[發(fā)明專利]一種低壓交流電弧微觀狀態(tài)的宏觀表征方法

有效

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113406455B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭昕;黃志昂;單瀟潔
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種低壓交流電弧微觀狀態(tài)的宏觀表征方法，所述方法對電弧產(chǎn)生到熄滅的過程進(jìn)行表征，包括以下步驟：步驟S1、通過電系統(tǒng)測量模塊獲取電弧電壓數(shù)據(jù)，同時通過光系統(tǒng)測量模塊獲得電弧等離子體在時域上的連續(xù)電弧譜線數(shù)據(jù)；步驟S2、通過對電弧電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行小波能量譜變換得到電弧電壓波形特征值及電壓小波能量譜波形；步驟S3、對電弧譜線的Stark計算得到弧隙間電弧電子密度；步驟S4、選取與電子密度變化趨勢具有一致性的電壓小波能量譜波形，并根據(jù)所選取的電壓小波能量譜波形來選取對應(yīng)的電弧電壓波形特征值來表征電弧的燃弧狀態(tài)和趨勢；本發(fā)明能利用量化的宏觀特征參數(shù)來定量反饋電弧的狀態(tài)與趨勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種低壓交流電弧微觀狀態(tài)的宏觀表征方法。

背景技術(shù)

對低壓交流電弧的研究并降低其危害一直是低壓開關(guān)設(shè)備的重要研究方向。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，基于智能控制的電弧抑制技術(shù)已成為低壓開關(guān)設(shè)備智能控制的重要研究內(nèi)容，對電弧狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測并實現(xiàn)熄弧過程的自適應(yīng)控制已經(jīng)成為智能化控制的目標(biāo)，但是在實際研究中存在的主要難題為：1、電弧實時狀態(tài)缺乏有效的檢測方法；2、電弧抑制的效果無法進(jìn)行有效的對比和評判，限制了智能控制性能的提高。電弧狀態(tài)的宏觀表征與實時反饋是目前智能化開關(guān)設(shè)備零電流分?jǐn)嗫刂七^程的關(guān)鍵問題。

目前，在低壓交流電弧動態(tài)特性方面的研究取得了很多成果，電弧仿真技術(shù)為滅弧系統(tǒng)的設(shè)計提供了重要的指導(dǎo)意義，但是依然無法解決如何直觀判斷電弧燃燒特征的難題，也無法將電弧燃燒的三種狀態(tài)過程統(tǒng)一起來分析，要具象化地給出一個定量的燃弧特征參量依然是一個技術(shù)瓶頸。低壓交流電弧在操作過程中可直接觀測到的宏觀特性是其電路特性和圖像特性，這些特性更容易通過先進(jìn)的測量技術(shù)來獲得并反映電弧的燃弧過程和燃弧特征。國內(nèi)外學(xué)者在仿真研究的基礎(chǔ)上，通過實驗和測試手段對電弧的電路特性進(jìn)行了深入的研究，并分析了電弧溫度，電弧能量以及恢復(fù)電壓等參數(shù)對電弧運動的影響。但這些研究均只能對電弧的電路特性或圖像特性實現(xiàn)離線分析，如采用高速攝像機(jī)等獲得的電弧亮度、尺寸等量化的特性參數(shù)無法提供實時在線分析和處理，研究結(jié)果由于缺乏有效的電弧狀態(tài)表征參數(shù)而無法與低壓電器的智能控制過程相結(jié)合。

本發(fā)明通過研究電弧電壓波形的特征及其在時域上的分布軌跡與電弧狀態(tài)微觀機(jī)理的關(guān)系，利用量化的宏觀特征參數(shù)來定量反饋電弧的狀態(tài)與趨勢，利用電弧識別模型識別和提取穩(wěn)定有效的電弧狀態(tài)特征參數(shù)，并通過等離子體譜線測量及其電子密度計算，從機(jī)理上對其進(jìn)行闡釋，從而為電弧狀態(tài)宏觀表征的實現(xiàn)奠定理論基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種低壓交流電弧微觀狀態(tài)的宏觀表征方法，能利用量化的宏觀特征參數(shù)來定量反饋電弧的狀態(tài)與趨勢。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種低壓交流電弧微觀狀態(tài)的宏觀表征方法，所述方法對電弧產(chǎn)生到熄滅的過程進(jìn)行表征，包括以下步驟：

步驟S1、通過電系統(tǒng)測量模塊（1）獲取電弧電壓數(shù)據(jù)，同時通過光系統(tǒng)測量模塊（2）獲得電弧等離子體在時域上的連續(xù)電弧譜線數(shù)據(jù)；

步驟S2、通過對電弧電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行小波能量譜變換得到電弧電壓波形特征值及電壓小波能量譜波形；

步驟S3、對電弧譜線的Stark計算得到弧隙間電弧電子密度；

步驟S4、選取與電子密度變化趨勢具有一致性的電壓小波能量譜波形，并根據(jù)所選取的電壓小波能量譜波形來選取對應(yīng)的電弧電壓波形特征值來表征電弧的燃弧狀態(tài)和趨勢。

所述步驟S4中，當(dāng)弧隙間電弧電子密度保持在預(yù)設(shè)數(shù)量級時；所述電弧電壓波形特征值為對處于穩(wěn)定燃弧狀態(tài)的電弧進(jìn)行表征的電弧電壓波形特征值，電壓小波能量譜特征值穩(wěn)定在由采樣率和電壓等級決定的穩(wěn)定燃弧閾值；此時的電弧電子密度處于穩(wěn)定燃弧數(shù)量級。