采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电弧故障检测装置，特别是一种采集干扰信号做同步信号或滤除 干扰的电弧故障检测装置。
【背景技术】
[0002] 目前，电弧故障检测（AFD)技术方法多种，但是对于单相串激电机家用电器(如粉 碎机、手电钻等)使用情况下，AFD检测到的电弧信号混杂着串激电机干扰信号，技术上采用 FFT变换技术提取电弧分量技术，误动作问题不能从干扰源解决。
[0003] 家用单相串激电机电器(粉碎机、豆浆机等）产生的电磁干扰主要是由电动机工 作时引起的。电动机工作时电枢转动，电刷将相邻的换向片短路，导致参加换向的电枢线 圈短路，回路流过短路电流。当换向片转到与电刷断开位置时，电刷和换向片之间产生换 向火花，使换向区域附近的空气介质电离，在空气中形成带电粒子，从而形成电磁干扰，这 种火花电离放电产生的干扰频谱较宽且连续分布，对广播电视产品、通讯类产品以及其他 电子类产品有较大的干扰作用；其次，电动工具中的一些非线性器件工作，如可控硅、整流 二极管、晶体管开关等，由于其导通和截止的工作特性和导通的稳定性较差，也会产生高频 次谐波干扰分量；还有由于电动机的定子铁芯和转子的开槽设计和线圈上的磁路设计比较 饱和，也会产生较大的高频谐波分量引起电磁干扰。上述电磁干扰往往会通过电动工具的 电源线以传导和辐射的方式向公共电网和空间传播，直接或间接的影响其他设备的正常工 作。 目前在电源输入端抵抗干扰技术有屏蔽、接地(浮地、单点接地和接地网）与滤波三种， 用得最多的是滤波技术，在信号中抵抗干扰技术控制电子线路中常用JT型低通滤波电路， 低通滤波电路为频率较低的信号(如50Hz)提供低阻抗通道，对频率较高的信号产生较大的 衰减，以实现干扰抑制。
[0004] AFD电弧检测技术已经达到了很高水平，但对于串激电机干扰还没有很好的解决 方法。串激电机电气火花干扰一方面来自供电线路，另一方面来自空间。干扰是目前难以 滤除的主要问题，AFD在大幅度滤除干扰信号的同时也牺牲了供电线路电弧信号。对于电 动家用电器使用情况下出现误动作问题，一直存在着待解决问题。在满足故障电弧检测准 确要求情况下，串激电机家用电器干扰信号会造成AFD误动作，这种情况下很难满足用户 使用要求，会造成误动作给用户带来断电事故。如果满足不误动作要求，故障电弧检测灵敏 度下降，又会造成故障电弧漏检，这个互为矛盾的问题造成了 AFD产品质量难以提高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，是要提供一种采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检 测装置，它采用干扰信号做同步参考信号，采用同步时序对比技术，可以在混杂的信号中判 断出来电弧信号和干扰信号，为脱扣机构提供指令。
[0006] 本发明是这样实现的，所述采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检测 装置，在电源L线或N线上设电流传感器CT，并经导线与单片机MCU相连接，电流传感器CT 采集到电弧信号(包括干扰信号）；在电源L线与N线之间并联电压互感器PT，并经导线与 单片机MCU相连接，电压互感器PT采集到干扰信号(包括少量的电弧信号）；单片机MCU与 脱扣机构相连接；开关电源由电源L、N线供电，输出分别与单片机MCU及脱扣机构相连接； 所述电流传感器CT采集到电弧信号与电压互感器PT采集到干扰信号经单片机MCU进行信 号时序检测，符合同步时序，脱扣机构不动作，不符合同步时序，脱扣机构动作，即脱扣。
[0007] 本发明通过高电阻在电源L线、N线上采集干扰信号，或通过电压互感器PT采集， 或通过光耦合器件采集，或通过电源L、N线表面电场非接触采集，或通过空间电磁场非接 触采集。
[0008] 本发明的有益效果是，通过对检测到的干扰信号做同步时序处理，单片机MCU将 处理后的同步时序干扰信号与电弧信号进行比对，如果采集到的电弧信号与干扰信号是同 步的，那么这个信号丢掉，不作为线路发生电弧处理问题；如果采集到的电弧信号与干扰信 号不具有同步特性，则认为存在电弧故障，单片机MCU给出动作信号，脱扣机构动作，即脱 扣。另外存在一种没有同步干扰信号，则认为存在电弧故障，单片机MCU也给出动作信号。
【附图说明】
[0009]图1为本发明工作原理框图。
[0010] 图2为本发明示意图。
[0011] 图3为本发明电原理图。
[0012] 图4为本发明所述脱扣机构外观示意图。
[0013] 图5为图4去壳后的示意图。
[0014] 图6为电弧信号示意图。
[0015] 图7为干扰信号示意图。
[0016] 图4、5中：1.定位销，2. AFD扳手，3.指示灯，4.脱扣联动杆，5.电源L线固定孔， 6.电源N线固定孔，7.护板，8.电源N线带输出端，9.电源L线带输出端，10.外壳，11.脱扣 电磁铁，12. U形连杆，13.脱扣支架，14.电压传感器，15.电流传感器，16.电路板，17. RS485 端口。
【具体实施方式】
[0017] 本发明所述采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检测装置，如图1一 7所示，在电源L线或N线上设电流传感器CT，并经导线与单片机MCU相连接，电流传感器 CT采集到电弧信号；在电源L线与N线之间并联电压互感器PT，并经导线与单片机MCU相 连接，电压互感器PT采集到干扰信号；单片机MCU与脱扣机构相连接；开关电源由电源L、N 线供电，输出分别与单片机MCU及脱扣机构相连接；所述电流传感器CT采集到电弧信号与 电压互感器PT采集到干扰信号经单片机MCU进行信号时序检测，符合同步时序，脱扣机构 不动作，不符合同步时序，脱扣机构动作，即脱扣。
[0018] 本发明通过高电阻在电源L线、N线上采集干扰信号，或通过电压互感器PT采集， 或通过光耦合器件采集，或通过电源L、N线表面电场非接触采集，或通过空间电磁场非接 触采集。
[0019] 本发明工作原理框图，见图1，根据干扰信号作为同步信号的原理，使电弧检测技 术抗干扰能力得到极大的提高，也使电路信号分析和处理变得简单化。
[0020] 图2为本发明示意图，图2中电流传感器CT采集到的信号(含负荷电流、电弧信 号、干扰信号）做傅立叶级数变换，一个综合信号其傅立叶级数的表达式为：
在公式一中，n=l时，f (t)信号代表着工频电流的基波分量，将n=l代入公式一得： Fn=1 (t) =4EM / Jr sh) ujt 其峰值为4EM/ ，相对于工频基波的Em来说相当于是多出了一个系数4/ 的倍率关 系。
[0021] 再设fR(t)为干扰同步信号，Er为干扰同步电压的峰值；fjt)电弧与干扰同步时 序信号，Ei为电弧信号峰值。
[0022] 那么干扰同步信号调制电弧信号强度： F(t)=fR(t)+ f;(t) 公式二 当n=l时，根据公式一，干扰同步信号fR(t)= 4*Er/jt 同理，电弧基波信号亦可变为fjt)= ^E1/!! 那么干扰同步信号调制后的电弧信号F(t)= fR(t)+ fi(t) = ( Er+ 从上式可以看出，干扰同步信号是否符合同步时序还是不符合同步信号，其幅度变化 均与干扰同步信号与电弧信号成正比，其差异在于干扰同步信号与电弧信号相比较多了一 个系数4/ JT。
[0023] 图3为本发明电原理图，是CT、PT采集到的干扰信号、电弧信号放大部分。
[0024] 图4为本发明所述脱扣机构外观示意图；图5为图4去壳后的示意图。
[0025] 图4、5中：1.定位销，2. AFD扳手，3.指示灯，4.脱扣联动杆，5.电源L线固定孔， 6.电源N线固定孔，7.护板，8.电源N线带输出端，9.电源L线带输出端，10.外壳，11.脱扣 电磁铁，12. U形连杆，13.脱扣支架，14.电压传感器，15.电流传感器，16.电路板，17. RS485 端口。
[0026] 图6中给出了电弧信号示意图，由于工频电压过零点的特性，发生电弧故障时信 号特征具有重复性。在串激电机电器使用情况下发生电弧故障时，线路同时存在电弧和干 扰信号。
[0027] 图7中给出了干扰信号示意图，干扰信号强度在很多情况下大于电弧信号，但是 干扰信号不遵循周期性，本发明利用干扰信号作为同步信号，适合干扰信号具有随机性特 性。
[0028] 电弧故障检测（AFD)技术，由硬件和软件实现。本发明使用了一个电流传感器CT， 检测AC电流的大小和di/dt，采集电弧信号，另外一只电压互感器PT用于检测干扰信 号，然后用运算放大器进行处理后，将信号再输入MCU进行处理，MCU将采样数值进行分析， 如果符合故障电弧的特性，MCU发出脱扣信号，使脱扣机构断开。
[0029]关于AFD性能对比试验： 产品厂家A (厦门大恒科技有限公司） 产品厂家B (跨国著名公司产品） 产品厂家C (跨国著名公司产品） 产品厂家D (国内一大学科研项目） 试验地点：沈阳消防研究所、厦门大恒科技实验室 试验时间：2014年5月-2015年7月
从上述试验可以看出，本发明(产品厂家A)更具准确性，不会产生误动作。
[0030] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检测装置，其特征是：在电源L线 或N线上设电流传感器CT，并经导线与单片机MCU相连接，电流传感器CT采集到电弧信号； 在电源L线与N线之间并联电压互感器PT，并经导线与单片机MCU相连接，电压互感器PT 采集到干扰信号；单片机MCU与脱扣机构相连接；开关电源由电源L、N线供电，输出分别与 单片机MCU及脱扣机构相连接；所述电流传感器CT采集到电弧信号与电压互感器PT采集 到干扰信号经单片机MCU进行信号时序检测，符合同步时序，脱扣机构不动作，不符合同步 时序，脱扣机构动作，即脱扣。2. 根据权利要求1所述采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检测装置，其 特征是：采集电源L线、N线上的干扰信号，或通过电压互感器PT采集，或通过光耦合器件 采集，或通过电源L、N线表面电场非接触采集，或通过空间电磁场非接触采集。
【专利摘要】本发明所述采集干扰信号做同步信号或滤除干扰的电弧故障检测装置，在电源L线或N线上设电流传感器CT，并经导线与单片机MCU相连接，电流传感器CT采集到电弧信号；在电源L线与N线之间并联电压互感器PT，并经导线与单片机MCU相连接，电压互感器PT采集到干扰信号；单片机MCU与脱扣机构相连接；开关电源由电源L、N线供电，输出分别与单片机MCU及脱扣机构相连接；所述电流传感器CT采集到电弧信号与电压互感器PT采集到干扰信号经单片机MCU进行信号时序检测，符合同步时序，脱扣机构不动作，不符合同步时序，脱扣机构动作，即脱扣。
【IPC分类】G01R31/02, G01R31/12
【公开号】CN105067939
【申请号】CN201510460336
【发明人】李欣, 吕庆勇, 胡耀祖
【申请人】厦门大恒科技有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月31日