專利名稱：一種大功率電器電弧故障檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及低壓配電系統(tǒng)電弧故障檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于檢測(cè)大功率電器電弧故障的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民用電負(fù)荷的急劇增加，加上線路老化等原因，電氣火災(zāi)頻頻發(fā)生。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，因電氣原因引發(fā)的火災(zāi)在各類火災(zāi)中高居榜首，約占30%。而電氣火災(zāi)很大比重是由于電弧故障引發(fā)的。這些危險(xiǎn)的電弧可能發(fā)生在設(shè)計(jì)不合理或者老化的供電線路上、電器插頭以及家用電器的電源線、內(nèi)部線束或零部件絕緣上。故障電弧的特點(diǎn)是線路中電流可能減小，但溫度高，并使故障迅速擴(kuò)大，直至點(diǎn)燃附近的可燃物而引發(fā)火災(zāi)。所以預(yù)防這種由電弧故障引發(fā)的火災(zāi)尤為重要。傳統(tǒng)的過電流保護(hù)斷路器和剩余電流保護(hù)斷路器已廣泛采用，但它在一些場(chǎng)合起不到故障電弧保護(hù)的作用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)家用電路電弧故障領(lǐng)域還處于研究開發(fā)階段，雖然有少數(shù)公司已研發(fā)出針對(duì)家用電路的電弧故障斷路器，但其在市面上的流通還未真正開始，其可靠性還尚未得到很好的驗(yàn)證。國(guó)外對(duì)于電弧危害的認(rèn)識(shí)較早，對(duì)電弧故障檢測(cè)的研究起步早，美國(guó)針對(duì)120V/60HZ的家用電弧故障斷路器已在市面上銷售，并于2002年全國(guó)電器條例(NEC)要求所有在臥室內(nèi)安裝的支路，都要安裝法令列出的電弧故障斷路器，以保護(hù)整條支路。2002全國(guó)電氣條例還要求單相電源線加插頭連接的室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)器需要有工廠安裝的LCDI和AFCI保護(hù)裝置。自2004年8月I日后，在美國(guó)市場(chǎng)銷售的家用大功率電器要求必須帶具有AFCI功能的電源插頭。目前我國(guó)針對(duì)大功率電器插頭的電弧故障保護(hù)裝置雖然還未強(qiáng)制要求安裝，市面上也未曾出現(xiàn)此類產(chǎn)品。但是為了保護(hù)大功率電器的用電安全，如空調(diào)等，針對(duì)我國(guó)240V/50HZ的單相電源線 加插頭連接的大功率電器設(shè)計(jì)一款體積小，便于安裝并有效提供電弧故障保護(hù)的裝置是有必要的。對(duì)于大功率電器電弧故障斷路器的安裝也是我國(guó)將來保證用電安全的一種必然趨勢(shì)。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種大功率電器電弧故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括電流信號(hào)互感器，用于獲得電器的電流信號(hào)作為電弧故障檢測(cè)的信號(hào)源；運(yùn)放精密整流電路，用于將電流信號(hào)整形成正脈沖信號(hào)；比較電路，用于將正脈沖信號(hào)整形成矩形脈沖信號(hào)；電壓跟隨器電路，用于匹配前級(jí)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)的阻抗，隔離前后級(jí)之間的影響，使單片機(jī)系統(tǒng)可以得到正確的矩形脈沖信號(hào)；單片機(jī)系統(tǒng)，所述單片機(jī)系統(tǒng)包括主程序、定時(shí)器中斷程序和電弧判斷程序，[0012]所述定時(shí)器中斷程序，設(shè)置高電平時(shí)間長(zhǎng)度閥值區(qū)間，用于在線捕獲矩形脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度，并根據(jù)高電平時(shí)間長(zhǎng)度判定電弧半波發(fā)生的個(gè)數(shù)；所述電弧判斷程序，統(tǒng)計(jì)電弧半波發(fā)生個(gè)數(shù)作為識(shí)別電弧故障事件的發(fā)生的判據(jù)，當(dāng)電弧半波個(gè)數(shù)大于等于一定數(shù)量時(shí)，判定為一個(gè)電弧故障事件發(fā)生。進(jìn)一步的，電流信號(hào)互感器采集240V/50HZ交流電的一個(gè)周期的電流信號(hào)。進(jìn)一步的，正脈沖信號(hào)通過單限比較電路，當(dāng)信號(hào)為設(shè)定值時(shí)比較輸出高電平，反之輸出低電平，既整形成矩形脈沖信號(hào)。進(jìn)一步的，定時(shí)器中斷程序在單片機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置五個(gè)高電平時(shí)間長(zhǎng)度閾值區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)判斷沒有電弧半波發(fā)生、一個(gè)電弧半波發(fā)生、兩個(gè)電弧半波發(fā)生、三個(gè)電弧半波發(fā)生、方波脈沖的抖動(dòng)干擾；所述電弧判斷程序，單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算0.5s內(nèi)在高電平長(zhǎng)度閥值區(qū)間發(fā)生的電弧半波總個(gè)數(shù)，電弧半波發(fā)生總個(gè)數(shù)大于等于8個(gè)判定一個(gè)電弧故障事件發(fā)生。進(jìn)一步的，單片機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置方波脈沖變化閥值區(qū)間，當(dāng)一個(gè)電弧事故障件發(fā)生以后，單片機(jī)系統(tǒng)以電弧故障事件發(fā)生的時(shí)間內(nèi)的方波脈沖變化為第二判據(jù)，當(dāng)方波脈沖變化累加值超出閥值區(qū)間時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)給出脫扣信號(hào)、斷開電路。上述電弧故障檢測(cè)系統(tǒng)的主要工作流程如下:步驟一，通過電流信號(hào)互感器，采集一個(gè)周期內(nèi)離散的電流信號(hào)；步驟二，電流信號(hào)通過運(yùn)放精密整流電路，獲得電流信號(hào)的絕對(duì)值，形成正脈沖信號(hào);步驟三，將正脈沖信號(hào)整形成矩形脈沖信號(hào)；步驟四，將步驟三的矩形脈沖信號(hào)通過電壓跟隨器，進(jìn)行前后級(jí)阻抗匹配后輸入單片機(jī)系統(tǒng)，通過單片機(jī)系統(tǒng)定時(shí)器的PWM輸入模式捕獲矩形脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度；步驟五，單片機(jī)系統(tǒng)通中設(shè)置高電平時(shí)間長(zhǎng)度閥值區(qū)間，根據(jù)高電平時(shí)間長(zhǎng)度判定電弧半波發(fā)生的個(gè)數(shù)，統(tǒng)計(jì)電弧半波發(fā)生個(gè)數(shù)作為識(shí)別電弧故障事件的發(fā)生的判據(jù)，當(dāng)電弧半波個(gè)數(shù)大于等于一定數(shù)量時(shí)，判定為一個(gè)電弧故障事件發(fā)生。本實(shí)用新型具有如下有益效果:本實(shí)用新型通過電流互感器獲得裝有大功率電器支路進(jìn)線電流，經(jīng)過運(yùn)放整流電路，比較電路后，形成矩形脈沖波，由單片機(jī)系統(tǒng)捕獲該信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)判斷，從而判斷電弧故障事件的發(fā)生與否。該種電路系統(tǒng)通過電流信號(hào)結(jié)合故障電弧模型參數(shù)進(jìn)行判斷，夠準(zhǔn)確判斷出大功率電器電弧故障的發(fā)生、避免誤判，提高了故障檢測(cè)的可靠性，并予以脫扣切斷電路，為大功率電器用電安全提供保障，同時(shí)具有體積小，適合安裝于大功率電器插頭插座的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例大功率電器電弧故障檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例單片機(jī)系統(tǒng)主程序示意圖。圖3為本實(shí) 用新型實(shí)施例單片機(jī)系統(tǒng)定時(shí)器TIMl中斷程序示意圖。[0030]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例單片機(jī)系統(tǒng)定時(shí)器TIM2中斷程序示意圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例單片機(jī)系統(tǒng)電弧判斷程序示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型提供的實(shí)施例?！N大功率電器電弧故障檢測(cè)系統(tǒng),參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5所不,適用于家用大功率電器上，所述大功率電器電弧故障檢測(cè)電路包括電流信號(hào)傳感器1、運(yùn)放整流電路2,555比較電路3、電壓跟隨器4、單片機(jī)系統(tǒng)5，單片機(jī)系統(tǒng)5包括主程序、定時(shí)器中斷程序、電弧判斷程序三大部分，電流信號(hào)互感器1，采集240V/50HZ交流 電的一個(gè)周期的電流信號(hào)作為電弧故障檢測(cè)的信號(hào)源；運(yùn)放精密整流電路2，用于將電流信號(hào)整形成正脈沖信號(hào)；比較電路3，用于將正脈沖信號(hào)整形成矩形脈沖信號(hào)；電壓跟隨器電路4，用于匹配前級(jí)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)的阻抗，隔離前后級(jí)之間的影響，使單片機(jī)系統(tǒng)可以得到正確的矩形脈沖信號(hào)；單片機(jī)系統(tǒng)5，所述單片機(jī)系統(tǒng)包括定時(shí)器中斷程序和電弧判斷程序，所述定時(shí)器中斷程序，設(shè)置高電平時(shí)間長(zhǎng)度閥值區(qū)間，用于在線捕獲矩形脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度，并根據(jù)高電平時(shí)間長(zhǎng)度判定電弧半波發(fā)生的個(gè)數(shù)，所述電弧判斷程序，統(tǒng)計(jì)電弧半波發(fā)生個(gè)數(shù)作為識(shí)別電弧故障事件的發(fā)生的判據(jù)，當(dāng)電弧半波個(gè)數(shù)大于等于一定數(shù)量時(shí)，判定為一個(gè)電弧故障事件發(fā)生。在單片機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置五個(gè)高電平時(shí)間長(zhǎng)度閾值區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)判斷沒有電弧半波發(fā)生、一個(gè)電弧半波發(fā)生、兩個(gè)電弧半波發(fā)生、三個(gè)電弧半波發(fā)生、方波脈沖的抖動(dòng)干擾；所述電弧判斷程序，單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算0.5s內(nèi)在高電平長(zhǎng)度閥值區(qū)間發(fā)生的電弧半波總個(gè)數(shù)，電弧半波發(fā)生總個(gè)數(shù)大于等于8個(gè)判定一個(gè)電弧故障事件發(fā)生。定時(shí)器中斷程序，還設(shè)有方波脈沖變化閥值區(qū)間，所述電弧判斷程序，當(dāng)一個(gè)電弧事故障件發(fā)生以后，單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算電弧故障事件發(fā)生的時(shí)間內(nèi)的方波脈沖變化的累加值為第二判據(jù)，當(dāng)方波脈沖變化累加值超出閥值區(qū)間時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)給出脫扣信號(hào)、斷開電路。單片機(jī)系統(tǒng)5的程序運(yùn)行流程如下:①主程序中對(duì)定時(shí)器TMl、TM2初始化并將定時(shí)器TMl配置為PWM模式輸入，定時(shí)器TM2配置為定時(shí)10ms，然后程序處于while循環(huán)等待中斷狀態(tài)；②當(dāng)TMl捕獲到下降沿中斷時(shí)，提取寄存器中的高電平時(shí)間長(zhǎng)度，設(shè)定五個(gè)高電平時(shí)間長(zhǎng)度閾值區(qū)間，所測(cè)得的高電平時(shí)間長(zhǎng)度分別對(duì)應(yīng)這五個(gè)閾值區(qū)間，單片機(jī)分別可對(duì)這個(gè)高電平判定為沒有電弧半波發(fā)生、一個(gè)電弧半波的發(fā)生、兩個(gè)電弧半波的發(fā)生、三個(gè)電弧半波的發(fā)生或方波脈沖的抖動(dòng)干擾，用變量Arc_num為存儲(chǔ)IOms能的電弧個(gè)數(shù)，并用變量f置I表示TMl中斷有效；③當(dāng)TM2定時(shí)的IOms時(shí)間到，進(jìn)入中斷向已定義的長(zhǎng)度為50的整型數(shù)組中寫入當(dāng)前發(fā)生的電弧個(gè)數(shù)情況，且對(duì)0.5s內(nèi)所發(fā)生的電弧半波總數(shù)統(tǒng)計(jì)并判斷，滿足八個(gè)半波后，進(jìn)入第二判據(jù)，如果滿足第二判據(jù)的條件就判斷為電弧故障，即電弧檢測(cè)最后作出動(dòng)作響應(yīng)，最后清零變量f;④電弧判斷程序中，定義一個(gè)長(zhǎng)度為50的結(jié)構(gòu)體數(shù)組ArcRecord[50]，定時(shí)中斷每隔IOms將結(jié)構(gòu)體的高49個(gè)數(shù)向低49個(gè)數(shù)移動(dòng)，當(dāng)沒有電弧半波發(fā)生時(shí)向數(shù)ArcRecord[49]中ArcNum成員寫入O,向ArcRate成員寫入脈沖變化；當(dāng)有一個(gè)電弧半波發(fā)生時(shí)向數(shù)ArcNum[0]中寫入I,向ArcRate成員寫入脈沖變化；當(dāng)有兩個(gè)電弧半波發(fā)生時(shí)向數(shù)ArcRecord[49]、ArcRecord[48]中分別寫入1，向ArcRate成員寫入脈沖變化；當(dāng)有三個(gè)電弧半波發(fā)生時(shí)向數(shù)ArcRecord[47]、ArcRecord[48]、ArcRecord[49]分別寫入I，當(dāng)為方波脈沖的抖動(dòng)干擾時(shí)，程序不做任何處理。進(jìn)而計(jì)算結(jié)構(gòu)體ArcRate [50]的ArcNum成員數(shù)值總和，即電弧個(gè)數(shù)總和，當(dāng)總和大于等于八時(shí)初步判定為一個(gè)電弧故障事件的發(fā)生，然后進(jìn)一步求取結(jié)構(gòu)體中ArcRate成員的數(shù)值總和，當(dāng)此變化率超出閾值，單片機(jī)給出脫扣信號(hào)，斷開電路。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，故不能以此限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍，即依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本實(shí)用新型專利涵蓋 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種大功率電器電弧故障檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括 電流信號(hào)互感器，用于獲得電器的電流信號(hào)作為電弧故障檢測(cè)的信號(hào)源； 運(yùn)放精密整流電路，用于將電流信號(hào)整形成正脈沖信號(hào)； 比較電路，用于將正脈沖信號(hào)整形成矩形脈沖信號(hào)； 電壓跟隨器電路，用于匹配前級(jí)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)的阻抗，隔離前后級(jí)之間的影響，使單片機(jī)系統(tǒng)可以得到正確的矩形脈沖信號(hào)； 單片機(jī)系統(tǒng)，用于判定電弧半波發(fā)生的個(gè)數(shù)，并統(tǒng)計(jì)電弧半波發(fā)生個(gè)數(shù)識(shí)別電弧故障事件的 發(fā)生。
專利摘要本實(shí)用新型涉及低壓配電系統(tǒng)電弧故障檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率電器的電弧故障檢測(cè)系統(tǒng)，其包括電流信號(hào)互感器、運(yùn)放精密整流電路、比較電路、電壓跟隨器電路、以及單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)包括主程序、定時(shí)器中斷程序和電弧判斷程序，所述定時(shí)器中斷程序，設(shè)置高電平時(shí)間長(zhǎng)度閥值區(qū)間，用于在線捕獲矩形脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度，并根據(jù)高電平時(shí)間長(zhǎng)度判定電弧半波發(fā)生的個(gè)數(shù)，所述電弧判斷程序，統(tǒng)計(jì)電弧半波發(fā)生個(gè)數(shù)作為識(shí)別電弧故障事件的發(fā)生的判據(jù)，當(dāng)電弧半波個(gè)數(shù)大于等于一定數(shù)量時(shí)，判定為一個(gè)電弧故障事件發(fā)生。該檢測(cè)系統(tǒng)夠準(zhǔn)確判斷出大功率電器電弧故障的發(fā)生并予以脫扣切斷電路，為大功率電器用電安全提供保障。
文檔編號(hào)G01R31/00GK203117308SQ20122064257
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者張認(rèn)成, 楊建紅, 吳曉梅, 吳其勇, 黃莉, 占友雄 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)