檢測到故障電弧后，