淺析航空交流電弧特性及檢測算法

楚至濮 張濤

摘 要：航空電氣系統(tǒng)容易產(chǎn)生電弧，這是非常危險(xiǎn)的，有關(guān)研究表明，很多航空空難、故障都是由于電氣系統(tǒng)供電線路表面產(chǎn)生持續(xù)的電弧造成的。為了提高航空運(yùn)輸?shù)陌踩裕仨毤訌?qiáng)這方面的研究。對電弧檢測非常重要，當(dāng)前的方法都是利用電弧的特點(diǎn)進(jìn)行檢測，保證檢測的準(zhǔn)確性，進(jìn)行判斷航空系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。下面就對這些方面進(jìn)行分析，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

關(guān)鍵詞：交流電弧;特性;檢測算法

當(dāng)電弧放電時(shí)有一些特點(diǎn)，例如產(chǎn)生電磁輻射、噪聲、熱量、強(qiáng)光等，電弧的溫度很高，對其他設(shè)備器件帶來一定的危害，除此之外，電弧還會造成短路，最終出現(xiàn)大面積停電的情況。

1 分析航空交流電弧特性

1.1 分析故障電弧的特點(diǎn)

一般電弧在幾微秒的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到4000k-50000k，觸頭、絕緣材料被燒毀，直接導(dǎo)致不安全問題的發(fā)生;如果周圍放置了易燃易爆的物品，電弧很可能會將其點(diǎn)燃，進(jìn)而引發(fā)爆炸和火災(zāi)。針對飛機(jī)而言，這種電弧將會導(dǎo)致飛機(jī)局部出現(xiàn)故障，不能正常起飛和降落，甚至釀成機(jī)毀人亡的悲劇。一般故障電弧存在以下特征：因?yàn)楹娇针娎|具備絕緣性特點(diǎn)，所以當(dāng)出現(xiàn)航空故障后，電弧持續(xù)的時(shí)間不會很長，在對其捕捉的過程中會存在一定的難度;與短路電流相比，故障電弧電流強(qiáng)度比較低，在過零點(diǎn)時(shí)容易發(fā)生熄滅情況，在短時(shí)間內(nèi)可以穿插到正常電流中;實(shí)際電弧頻率是400HZ，而電力系統(tǒng)中的電弧頻率則是50HZ，兩者有很大的差距。[1]

1.2 分析電弧發(fā)生的原理

電弧的產(chǎn)生尤其原理，在兩個(gè)電極之間，電弧會在兩個(gè)絕緣介質(zhì)間穿越，同時(shí)一直保持放點(diǎn)狀態(tài)，在這一整個(gè)環(huán)節(jié)中電弧會發(fā)生局部揮發(fā)的情況，電弧的產(chǎn)生過程是一種較為復(fù)雜的電磁反應(yīng)。比較常見的電弧都是在陰極和陽極之間產(chǎn)生的。帶有電弧的位置，會存在比較高的電離氣壓，從而使得電弧有所限制，在帶有電弧的區(qū)域會釋放出氣體及電極物質(zhì)，兩者都會有較高的熱度，通常電弧有兩種類型，一種是串型電弧，另一種是并型電弧。

1.3 分析電弧的發(fā)生裝置

可以參考下圖分析電弧的發(fā)生裝置，這一設(shè)備的規(guī)格時(shí)根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)條款中規(guī)定的要求設(shè)置的，主要由移動(dòng)電極和固定電極構(gòu)成，移動(dòng)電極是由銅桿構(gòu)成的，固定電極是由碳石墨構(gòu)成的。要求兩個(gè)電極的末端必須是尖銳的，當(dāng)電極互相接觸過程中，必須要完全封閉，接通電路之后進(jìn)行滑塊的移動(dòng)，這樣兩個(gè)電極就可以保持一定的距離，最終就會形成電弧。

1.4 分析電弧、電壓、電流的特點(diǎn)

相關(guān)人員在分析這方面內(nèi)容時(shí)，可以參考相關(guān)的波形圖分析。技術(shù)人員研究了大量的電弧波，發(fā)現(xiàn)這類電弧波都有一些特點(diǎn)，下面就具體進(jìn)行分析。第一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在電壓和電流波形中存在高頻噪聲;第二點(diǎn)，順著電弧會有電壓降產(chǎn)生;第三點(diǎn)，在缺少補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，在電弧方向上回存在著電壓降，電弧電流在同一條線的一點(diǎn)上時(shí)，會比非電弧電流低，所以可將其看為非線性負(fù)載;第四點(diǎn)，和正常電流相比，電弧電流上升的速度比較快;第五點(diǎn)，對于電弧電流來說，在經(jīng)過半周波時(shí)，過零點(diǎn)前會熄滅一個(gè)電流，但在經(jīng)過零點(diǎn)后會立刻復(fù)燃，從這一情況可以看出，經(jīng)過每半個(gè)周波內(nèi)都會形成一個(gè)零電流區(qū)。

2 分析檢測電弧的方法

2.1 頻域檢測方法研究

所存在的電弧電流平穩(wěn)，電流中會存在較大的諧波，利用相關(guān)軟件將電弧電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中之后，可以看到電流頻譜特點(diǎn)。當(dāng)產(chǎn)生電弧之后，在某一段頻率上會出現(xiàn)較大的諧波。根據(jù)現(xiàn)有電弧硬件檢測設(shè)計(jì)方法，針對其諧波大的特點(diǎn)，在電弧事件的檢測上，可通過觸發(fā)信號進(jìn)行，主要是電弧較為集中的頻段。例如提取諧波比較集中的一段，將這一段放大處理，在電弧產(chǎn)生后，對電路輸出進(jìn)行放大，得到一個(gè)比較大的值，隨后將其輸入到比較器的正端位置。

2.2 時(shí)域檢測方法研究

當(dāng)產(chǎn)生電弧后，電流峰值要比正常的電流小，根據(jù)這一特點(diǎn)進(jìn)行檢測。峰值電流每半波就可以送入CPU，在CPU采樣率上，應(yīng)設(shè)置合適的值，從而檢測到交流信號中各個(gè)半波電流的最大值，通過TCA算法進(jìn)行其他半波的計(jì)算，如果TCA算法計(jì)算數(shù)值都比電弧檢測閥值大，就可以判斷是一次電弧事件。

在電弧事件發(fā)生后，相應(yīng)的電弧波形會產(chǎn)生不規(guī)則的變化，這是產(chǎn)生的電流值隨機(jī)性較大，采樣電流平均值不會近似于零，因此可以應(yīng)用平均值檢測方法的進(jìn)行檢測。對四個(gè)半波采樣值的平均值實(shí)施相加處理，在與前四個(gè)半波的平均值實(shí)施相減處理，經(jīng)過計(jì)算得出的值大于設(shè)定的閥值之后，就可以判斷為是電弧事件。

3 結(jié)語

綜上所述，本文研究航空交流電弧特性與檢測算法，發(fā)現(xiàn)檢測方法比較多，但是頻域檢測方法不適于應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中，所以，在航空系統(tǒng)方面，需要通過平均值檢測算法以及電流變化率檢測算法進(jìn)行檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1]王禹，鄭先成，何國華.航空交流電弧特性及檢測算法研究[J].機(jī)電一體化，2012，18（03）：57-60.