具有电弧检测功能的直流固态功率控制器的研究

论文摘要

固态功率控制器作为先进飞机配电系统中的重要配电电器,其兼有开关和保护的功能。但是,在实际运用中发现,除了过流、短路等故障会引起飞机配电系统的不安全,电弧也是造成飞机不安全的一个重要因素。因此,为了提高飞机的安全性,在固态功率控制器的基础上加入故障电弧检测是固态功率控制器的一个发展方向。本文首先介绍了电弧的原理、特性及其模型的发展,并选择了Cassie模型做为故障电弧的仿真模型,得到了为实验做指导的波形。其次,在实验室条件下做了串型电弧和并型电弧的实验,得到了两者故障发生时的电流波形和数据。然后,本文对实验数据进行了快速傅立叶分析和TCA分析,并将故障电弧和正常情况、其他故障情况的分析结果进行了比较,设计了一种故障电弧的检测算法,并利用实验数据对算法进行了初步验证。再次,本文介绍了具有电弧检测功能的固态功率控制器的软硬件设计。在硬件部分,本文对数字部分和功率部分的设计进行了介绍;在软件部分,本文对主程序、数据处理、故障电弧检测算法以及通讯程序进行了阐述,其中,重点研究了故障电弧检测算法的软件实现。最后,对具有电弧检测功能的直流固态功率控制器的原理样机进行了实验,实验结果验证了理论分析和软、硬件设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 先进飞机配电系统
• 1.1.2 固态功率控制器的历史与发展
• 1.1.3 数字控制技术的特点与应用
• 1.2 课题的研究意义与主要内容
• 第二章 电弧故障特性仿真研究
• 2.1 电弧简介
• 2.1.1 电弧的原理、特性及其危害
• 2.1.2 电弧的分类
• 2.2 电弧故障的仿真研究
• 2.2.1 电弧模型及其发展
• 2.2.2 电弧仿真数学模型的选择和介绍
• 2.2.3 电弧故障的电流特性仿真分析
• 2.2.3.1 纯阻性负载回路中的串型电弧故障仿真分析
• 2.2.3.2 阻感性负载回路中的串型电弧故障仿真分析
• 2.2.3.3 阻容性负载回路中的串型电弧故障仿真分析
• 2.2.3.4 纯阻性负载回路中的并型电弧故障仿真分析
• 2.2.3.5 阻感性负载回路中的并型电弧故障仿真分析
• 2.2.3.6 阻容性负载回路中的并型电弧故障仿真分析
• 2.3 本章小节
• 第三章 电弧故障检测方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 电弧故障检测的国内外研究现状
• 3.2.1 运用于开关柜中的电弧故障检测技术
• 3.2.2 运用于汽车系统中的电弧故障检测技术
• 3.2.3 电弧故障的频域检测技术
• 3.2.4 电弧故障检测技术的新发展
• 3.2.5 电弧故障检测的应用
• 3.3 电弧故障实验及其数据分析
• 3.3.1 电弧故障实验
• 3.3.1.1 接线端松动实验
• 3.3.1.2 闸刀实验
• 3.3.2 电弧故障实验数据分析研究
• 3.3.2.1 快速傅立叶变换
• 3.3.2.2 实验数据的FFT 分析
• 3.3.2.3 TCA 算法
• 3.3.3 电弧故障检测算法
• 3.3.3.1 电弧故障检测算法设计
• 3.3.3.2 初步算法验证
• 3.4 本章小节
• 第四章 具有电弧检测功能的直流固态功率控制器的研究
• 4.1 引言
• 4.2 具有电弧检测功能的直流固态功率控制器的硬件设计
• 4.2.1 数字电路
• 4.2.1.1 数字部分电源
• 4.2.1.2 DSP 芯片
• 4.2.1.3 CPLD 芯片
• 4.2.1.4 通讯电路
• 4.2.2 功率电路
• 4.2.2.1 开关管
• 4.2.2.2 开关管的驱动电路
• 4.2.2.3 检测电路和短路保护电路
• 4.3 具有电弧检测功能的直流固态功率控制器的软件设计
• 4.3.1 系统主程序
• 4.3.2 数据处理子程序
• 4.3.3 定时器T1 中断子程序与电弧判断子程序
• 4.3.4 通讯接收中断
• 4.4 具有电弧检测功能的直流固态功率控制器的实验和分析
• 4.4.1 阻性负载下开通、关断测试
• 4.4.2 容性开通、感性关断测试
• 4.4.3 阻性负载下短路保护测试
• 4.4.4 阻性负载时过流保护测试
• 4.4.5 阻性负载时串型电弧保护测试
• 4.4.6 阻感性负载时串型电弧保护测试
• 4.4.7 阻容性负载时串型电弧保护测试
• 4.4.8 阻性负载时并型电弧保护测试
• 4.4.9 阻感性负载时串型电弧保护测试
• 4.4.10 阻容性负载时并型电弧保护测试
• 4.5 本章小节
• 第五章 全文总结和展望
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 后续工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与完成的科研项目
• 攻读硕士学位期间发表的论文