浅析航空交流电弧特性及检测算法

来源: 发布时间:2020-05-22 09:12:44

  摘要:航空电气系统容易产生电弧,这是非常危险的,有关研究表明,很多航空空难、故障都是由于电气系统供电线路表面产生持续的电弧造成的。为了提高航空运输的安全性,必须加强这方面的研究。对电弧检测非常重要,当前的方法都是利用电弧的特点进行检测,保证检测的准确性,进行判断航空系统运行的安全性。下面就对这些方面进行分析,希望给有关人士一些借鉴。

  关键词:交流电弧;特性;检测算法

  当电弧放电时有一些特点,例如产生电磁辐射、噪声、热量、强光等,电弧的温度很高,对其他设备器件带来一定的危害,除此之外,电弧还会造成短路,最终出现大面积停电的情况。

  1分析航空交流电弧特性

  1.1分析故障电弧的特点

  一般电弧在几微秒的时间内就可以达到4000k-50000k,触头、绝缘材料被烧毁,直接导致不安全问题的发生;如果周围放置了易燃易爆的物品,电弧很可能会将其点燃,进而引发爆炸和火灾。针对飞机而言,这种电弧将会导致飞机局部出现故障,不能正常起飞和降落,甚至酿成机毁人亡的悲剧。一般故障电弧存在以下特征:因为航空电缆具备绝缘性特点,所以当出现航空故障后,电弧持续的时间不会很长,在对其捕捉的过程中会存在一定的难度;与短路电流相比,故障电弧电流强度比较低,在过零点时容易发生熄灭情况,在短时间内可以穿插到正常电流中;实际电弧频率是400HZ,而电力系统中的电弧频率则是50HZ,两者有很大的差距[1]。

  1.2分析电弧发生的原理

  电弧的产生尤其原理,在两个电极之间,电弧会在两个绝缘介质间穿越,同时一直保持放点状态,在这一整个环节中电弧会发生局部挥发的情况,电弧的产生过程是一种较为复杂的电磁反应。比较常见的电弧都是在阴极和阳极之间产生的。带有电弧的位置,会存在比较高的电离气压,从而使得电弧有所限制,在带有电弧的区域会释放出气体及电极物质,两者都会有较高的热度,通常电弧有两种类型,一种是串型电弧,另一种是并型电弧。

  1.3分析电弧的发生装置

  可以参考下图分析电弧的发生装置,这一设备的规格时根据我国标准条款中规定的要求设置的,主要由移动电极和固定电极构成,移动电极是由铜杆构成的,固定电极是由碳石墨构成的。要求两个电极的末端必须是尖锐的,当电极互相接触过程中,必须要完全封闭,接通电路之后进行滑块的移动,这样两个电极就可以保持一定的距离,最终就会形成电弧[2]。

  圈1:电弧发生装置

  1.4分析电弧、电压、电流的特点

  相关人员在分析这方面内容时,可以参考相关的波形图分析。技术人员研究了大量的电弧波,发现这类电弧波都有一些特点,下面就具体进行分析。第一点,发现在电压和电流波形中存在高频噪声;第二点,顺着电弧会有电压降产生;第三点,在缺少补偿设备时,在电弧方向上回存在着电压降,电弧电流在同一条线的一点上时,会比非电弧电流低,所以可将其看为非线性负载;第四点,和正常电流相比,电弧电流上升的速度比较快;第五点,对于电弧电流来说,在经过半周波时,过零点前会熄灭一个电流,但在经过零点后会立刻复燃,从这一情况可以看出,经过每半个周波内都会形成一个零电流区[3]。

  圈2:电弧电压电流特性

  2分析检测电弧的方法

  2.1频域检测方法研究

  所存在的电弧电流平稳,电流中会存在较大的谐波,利用相关软件将电弧电流数据导入到软件中之后,可以看到电流频谱特点。当产生电弧之后,在某一段频率上会出现较大的谐波。根据现有电弧硬件检测设计方法,针对其谐波大的特点,在电弧事件的检测上,可通过触发信号进行,主要是电弧较为集中的频段。例如提取谐波比较集中的一段,将这一段放大处理,在电弧产生后,对电路输出进行放大,得到一个比较大的值,随后将其输入到比较器的正端位置。

  2.2时域检测方法研究

  当产生电弧后,电流峰值要比正常的电流小,根据这一特点进行检测。峰值电流每半波就可以送入CPU,在CPU采样率上,应设置合适的值,从而检测到交流信号中各个半波电流的最大值,通过TCA算法进行其他半波的计算,如果TCA算法计算数值都比电弧检测阀值大,就可以判断是一次电弧事件。

  在电弧事件发生后,相应的电弧波形会产生不规则的变化,这是产生的电流值随机性较大,采样电流平均值不会近似于零,因此可以应用平均值检测方法的进行检测。对四个半波采样值的平均值实施相加处理,在与前四个半波的平均值实施相减处理,经过计算得出的值大于设定的阀值之后,就可以判断为是电弧事件。

  结束语:

  综上所述,本文研究航空交流电弧特性与检测算法,发现检测方法比较多,但是频域检测方法不适于应用在嵌入式系统中,所以,在航空系统方面,需要通过平均值检测算法以及电流变化率检测算法进行检测。

  参考文献:

  [1]王禹,郑先成,何国华.航空交流电弧特性及检测算法研究[J].机电一体化, 2012,18(03):57-60.


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