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直流断路器转移电流的电弧采集及特性分析

作　者: 周忠志
导　师: 董恩源
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 直流断路器 Mayr电弧模型 PWM控制原理数字图像处理技术电弧面积变化
分类号: TM561
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,随着高压直流输电工程的快速发展,直流的应用领域越来越广泛,对直流断路器的需求也随之增加,对其可靠性的要求也越来越严格。直流输电在远距离大容量输电中有着无可比拟的优点,更凸显了直流断路器的重要性。但相比于交流开断而言,直流开断较为困难,是由于其没有自然过零点。电流转移法是通过在直流电流上叠加反向电流来创造过零点,从而实现直流开断。本文采用Matlab/Simulink建立了Mayr电弧模型对电流转移过程进行仿真,分析该过程中电流及断口电压的变化情况。试验控制系统采用ATMEGA16L作为主控芯片,分别设计时序控制器及调速控制器。利用时序控制器上的键盘及LCD12864,实现试验中的时序控制；调速控制器进行电容电压的实时采集,利用PWM控制原理,设计IGBT桥式电路,实现主断路器开断速度的调节控制。调速控制器顺利通过电磁兼容测试,并成功实现对试验电路的控制。本文通过选用合适的电容和电感组成振荡回路模拟产生直流故障电流,并由高频电路产生反向投入电流,从而完成直流开断试验。试验中采用高速摄像机对开断过程中的电弧进行采集,并通过数字图像处理技术对其进行分析,得到直流电弧的形态和特点。对回路中的断路器和球隙进行分散性测试、时序控制测试及调速控制测试,通过合理调整参数采集到较好的电弧图像；并利用Matlab软件对图像进行二值化处理,得到电弧面积变化曲线。相比交流开断结果,得出直流开断的电弧面积变化的特点。通过研究不同开断速度时电弧面积变化情况,表明在一定范围内速度越快越利于电弧的熄灭。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 直流开断的方法  9-13
  1.3 本课题国内外研究现状  13
  1.4 论文的主要研究内容  13-15
2 电流转移原理及试验  15-25
  2.1 电流转移原理  15-18
  2.2 试验原理  18-24
    2.2.1 低频部分  19-20
    2.2.2 高频部分  20-21
    2.2.3 检测部分  21-23
    2.2.4 图像采集部分  23-24
  2.3 本章小结  24-25
3 电流转移的仿真分析  25-34
  3.1 Matlab/Simulink用于电流转移的仿真  25-33
    3.1.1 Matlab/Simulink在电气中的应用  25
    3.1.2 电弧模型的选择  25-28
    3.1.3 仿真模型的建立及仿真  28-33
  3.2 本章小结  33-34
4 控制电路  34-47
  4.1 时序控制器  34-37
    4.1.1 控制芯片  34-36
    4.1.2 周围模块  36-37
  4.2 调速控制器  37-41
    4.2.1 电力电子驱动电路  37-38
    4.2.2 信号调理电路  38-39
    4.2.3 A/D采集电路  39-40
    4.2.4 电源电路  40
    4.2.5 其他电路  40-41
  4.3 软件部分  41-42
  4.4 电磁兼容试验  42-46
  4.5 本章小结  46-47
5 试验分析及数字图像处理  47-62
  5.1 试验电路  47-53
    5.1.1 分散性测试  48-51
    5.1.2 时序控制  51-53
    5.1.3 调速测试  53
  5.2 试验结果分析  53-56
  5.3 电弧图像的数字图像处理  56-61
    5.3.1 电弧的图像特征  56-57
    5.3.2 电弧图像的特征分析  57-59
    5.3.3 分断速度对电弧图像特征的影响  59-61
  5.4 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  66-67
致谢  67-68

直流断路器转移电流的电弧采集及特性分析

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