CN103376372A - 一种三相afci检测装置 - Google Patents

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傅哲龙
傅俊豪
黄紫教
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Abstract

本发明涉及一种三相AFCI检测装置，包括三相电路传感电路和微处理器控制电路，所述三相电路传感电路的输出信号依次经模拟开关电路、电压跟随器电路、信号放大电路、A\D数据转换电路传输至微处理器控制电路，所述微处理器控制电路的输出信号控制发送至电源驱动电路，所述微处理器控制电路与485通信接口电路双向数据通信，485通信接口电路与PC机双向数据通信，其采用三相传感器采集电弧波信号，由微处理器经总线传至PC机，由PC机在线检测读取数据，并自动生成各种电弧波形数据库与标准电弧数据库，由PC机在线判断对比后，发出相应控制指令，解决了电弧的多种复合弧与传统只能检测单相回路电弧的技术难题。

Description

一种三相AFCI检测装置
技术领域
本发明涉及一种故障检测装置，特别涉及的是一种三相AFCI检测装置。
背景技术
据上海消防局统计上海仅2004年11月份共发生火灾186起(上报数字)，而其中电气火灾竟有63起，平均每天2.1起，占火灾总数的32.9％。远远高于24.6％的用火火灾稳居各类火灾之首，直接经济损失59.50万余元。
美国消防局的报告中指出，仅1997年就有40100起住宅的火灾是由电气问题造成的，共造成676百万美元的财产损失。同时，该报告还指出，家用电器的接线引起的火灾是电气设备引起火灾的2倍，其中最主要的一种导致火灾的原因是故障电弧。所谓电弧实际上就是一种放电现象，当两个高电势差导体靠近到一定距离时，两导体之间的空气在高电势差作用下会瞬间变成导体，从而产生一道夺目的火花——这就是电弧，电弧一般具有很高的亮度和极高的温度。从广义上来说，小到衣服上的电火花，大到天地为之色变的霹雳闪电，都属于电弧这一范畴。而我们现今夜生活的重要组成部分——形形色色的各式电灯。也是由英国人汉弗莱戴维的弧光灯发展而来。电弧在UL1699标准中定义是：电弧是两个电极之间跨越某种绝缘介质的持续放电并伴随着发光现象，同时电极伴随着电极的局部放电。
线路上的电弧可分为两种：一种是正常的操作电弧，称为好弧；另一种是故障电弧，称为坏弧。好弧是指电机旋转所产生的电弧，如电钻、吸尘器等，另外，当人们开关电器或插拔电器时产生的弧也属于好弧范围内。坏弧也就是故障电弧，主要是由于松散的导线连接以及绝缘体的切断等原因产生的。故障电弧的类型基本上可分两类：线对线电弧(并联电弧)和线间电弧(串联电弧)。日常生活中，串联电弧的发生频率相对较高，由于家庭或工业使用中，开启不同的电器设备所产生的电弧会产生叠加，称为复合弧。为了防范此类电弧引起的火灾，而在电路中最常见、最危险的电气火灾隐患，恰恰是由接地电弧性短路引起的火灾。电弧的特点是温度很高，电流很小，持续时间短，一旦出现击穿点则会频繁出现。一般为防止短路设计的断路器无法检测到此类故障，最有效的方法是采用“电弧故障断路器(AFCI，Arc Fault Circuit Interrupter)”，它能检测是否存在电弧，若有则采取短路保护。传统的弧断路器主要用于单相AC220V配电系统中，目前三相电弧检测装置还处于空白产品。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种三相电弧数据在线电弧波形信号采集、仿真、数据库生成、判断等信号处理控制的三相AFCI检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三相AFCI检测装置，包括三相电路传感电路和微处理器控制电路，所述三相电路传感电路的输出信号依次经模拟开关电路、电压跟随器电路、信号放大电路、A\D数据转换电路传输至微处理器控制电路，其中由微处理器控制电路控制模拟开关电路内部电路的通断，所述微处理器控制电路的输出信号控制发送至电源驱动电路，所述微处理器控制电路与485通信接口电路双向数据通信，485通信接口电路与PC机双向数据通信。
优选的，所述三相电路传感电路由分别穿过三根相线与中性线的三相电流互感器的输出端连接并联的分流电阻及分压电阻构成。
优选的，所述电压跟随器电路由运算放大器IC2/A的输出端连接反馈电阻R7和下拉电阻R9构成。
优选的，所述信号放大电路由运算放大器IC2/B的输出端连接滤波电容器C1构成。
优选的，所述485通信接口电路通过SN75176通信接口芯片IC5的输出端连接到RS485通信接口的COM端口。
优选的，所述微处理器控制电路采用89S52单片机控制器。
优选的，所述微处理器控制电路连接有看门狗模块IC4。
通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过三相电流互感器采集电弧波信号，经信号处理器后由微处理器控制电路经485通信接口总线传至PC机，由PC机在线检测读取数据，由PC机自动在线仿真读取当前数据信息，并存储自动生成对比数据库，该数据库寄存了三相电流传感器所采集的复合弧、好弧、坏弧等多种波形信号，经PC机判断并与该数据进行对比分析后，进行现场仿真读取、寄存、生成数据库，然后综合判断后，再经系统总线发出信号至微处理器，由微处理器发出相应驱动指令，达到三相电弧数据在线电弧波形信号采集、仿真、数据库生成、判断等信号处理控制的目的，解决了电弧的多种复合弧与传统只能检测单相回路电弧的技术难题。
附图说明
图1是本发明的方框结构图；
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。
如图1、图2所示，本发明的一种三相AFCI检测装置，包括三相电路传感电路1和微处理器控制电路2，所述三相电路传感电路1的输出信号依次经模拟开关电路11、电压跟随器电路12、信号放大电路13、A\D数据转换电路14传输至微处理器控制电路2，其中由微处理器控制电路2控制模拟开关电路11内部电路的通断，所述微处理器控制电路2的输出信号控制发送至电源驱动电路21，所述微处理器控制电路2与485通信接口电路22双向数据通信，485通信接口电路22与PC机23双向数据通信。
所述三相电路传感电路1由分别穿过三根相线与中性线的三相电流互感器(TR1、TR2、TR3)的输出端连接并联的分流电阻及分压电阻构成。
由三相电流互感器TR1采集线路中电弧波形信号，实时检测电流波形不同电流图型信息。此信号输出后，经电阻R1分流、电阻R2分压，连接到模拟开关模块IC1的第14管脚，由89S52主控制芯片U1的第22、23、24端，分别连接模拟开关模块IC1的第9、10、11端，由89S52主控制芯片U1控制模拟开关模块IC1内部电路通断与断开，循环检测各路数的波形状态。
当模拟开关模块IC1的第14管脚有信号输入时，其第3脚公共输出第脚连接到运算放大器IC2/A的第2脚，运算放大器IC2/A的第3脚连接电阻R8分压。此时运算放大器IC2/A的第1脚输出端连接反馈电阻R7和下拉电阻R9构成电压跟随器电路12。其输出端连接到运算放大器IC2/B的第5脚，经运算放大器IC2/B内部放大信号，由运算放大器IC2/B的第7脚输出放大信号，经电容器C1滤波后，此信号输入到A\D数据转换模块IC3的第2脚，由A\D数据转换电路IC3的第5、6、7脚与89S52主控制芯片U1组成数据通信电路，经89S52主控制芯片U1读取A\D数据转换电路IC3的数据信号，经A\D数据转换电路IC3内部判断处理后，通过通信输出端口发送信号传送给SN75176通信接口芯片IC5，SN75176通信接口芯片IC5的第6、7端传送到PC机，PC接收到信息后与本机存储的原始电弧数据信息库进仿真对比。经PC机判断并与该数据进行对比分析后，进行仿真读取、寄存、生成数据库，然后综合判断后，再经系统总线发出信号至89S52主控制芯片U1，由89S52主控制芯片U1发出相应驱动指令，达到三相电弧数据在线电弧波形信号采集、仿真、数据库生成、判断等信号处理控制的目的。
PC机数据库存储截流前电弧不稳定过程中存在许多不成功截断，即许多次熄弧和熄弧后恢复电压导致的电弧重燃，不成功截断时电弧电压波形上出现恢复电压上升随后又击穿的尖峰，电弧电流波形上出现陡然减小，由此引起电流高频振荡，影响电弧不稳定过程的主要电路参数是负载并联电容、触头并联电容和试验主回路连线的杂散电感等而产生的波形图，若PC机判断为电弧故障信息后，通过SN75176通信接口芯片IC5回传到89S52主控制芯片U1接收端口(RXD)的第10端。由89S52主控制芯片U1的第26脚输出高电平信号，经电阻R13限流，使光电耦合器IC6导通，推动继电器K闭合，同时负载电源被切断，借助于计算机模拟计算，更清楚地分析了电弧不稳定过程中电弧电压、电弧电流及电路参数之间的关系。
所述89S52主控制芯片U1连接有看门狗模块IC4，可使89S52主控制芯片U1的内部程序自动恢复。
其他两相电弧波形检测电路由电流互感器TR2、TR3等组成，其原理与电流互感器TR1组成的波形检测电路相同，这里面不再重复。
以上所述的仅为本发明的一较佳实施例而已，不能限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与装饰，皆应仍属于本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种三相AFCI检测装置，其特征在于：包括三相电路传感电路(1)和微处理器控制电路(2)，所述三相电路传感电路(1)的输出信号依次经模拟开关电路(11)、电压跟随器电路(12)、信号放大电路(13)、A\D数据转换电路(14)传输至微处理器控制电路(2)，其中由微处理器控制电路(2)控制模拟开关电路(11)内部电路的通断，所述微处理器控制电路(2)的输出信号控制发送至电源驱动电路(21)，所述微处理器控制电路(2)与485通信接口电路(22)双向数据通信，485通信接口电路(22)与PC机(23)双向数据通信。
2.根据权利要求1所述的三相AFCI检测装置，其特征在于：所述三相电路传感电路(1)由分别穿过三根相线与中性线的三相电流互感器的输出端连接并联的分流电阻及分压电阻构成。
3.根据权利要求1所述的三相AFCI检测装置，其特征在于：所述电压跟随器电路(12)由运算放大器IC2/A的输出端连接反馈电阻R7和下拉电阻R9构成。
4.根据权利要求1所述的三相AFCI检测装置，其特征在于：所述信号放大电路(13)由运算放大器IC2/B的输出端连接滤波电容器C1构成。
5.根据权利要求1所述的三相AFCI检测装置，其特征在于：所述485通信接口电路(22)通过SN75176通信接口芯片IC5的输出端连接到RS485通信接口的COM端口。
6.根据权利要求1至5任一项所述的三相AFCI检测装置，其特征在于：所述微处理器控制电路(2)采用89S52单片机控制器。
7.根据权利要求1至5所述的三相AFCI检测装置，其特征在于：所述微处理器控制电路(2)连接有看门狗模块IC4。
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