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基于函数型数据分析算法的电阻性本质安全电路电弧放电模型

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admin 发表于 2024-12-14 11:36 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于函数型数据分析算法的电阻性本质安全电路电弧放电模型
摘要:区别于电感性和电容性本质安全电路,电阻性本质安全电路的电弧放电波形因具有三种类型一直无法被准确描述,且电阻性电路本质安全判据的不完善描述会导致实际运行条件下爆炸事故的多发性.对此,该文首先考虑电阻性本质安全电路的放电过程及波形特征,基于函数型数据分析回归算法,建立了高维、参数强相关、适用范围广的电阻性电路电弧放电数学模型,并基于模型建立了相应的本质安全能量判据;然后采用该模型模拟电阻性电路放电过程并提出了一种电弧放电波形分类方法,发现在特定电路参数条件下,当电路正常工作电流I≤0.15A或I≥0.6A时,电弧放电基本呈现典型放电形式;最后搭建火花放电试验平台,验证了所建电弧模型的可行性与预测效果的准确性.

Abstract:Differentfromthetraditionalinductiveandcapacitiveintrinsicallysafecircuits,theresistiveintrinsicallysafecircuitisdifficulttodescribeaccuratelyduetoitsthreedifferentdischargewaveforms.Theexperimentalwaveformandtheoreticalanalysisshowthatthearcoftheresistivecircuithasmulti-dimensionalcharacteristics,andthereisastrongcorrelationbetweenitandenvironmentalfactors.Itisdifficulttosolveitdirectlybytraditionalmodelingmethods,whichmakestheintrinsicsafetycriterionoftheresistivecircuitlackacompletetheoreticalsystem,resultinginmultipleaccidentsintheactualoperatingenvironment.Inordertosolvesuchproblems,thispaperproposesadischargemodelbasedonfunctionaldataanalysisregressionalgorithmonthebasisofstudyingthearcdischargecharacteristiccurveofresistiveintrinsicallysafecircuit,andestablishesthearcdischargeenergycriterionofresistiveintrinsicallysafecircuitbasedonthismodel.Firstly,thefunctionaldataanalysisregressionalgorithmframeworkisconstructed,andthemathematicalmodelsofarcdischargevoltageandcurrentareestablishedrespectivelybasedonthethreeessentialdifferentdischargewaveformcharacteristicsoflowenergyarcdischargewhentheelectrodeofIECsparktestdeviceisdisconnected.Secondly,apowermodelindependentofvoltageandcurrentmodelisproposedtheoretically.Basedonthepowermodel,theenergycriterionofresistiveintrinsicallysafecircuitissupplemented.ThemodelissimulatedbyMatlabsoftwareandaclassificationmethodofarcdischargewaveformisproposed.Finally,asparkdischargetestplatformisbuilttoverifythefeasibilityofthearcmodelandtheaccuracyofthepredictioneffect.Themodeldoesnotrequireanyrestrictionsonthefrequencyofdataacquisition,andconvertsthedynamicfunctioncurveinto'originaldata',whichhasinfinitedimensionalspatialcharacteristicsandreducestheerrorcausedbythesimplificationoftheformulainthederivationprocess.Thecomparisonbetweentheexperimentaldataandthesimulationresultsshowsthatundertheexperimentalconditionscarriedoutinthispaper,atleast80%oftheactualdataofthethreedifferentdischargewaveformscanbedescribedbythemodel,whichprovesthefeasibilityanduniversalityofthefunctionaldataanalysisregressionmodel.Theevaluationofthepredictioneffectofthedischargemodelestablishedbythefunctionaldataanalysisregressionalgorithmshowsthatatleast84%oftheactualdatacanbepredictedbythearcvoltage,currentandpowermodelunderthetestconditionsinthispaper.Itsolvestheproblemthatthearcdischargewaveformofresistiveintrinsicallysafecircuitcannotbeaccuratelydescribedbecauseofthreetypes.Inaddition,themodelisusedtoexplorethecircuitparameterconditionsofthreecasesofarcdischargeinresistivecircuits.Itisfoundthatundertheconditionofthepowersupplyvoltageparameterof24V≤E≤48Vandtheresistancerangeof20Ω≤R≤360Ω,whenthenormalworkingcurrentofthecircuitisI≤0.15AorI≥0.6A,thearcdischargeischaracterizedbyanearlyincreaseinpower;whenthenormaloperatingcurrentvalueis0.15A<I<0.6A,thearcdischargeischaracterizedbytheinitialpowerbasicallyunchangedandthelaterrapiddecline.Throughsimulationandexperimentalresults,thefollowingconclusionsaredrawn:(1)Theproposedfunctionaldataanalysisarcmodelsolvestheproblemthatthearcdischargewaveformoftheresistiveintrinsicallysafecircuitcannotbeaccuratelydescribedduetothreetypes.(2)Theproposedmodelusestheideaoffunctionaldataanalysistotransformthedynamicfunctioncurvesofdifferentcharacteristicsinto'originaldata'foranalysis,whichreducestheerrorcausedbyformulasimplification.(3)Comparedwiththetraditionalmodel,theproposedmodelcanpredictthedischargearcvoltageandcurrentvaluesatdifferentdischargetimes,whichsolvestheproblemthatthetraditionalmodelcannotexplorethenumericalsolution.

作者:朱冉   徐礼文   孟庆海 Author:ZhuRan   XuLiwen   MengQinghai
作者单位:北方工业大学电气与控制工程学院北京100144北方工业大学理学院北京100144
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(7)
分类号:TD685TM133
关键词:电弧放电数学模型  本质安全  函数型数据  能量判据  
Keywords:Arcdischargemathematicalmodel  intrinsicsafety  functionaldata  energycriterion  
机标分类号:TP301.6TM835TM301
在线出版日期:2024年4月12日
基金项目:国家社会科学基金基于函数型数据分析算法的电阻性本质安全电路电弧放电模型[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(7)朱冉  徐礼文  孟庆海区别于电感性和电容性本质安全电路,电阻性本质安全电路的电弧放电波形因具有三种类型一直无法被准确描述,且电阻性电路本质安全判据的不完善描述会导致实际运行条件下爆炸事故的多发性.对此,该文首先考虑电阻性本质安全...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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