基于小波近似熵的串联电弧故障识别方法

根据UL1699标准搭建了串联电弧故障发生装置,并针对不同类型负载进行实验,获得了供电线路正常工作状态和发生电弧故障状态时的电流信号实验数据。应用小波变换对电流信号进行分解重构,通过近似熵(Ap En)算法对分解重构后各频段信号的不规则程度进行量化,得到电流信号的特征向量,并将其输入到支持向量机(SVM)。通过SVM对电流信号特征向量进行分类,完成电弧故障的检测识别。结果表明,通过小波近似熵算法得到的电弧故障特征向量能够作为诊断识别电弧故障的有效依据。

不同载流条件下滑动电接触特性

不同载流情况下,引起滑动接触面温升的主要因素有摩擦热、焦耳热、电弧热。接触面的温升使接触材料表面发生物理化学变化,从而改变了接触面成分,同时反过来影响接触面的滑动电接触性能。论文通过对铜基粉末冶金滑板、浸铜碳滑板两种滑板材料与铜锡导线的对磨实验,分析了两种滑板材料在受流摩擦时的磨损行为。研究表明:随着电流的增大,两种滑板材料的接触电阻、温度以及磨耗率都在增大,浸铜碳滑板材料的接触电阻变化率较小,但接触表面的温度偏高,该滑板磨耗率变化较小,受流磨损性能较好。

弓网电弧辐射电场噪声实验研究

近年来随着电力机车运行速度的不断提高,弓网电弧电磁噪声越来越严重,已经成为电力机车安全运行的隐患。为研究弓网电弧的电磁噪声及其抑制方法,设计了一套弓网电弧电磁噪声实验系统。该系统由电波暗室、弓网电弧发生器、弓网电弧检测系统组成。以铜接触导线-浸金属碳滑板为研究对象,通过改变接触压力、接触电流和运行速度,开展了64组弓网电弧辐射电磁噪声实验。弓网电弧的辐射电磁噪声主要体现为电场噪声,主要分布在30-500MHz之间,特别是在30-60MHz、60-80MHz频段内干扰强度较大。增大回路电流,则弓网电弧电场噪声的分布变得更加密集、干扰水平增强。增大接触压力或滑动速度,则电场噪声分布先变稀疏后变密集。

滑动电接触磨损过程变化的实验研究

以浸铜碳滑板、铜锡导线为摩擦副进行对磨实验,得出摩擦系数湍流状波动曲线,从而提出了滑板受流磨损过程的两个阶段:跑合期、相对稳定期。针对滑板在跑合期磨耗量大的问题,论文通过实验得出了适当增大接触压力、提高滑动速度可以缩短跑合期总时间,以减少磨损过程中总的磨耗量,同时提高受流质量。利用SSX?550扫描电子显微镜对跑合期、相对稳定期的滑板形貌进行分析,得出在跑合期受流磨损的主要形式为宏观电弧侵蚀与磨粒磨损;而相对稳定期以微观电弧烧蚀和粘着磨损为主。

基于相对稳定系数的滑动电接触特性

利用自行研制的高性能滑动电接触实验机,对铜基粉末冶金滑板的滑动电接触特性进行实验研究。通过引入两个相对稳定系数和载流效率值对实验结果进行分析,得出滑板的滑动电接触特性与接触压力、滑动速度和接触电流之间的关系。在滑动速度恒定的条件下,增大接触压力,摩擦系数会增大,却改善了滑板的受流质量和摩擦副的摩擦稳定性,从而使磨耗率呈现先减小后增大的U字形变化规律,磨耗率最小时对应的接触压力阈值随接触电流的增大而增大。在接触压力恒定条件下,摩擦副的摩擦系数随滑动速度的增加不断减小,但其摩擦稳定性及受流质量却不断恶化,磨耗率随滑动速度的增加而减小,随接触电流的增加而增大。

弓网离线接触电流总谐波畸变率的实验研究

受电弓与接触网(弓网)是电气化铁路中牵引供电系统的重要组成部分,弓网系统在运行过程中会发生离线现象,弓网离线会带来严重的电磁噪声问题。利用弓网电弧电磁噪声实验平台开展了不同条件下的弓网离线实验,分析了弓网离线状态下接触电流的频域特性。采用接触电流总谐波畸变率来表征弓网离线的传导电磁噪声特性,获得了接触电流总谐波畸变率与回流电流、接触压力和滑动速度之间的变化关系,建立了有效的接触电流总谐波畸变率数学模型,为深入研究弓网离线传导电磁噪声提供了实验依据和理论基础。

弓网滑动电接触摩擦力特性与建模研究

电气化铁路受电弓与接触网(弓网)系统的载流摩擦性能是影响列车受流和受电弓滑板磨损的关键因素。该文利用销盘式高速载流摩擦磨损实验机,以浸金属碳磨销与纯铜盘为摩擦副,获得与压力载荷、滑动速度、电流密度相关的摩擦力特性规律。摩擦力随着压力载荷的增加而增大,随着电流密度的增加而减小,随着滑动速度的增加而增大。并且随着压力载荷的增加,摩擦力的增大幅度逐渐变缓。在此基础上,采用支持向量机建立弓网系统下与压力载荷、滑动速度、电流密度相关的摩擦力回归模型,采用遗传算法进行参数优化。利用实验数据,验证模型的有效性,为今后弓网系统摩擦力的进一步研究提供参考。

弓网电弧实验系统与辐射噪声实验研究

近年来随着电力机车运行速度的不断提高,弓网电弧现象越来越严重,已成为电力机车安全运行的隐患。为深入研究弓网电弧的形成机理和抑制方法,设计了一套弓网电弧电磁噪声实验系统,该系统实现了屏蔽环境下弓网电弧的模拟。利用该系统,通过控制接触压力、电流和运行速度三个条件进行了弓网电弧辐射电磁噪声的测量实验。结果表明,弓网系统电磁噪声干扰频段主要在频率30~500MHz内,其中干扰强烈频段在30~60MHz内。电流越大,辐射噪声幅值越大,干扰频率带宽越宽。随着压力的逐渐增大,辐射噪声幅值先减小后增大,干扰频率带宽先变窄后变宽。

局部二值模式直方图匹配的串联故障电弧检测及选线

串联故障电弧是引起电气火灾的主要原因之一,有效地检测串联故障电弧对预防电气火灾具有重要意义。该文采用六种常用的家庭负载开展了多负载回路的串联故障电弧实验,提出了一种串联故障电弧检测及选线方法。首先,对干路电流信号进行分数阶傅里叶变换,构建故障电弧图像矩阵,全面反映干路电流信号从时域到频域的变化过程;其次,采用局部二值模式(LBP)描述图像矩阵的局部纹理特征,统计得到LBP图像的灰度分布直方图数据,采用不同实验条件下的LBP直方图数据建立数据库;最后,采用最大相关系数的数据库匹配准则实现故障电弧的检测及选线。测试结果表明,该方法可以实现多负载回路中故障电弧的检测及选线,检测及选线精度均超过了90%。

太阳能LED照明控制系统的设计与实现

鉴于目前对太阳能新型能源的研究及相关技术的发展,设计了一种新型的太阳能LED照明系统。该系统以ATMEGA16单片机为控制核心,实现对蓄电池能量的智能管理和系统工作状态的准确控制。蓄电池和市电自动切换提供照明系统的电源。蓄电池充电状态的准确性由电压电流检测双环及核心控制器保证,并将最大功率跟踪算法运用其中,以实现精确的控制。LED亮度根据实际太阳光强度由控制器及TPS61042准确控制。多次测试实验结果表明该系统控制准确,转换效率较高,工作稳定。

基于WVD和OEW算法识别矿用栓接电缆电连接松动故障

为深入研究栓接电缆电连接松动故障的典型特征,实现故障识别,以铜-铜电缆接头作为研究对象,利用电缆接头松动故障实验平台开展了不同电流、不同松动程度条件下的松动故障实验。提出了基于Wigner-Ville(WVD)及客观熵权(OEW)的松动故障识别方法。运用WVD对回路电流进行变换,使其具有联合时频特征,然后提取该信号的时间边缘和频率边缘,进而计算回路电流的平均能量和基频能量。以回路电流的极差、平均能量、基频能量作为故障特征参数,采用OEW算法确定特征参数的权值,并构造加权规范化矩阵,结合最优距离准则(ODC)和硬判决规则识别松动故障。实验表明,该方法能够有效识别栓接电缆的电连接松动故障。

基于灰度-梯度共生矩阵的串联故障电弧特征

为了获取非线性负载回路中串联故障电弧的特征,利用自行研制的故障电弧实验系统开展了变频器和工控机负载条件下的串联故障电弧实验。提出一种基于灰度-梯度共生矩阵的特征提取方法。采用前向差分法对电流信号进行预处理,并利用小波包技术对差分信号进行分解、重构,将重构信号按频率高低依次放入二维数组;二维数组中同时刻各频段的能量归一化后,将其转换为0~255的灰度值图像,对灰度值图像进行Wiener滤波并采用Laplace算子进行锐化和加强处理,取频率高于1 562.5 Hz的图像求解灰度-梯度共生矩阵。通过计算共生矩阵的15种特征量,筛选得到工控机和变频器负载条件下串联故障电弧的特征向量。将获取的故障电弧特征向量输入到支持向量机进行故障电弧识别测试,验证了上述故障电弧特征提取方法的有效性。

不同保护电路对继电器电寿命的影响及实验研究

继电器是一种重要的控制电器,其寿命及可靠性直接关系到整个控制系统的稳定性。论文首先构建了无保护电路和3种有保护电路模型并给出了电弧能量的计算公式;然后研发了继电器电寿命实验装置并通过实验研究了上述4种电路中继电器开断感性负载时触点的电弧侵蚀情况。实验结果表明:无保护电路燃弧时间最长,过电压最大,其次就是压敏电阻保护电路,在阻容保护电路和二极管阻容保护电路中,触点开断时的过电压明显小于以上两种电路的电压值,触点侵蚀量小,电寿命长,尤其是二极管阻容保护电路的电压值变化平缓,保护性能最好。最后提出了用专家系统软件通过计算电弧能量来估计继电器电寿命的新方法。

基于Mayr模型改进的适用于串联故障电弧的新模型

电力系统中经常会发生故障电弧,本文在Mayr电弧模型的基础上提出一种适用于串联故障电弧的新模型。针对电弧开始阶段的电晕放电,把电晕电阻和两个特殊电气部件(电流二极管)考虑在内,结合Mayr电弧模型,丰富了电弧模型参数。在Matlab/Simulink仿真环境中,用新的电弧模型封装子系统对线路发生的串联故障电弧进行仿真,并依据仿真电路模拟线路发生串联故障电弧的实验。对比仿真和实验结果得到,改进的电弧模型的故障电弧电流与实验采集到的故障电弧电流基本吻合,验证了新模型对分析串联故障电弧的特性具有可行性和准确性。

银基触头材料电弧侵蚀特性及裂纹形成机理分析(英文)

利用数字显示时间继电器、交流接触器、断路器以及电阻性负载设计了一个简易的触头材料实验电路。用该实验电路对五种银基触头材料AgCdO(12),Ag(Sn,In)O,AgZnO(10),AgNi(10),AgC(5)根据不同的开断电流、开断次数、闭合压力和配对方式进行了电弧侵蚀实验。根据实验结果得到了一些有实际意义的电弧侵蚀特性曲线。然后根据不同的开断电流及闭合压力对裂纹形貌进行了分析研究。最后,基于数学分析给出了用于判定出现滑移裂纹和热应力裂纹的理论判据。

弓网电弧电磁辐射噪声仿真研究

弓网系统电磁噪声不但危害行车安全,而且对铁路沿线的通讯和周边居民的健康产生不利影响。通过研究弓网电磁噪声的辐射特性,为抑制其辐射强度提供理论基础。建立了弓网系统离线电弧的Matlab仿真模型,通过仿真得出电弧的放电特性和频谱范围。利用有限元分析软件对弓网电弧放电的典型频率进行仿真分析,得出弓网电弧的典型频率的远场和近场特性。仿真结果表明:弓网离线电弧的主要频段为30~100 MHz,这个范围内电磁辐射的幅度相对严重。另外由于受到受电弓以及滑板的影响,电弧的辐射场不对称,不同方向上辐射的场强均不同,车厢的前端和尾端是主要的辐射方向。

矿用开关AgMeO触头材料电弧侵蚀机理的研究

根据电接触与电弧理论，对矿用开关电器常用的银金属氧化物触头材料的电弧侵蚀现象做了试验研究．通过不同电流等级的开断实验和对开断后触点的微观分析，得到了银金属氧化物触头材料的电弧侵蚀特性曲线及电弧侵蚀机理．

MPSO-SVM的压力传感器的非线性校正研究

为了消除压力传感器受温度变化和电压波动的影响而产生的非线性特性,提出了改进粒子群优化支持向量机(MPSO-SVM)非线性校正,利用改进粒子群首先对支持向量机的参数进行搜索寻优,通过建立压力传感器输出特性与其实际电压值之间非线性映射关系的校正模型,再根据支持向量机具有逼近任意非线性函数的特点,实现压力传感器非线性校正。实验结果表明,压力传感器的最大相对波动从原来的22.2%降为0.12%,有效地消除了温度和电压波动的影响,此方法实现简单、成本低,具有实用价值。

基于ST-SVD-PCA的串联故障电弧特征提取方法

为深入研究煤矿井下串联故障电弧特征及提取方法,分别以电动机和变频器负载为研究对象,开展不同电流条件下的串联型故障电弧实验。采用S变换(ST)对回路电流进行时频域变换,求得S变换矩阵的幅值矩阵作为特征矩阵;对特征矩阵进行奇异分解(SVD),得到矩阵的奇异值;对多组奇异值组成的特征向量进行主元分析(PCA),选取累积贡献率高于95%的主元作为故障识别的特征,实现特征向量的降维;最后采用遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM)算法对故障电弧特征的有效性进行了测试。通过不同负载和工况条件实验,进一步验证了基于上述故障电弧特征的故障电弧识别方法的兼容性,该方法可以有效识别电机及变频器负载回路的串联故障电弧。

银基触头材料裂纹类型及形成机理研究

根据不同电流等级及不同触头闭合压力，对银基触头材料裂纹类型及形成机理进行了分析研究。通过实验研究和理论分析，提出了三种裂纹类型并分析了每种裂纹的形成机理。