采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或?yàn)V除干擾的電弧故障檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種電弧故障檢測(cè)裝置，特別是一種采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或 濾除干擾的電弧故障檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，電弧故障檢測(cè)（AFD)技術(shù)方法多種，但是對(duì)于單相串激電機(jī)家用電器(如粉 碎機(jī)、手電鉆等)使用情況下，AFD檢測(cè)到的電弧信號(hào)混雜著串激電機(jī)干擾信號(hào)，技術(shù)上采用 FFT變換技術(shù)提取電弧分量技術(shù)，誤動(dòng)作問(wèn)題不能從干擾源解決。
[0003] 家用單相串激電機(jī)電器(粉碎機(jī)、豆?jié){機(jī)等）產(chǎn)生的電磁干擾主要是由電動(dòng)機(jī)工 作時(shí)引起的。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，電刷將相鄰的換向片短路，導(dǎo)致參加換向的電樞線(xiàn) 圈短路，回路流過(guò)短路電流。當(dāng)換向片轉(zhuǎn)到與電刷斷開(kāi)位置時(shí)，電刷和換向片之間產(chǎn)生換 向火花，使換向區(qū)域附近的空氣介質(zhì)電離，在空氣中形成帶電粒子，從而形成電磁干擾，這 種火花電離放電產(chǎn)生的干擾頻譜較寬且連續(xù)分布，對(duì)廣播電視產(chǎn)品、通訊類(lèi)產(chǎn)品以及其他 電子類(lèi)產(chǎn)品有較大的干擾作用；其次，電動(dòng)工具中的一些非線(xiàn)性器件工作，如可控硅、整流 二極管、晶體管開(kāi)關(guān)等，由于其導(dǎo)通和截止的工作特性和導(dǎo)通的穩(wěn)定性較差，也會(huì)產(chǎn)生高頻 次諧波干擾分量；還有由于電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子的開(kāi)槽設(shè)計(jì)和線(xiàn)圈上的磁路設(shè)計(jì)比較 飽和，也會(huì)產(chǎn)生較大的高頻諧波分量引起電磁干擾。上述電磁干擾往往會(huì)通過(guò)電動(dòng)工具的 電源線(xiàn)以傳導(dǎo)和輻射的方式向公共電網(wǎng)和空間傳播，直接或間接的影響其他設(shè)備的正常工 作。
[0004] 目前在電源輸入端抵抗干擾技術(shù)有屏蔽、接地(浮地、單點(diǎn)接地和接地網(wǎng)）與濾波 三種，用得最多的是濾波技術(shù)，在信號(hào)中抵抗干擾技術(shù)控制電子線(xiàn)路中常用JT型低通濾波 電路，低通濾波電路為頻率較低的信號(hào)(如50HZ)提供低阻抗通道，對(duì)頻率較高的信號(hào)產(chǎn)生 較大的衰減，以實(shí)現(xiàn)干擾抑制。
[0005] AFD電弧檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高水平，但對(duì)于串激電機(jī)干擾還沒(méi)有很好的解決 方法。串激電機(jī)電氣火花干擾一方面來(lái)自供電線(xiàn)路，另一方面來(lái)自空間。干擾是目前難以 濾除的主要問(wèn)題，AFD在大幅度濾除干擾信號(hào)的同時(shí)也犧牲了供電線(xiàn)路電弧信號(hào)。對(duì)于電 動(dòng)家用電器使用情況下出現(xiàn)誤動(dòng)作問(wèn)題，一直存在著待解決問(wèn)題。在滿(mǎn)足故障電弧檢測(cè)準(zhǔn) 確要求情況下，串激電機(jī)家用電器干擾信號(hào)會(huì)造成AFD誤動(dòng)作，這種情況下很難滿(mǎn)足用戶(hù) 使用要求，會(huì)造成誤動(dòng)作給用戶(hù)帶來(lái)斷電事故。如果滿(mǎn)足不誤動(dòng)作要求，故障電弧檢測(cè)靈敏 度下降，又會(huì)造成故障電弧漏檢，這個(gè)互為矛盾的問(wèn)題造成了 AFD產(chǎn)品質(zhì)量難以提高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的，是要提供一種采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或?yàn)V除干擾的電弧故 障檢測(cè)裝置，它采用干擾信號(hào)做同步參考信號(hào)，采用同步時(shí)序?qū)Ρ燃夹g(shù)，可以在混雜的信號(hào) 中判斷出來(lái)電弧信號(hào)和干擾信號(hào)，為脫扣機(jī)構(gòu)提供指令。
[0007] 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或?yàn)V除干擾的電弧故障 檢測(cè)裝置，在電源L線(xiàn)或N線(xiàn)上設(shè)電流傳感器CT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電流傳感 器CT采集到電弧信號(hào)（包括干擾信號(hào)）；在電源L線(xiàn)與N線(xiàn)之間并聯(lián)電壓互感器PT，并經(jīng) 導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電壓互感器PT采集到干擾信號(hào)(包括少量的電弧信號(hào)）；單片機(jī) MCU與脫扣機(jī)構(gòu)相連接；開(kāi)關(guān)電源由電源L、N線(xiàn)供電，輸出分別與單片機(jī)MCU及脫扣機(jī)構(gòu)相 連接；所述電流傳感器CT采集到電弧信號(hào)與電壓互感器PT采集到干擾信號(hào)經(jīng)單片機(jī)MCU 進(jìn)行信號(hào)時(shí)序檢測(cè)，符合同步時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，不符合同步時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即脫 扣。
[0008] 本實(shí)用新型通過(guò)高電阻在電源L線(xiàn)、N線(xiàn)上采集干擾信號(hào)，或通過(guò)電壓互感器PT采 集，或通過(guò)光耦合器件采集，或通過(guò)電源L、N線(xiàn)表面電場(chǎng)非接觸采集，或通過(guò)空間電磁場(chǎng)非 接觸采集。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果是，通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的干擾信號(hào)做同步時(shí)序處理，單片機(jī)MCU 將處理后的同步時(shí)序干擾信號(hào)與電弧信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，如果采集到的電弧信號(hào)與干擾信號(hào)是 同步的，那么這個(gè)信號(hào)丟掉，不作為線(xiàn)路發(fā)生電弧處理問(wèn)題；如果采集到的電弧信號(hào)與干擾 信號(hào)不具有同步特性，則認(rèn)為存在電弧故障，單片機(jī)MCU給出動(dòng)作信號(hào)，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，BP 脫扣。另外存在一種沒(méi)有同步干擾信號(hào)，則認(rèn)為存在電弧故障，單片機(jī)MCU也給出動(dòng)作信 號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本實(shí)用新型工作原理框圖。
[0011] 圖2為本實(shí)用新型示意圖。
[0012] 圖3為本實(shí)用新型電原理圖。
[0013] 圖4為本實(shí)用新型所述脫扣機(jī)構(gòu)外觀示意圖。
[0014] 圖5為圖4去殼后的示意圖。
[0015] 圖6為電弧信號(hào)示意圖。
[0016] 圖7為干擾信號(hào)示意圖。
[0017] 圖4、5中：1.定位銷(xiāo)，2. AFD扳手，3.指示燈，4.脫扣聯(lián)動(dòng)桿，5.電源L線(xiàn)固定孔， 6.電源N線(xiàn)固定孔，7.護(hù)板，8.電源N線(xiàn)帶輸出端，9.電源L線(xiàn)帶輸出端，10.外殼，11.脫扣 電磁鐵，12. U形連桿，13.脫扣支架，14.電壓傳感器，15.電流傳感器，16.電路板，17. RS485 端口。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本實(shí)用新型所述采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或?yàn)V除干擾的電弧故障檢測(cè)裝置，如圖 1 一 7所示，在電源L線(xiàn)或N線(xiàn)上設(shè)電流傳感器CT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電流傳感 器CT采集到電弧信號(hào)；在電源L線(xiàn)與N線(xiàn)之間并聯(lián)電壓互感器PT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU 相連接，電壓互感器PT采集到干擾信號(hào)；單片機(jī)MCU與脫扣機(jī)構(gòu)相連接；開(kāi)關(guān)電源由電源 L、N線(xiàn)供電，輸出分別與單片機(jī)MCU及脫扣機(jī)構(gòu)相連接；所述電流傳感器CT采集到電弧信 號(hào)與電壓互感器PT采集到干擾信號(hào)經(jīng)單片機(jī)MCU進(jìn)行信號(hào)時(shí)序檢測(cè)，符合同步時(shí)序，脫扣 機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，不符合同步時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即脫扣。
[0019] 本實(shí)用新型通過(guò)高電阻在電源L線(xiàn)、N線(xiàn)上采集干擾信號(hào)，或通過(guò)電壓互感器PT采 集，或通過(guò)光耦合器件采集，或通過(guò)電源L、N線(xiàn)表面電場(chǎng)非接觸采集，或通過(guò)空間電磁場(chǎng)非 接觸采集。
[0020] 本實(shí)用新型工作原理框圖，見(jiàn)圖1，根據(jù)干擾信號(hào)作為同步信號(hào)的原理，使電弧檢 測(cè)技術(shù)抗干擾能力得到極大的提高，也使電路信號(hào)分析和處理變得簡(jiǎn)單化。
[0021] 圖2為本實(shí)用新型示意圖，圖2中電流傳感器CT采集到的信號(hào)(含負(fù)荷電流、電弧 信號(hào)、干擾信號(hào)）做傅立葉級(jí)數(shù)變換，一個(gè)綜合信號(hào)其傅立葉級(jí)數(shù)的表達(dá)式為：
[0023] 在公式一中，n=l時(shí)，f(t)信號(hào)代表著工頻電流的基波分量，將n=l代入公式一 得：
[0025] 其峰值為4ΕΜ/π，相對(duì)于工頻基波的Em來(lái)說(shuō)相當(dāng)于是多出了一個(gè)系數(shù)4/π的倍 率關(guān)系。
[0026] 再設(shè)fR(t)為干擾同步信號(hào)，Er為干擾同步電壓的峰值；f Jt)電弧與干擾同步時(shí) 序信號(hào)，Ei為電弧信號(hào)峰值。
[0027] 那么干擾同步信號(hào)調(diào)制電弧信號(hào)強(qiáng)度：
[0028] F(t)=fR(t)+ fi(t) 公式二
[0029] 當(dāng)n=l時(shí)，根據(jù)公式一，干擾同步信號(hào)fR(t)= 4*ER/π sirM，
[0030] 同理，電弧基波信號(hào)亦可變?yōu)閠(t)= ^E1/!! shiM，
[0031] 那么干擾同步信號(hào)調(diào)制后的電弧信號(hào)F(t)= fR(t)+ fi(t) = ( Er+ Ε?)4*:__/JT，
[0032] 從上式可以看出，干擾同步信號(hào)是否符合同步時(shí)序還是不符合同步信號(hào)，其幅度 變化均與干擾同步信號(hào)與電弧信號(hào)成正比，其差異在于干擾同步信號(hào)與電弧信號(hào)相比較多 了一個(gè)系數(shù)4/ π。
[0033] 圖3為本實(shí)用新型電原理圖，是CT、PT采集到的干擾信號(hào)、電弧信號(hào)放大部分。
[0034] 圖4為本實(shí)用新型所述脫扣機(jī)構(gòu)外觀示意圖；圖5為圖4去殼后的示意圖。
[0035] 圖4、5中：1.定位銷(xiāo)，2. AFD扳手，3.指示燈，4.脫扣聯(lián)動(dòng)桿，5.電源L線(xiàn)固定孔， 6.電源N線(xiàn)固定孔，7.護(hù)板，8.電源N線(xiàn)帶輸出端，9.電源L線(xiàn)帶輸出端，10.外殼，11.脫扣 電磁鐵，12. U形連桿，13.脫扣支架，14.電壓傳感器，15.電流傳感器，16.電路板，17. RS485 端口。
[0036] 圖6中給出了電弧信號(hào)示意圖，由于工頻電壓過(guò)零點(diǎn)的特性，發(fā)生電弧故障時(shí)信 號(hào)特征具有重復(fù)性。在串激電機(jī)電器使用情況下發(fā)生電弧故障時(shí)，線(xiàn)路同時(shí)存在電弧和干 擾信號(hào)。
[0037] 圖7中給出了干擾信號(hào)示意圖，干擾信號(hào)強(qiáng)度在很多情況下大于電弧信號(hào)，但是 干擾信號(hào)不遵循周期性，本實(shí)用新型利用干擾信號(hào)作為同步信號(hào)，適合干擾信號(hào)具有隨機(jī) 性特性。
[0038] 電弧故障檢測(cè)（AFD)技術(shù)，由硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型使用了一個(gè)電流傳感 器CT，檢測(cè)AC電流的大小和di/dt，采集電弧信號(hào)，另外一只電壓互感器PT用于檢測(cè)干 擾信號(hào)，然后用運(yùn)算放大器進(jìn)行處理后，將信號(hào)再輸入MCU進(jìn)行處理，MCU將采樣數(shù)值進(jìn)行 分析，如果符合故障電弧的特性，MCU發(fā)出脫扣信號(hào)，使脫扣機(jī)構(gòu)斷開(kāi)。
[0039] 關(guān)于AFD性能對(duì)比試驗(yàn)：
[0040] 產(chǎn)品廠家A (廈門(mén)大恒科技有限公司）
[0041] 產(chǎn)品廠家B (跨國(guó)著名公司產(chǎn)品）
[0042] 產(chǎn)品廠家C (跨國(guó)著名公司產(chǎn)品）
[0043] 產(chǎn)品廠家D (國(guó)內(nèi)一大學(xué)科研項(xiàng)目）
[0044] 試驗(yàn)地點(diǎn)：沈陽(yáng)消防研究所、廈門(mén)大恒科技實(shí)驗(yàn)室
[0045] 試驗(yàn)時(shí)間：2014年5月-2015年7月
[0047] 從上述試驗(yàn)可以看出，本發(fā)明(產(chǎn)品廠家A)更具準(zhǔn)確性，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。
[0048] 以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或?yàn)V除干擾的電弧故障檢測(cè)裝置，其特征是：在電源L線(xiàn) 或N線(xiàn)上設(shè)電流傳感器CT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電流傳感器CT采集到電弧信號(hào)； 在電源L線(xiàn)與N線(xiàn)之間并聯(lián)電壓互感器PT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電壓互感器PT 采集到干擾信號(hào)；單片機(jī)MCU與脫扣機(jī)構(gòu)相連接；開(kāi)關(guān)電源由電源L、N線(xiàn)供電，輸出分別與 單片機(jī)MCU及脫扣機(jī)構(gòu)相連接；所述電流傳感器CT采集到電弧信號(hào)與電壓互感器PT采集 到干擾信號(hào)經(jīng)單片機(jī)MCU進(jìn)行信號(hào)時(shí)序檢測(cè)，符合同步時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，不符合同步 時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即脫扣。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型所述采集干擾信號(hào)做同步信號(hào)或?yàn)V除干擾的電弧故障檢測(cè)裝置，在電源L線(xiàn)或N線(xiàn)上設(shè)電流傳感器CT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電流傳感器CT采集到電弧信號(hào)；在電源L線(xiàn)與N線(xiàn)之間并聯(lián)電壓互感器PT，并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)與單片機(jī)MCU相連接，電壓互感器PT采集到干擾信號(hào)；單片機(jī)MCU與脫扣機(jī)構(gòu)相連接；開(kāi)關(guān)電源由電源L、N線(xiàn)供電，輸出分別與單片機(jī)MCU及脫扣機(jī)構(gòu)相連接；所述電流傳感器CT采集到電弧信號(hào)與電壓互感器PT采集到干擾信號(hào)經(jīng)單片機(jī)MCU進(jìn)行信號(hào)時(shí)序檢測(cè)，符合同步時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，不符合同步時(shí)序，脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，即脫扣。
【IPC分類(lèi)】G01R31/02, G01R31/12
【公開(kāi)號(hào)】CN204758749
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520566187
【發(fā)明人】李欣, 呂慶勇, 胡耀祖
【申請(qǐng)人】廈門(mén)大恒科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日