本發(fā)明涉及電氣故障檢測領(lǐng)域，具體是一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、目前，低壓電器被廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)，它主要起到通斷、保護(hù)和控制電路的作用，它的性能和質(zhì)量影響著終端設(shè)備的可靠運(yùn)行以及用戶的人身安全。我國對低壓電器產(chǎn)品測試制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中g(shù)b/t?14048.4-2020標(biāo)準(zhǔn)較gb/t?14048.4-2010新增加了電動(dòng)機(jī)保護(hù)開關(guān)電器mpsd相關(guān)要求和試驗(yàn)，以及安全方面的要求等。這表示隨著時(shí)代的變化，我國對低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量的把控更加嚴(yán)格，低壓電器行業(yè)正在往好的方向發(fā)展。

2、常見的低壓器包括開關(guān)、熔斷器、接觸器、漏電保護(hù)器和繼電器等。進(jìn)行電氣線路安裝時(shí)，將電源和負(fù)載(如電動(dòng)機(jī))之間用低壓電器通過導(dǎo)線連接起來，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的接通、切斷、保護(hù)等控制功能。其中，交流接觸器是一種用于遠(yuǎn)距離、頻繁地接通和分?jǐn)嘟?、直流主電路和大容量控制電路的電器，電壽命是衡量其性能重要指?biāo)。接觸器開斷過程中，會(huì)產(chǎn)生高溫、高熱的電弧，它會(huì)造成接觸器動(dòng)、靜觸頭嚴(yán)重的磨損，從而影響接觸器電壽命。接觸器滅弧性能和分?jǐn)嗄芰τ绊懫潆妷勖Ｒ虼?，如何提升接觸器滅弧性能和分?jǐn)嗄芰κ茄芯空咦铌P(guān)心的問題，其直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3、交流接觸器分?jǐn)嗄芰κ菣z驗(yàn)其性能的重要指標(biāo)。而分?jǐn)嗄芰Φ膹?qiáng)弱由滅弧性能決定，滅弧性能的指標(biāo)直接影響交流接觸器電壽命，關(guān)系著交流接觸器控制電路的安全性。交流接觸器開斷電路時(shí)，動(dòng)靜觸頭間隙中產(chǎn)生的電弧會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段，即起弧、燃弧和熄弧這三個(gè)階段。在第一個(gè)階段中，由于強(qiáng)電場發(fā)射大量的自由電子，使得原子不斷被電離產(chǎn)生新的自由電子。這個(gè)階段的前段時(shí)間并沒有出現(xiàn)明顯的電弧，但是這段時(shí)間持續(xù)過長會(huì)使得觸頭間等離子體不斷增加，因此，當(dāng)?shù)诙€(gè)階段來臨時(shí)，由于等離子體濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過能使觸頭間隙被電擊穿的閾值，這時(shí)候會(huì)產(chǎn)生比平常還要?jiǎng)×业碾娀鸹?，它產(chǎn)生的高溫和高熱容易侵蝕和熔化接觸器觸頭，從而使得接觸器分?jǐn)嗄芰ο陆怠?/p>

4、因此，本發(fā)明人對開關(guān)電弧的背后擊穿和電弧停滯時(shí)間長短現(xiàn)象進(jìn)行研究。利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對電弧正常、電弧發(fā)生背后擊穿但停滯時(shí)間較短、電弧無背后擊穿但停滯時(shí)間過長、電弧既有背后擊穿而且停滯時(shí)間過長這四種情況進(jìn)行識(shí)別，為快速檢測接觸器質(zhì)量提供判斷方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

2、一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，包括以下步驟：

3、s1.根據(jù)產(chǎn)品動(dòng)、靜觸頭分?jǐn)喈a(chǎn)生的電弧樣本，對電弧樣本人為設(shè)定標(biāo)簽，包括：正常電弧，電弧背后擊穿現(xiàn)象，電弧停滯現(xiàn)象，電弧同時(shí)出現(xiàn)背后擊穿和長時(shí)間停滯現(xiàn)象；

4、s2.對產(chǎn)品動(dòng)、靜觸頭分?jǐn)喈a(chǎn)生的電弧電信號(hào)和圖像信號(hào)進(jìn)行采集，并對所采集信號(hào)進(jìn)行特征提??；

5、s3.完成樣本的標(biāo)簽設(shè)定后，采用有監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，利用所采集的部分信號(hào)數(shù)據(jù)構(gòu)建分類器模型，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)用于測試，選擇識(shí)別準(zhǔn)確率高的分類器并應(yīng)用于評(píng)價(jià)交流接觸器分?jǐn)嗄芰Α?/p>

6、本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明提供的方法能夠快速識(shí)別接觸器滅弧室內(nèi)電弧是否存在異?，F(xiàn)象，有利于對產(chǎn)品開斷性能和滅弧性能做出合理判斷，應(yīng)用于接觸器產(chǎn)品滅弧性能優(yōu)化或其他低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量的快速檢測和分析可提高檢測速度，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于：步驟s2中，對電弧電信號(hào)和圖像信號(hào)進(jìn)行采集后，對所采集信號(hào)進(jìn)行特征提取并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于，步驟s2中，根據(jù)電弧電信號(hào)中的電弧電流、電弧電壓波形，提取特征包括：燃弧時(shí)間、燃弧峰值電流、燃弧能量、電壓斜率正負(fù)交替次數(shù)、電壓基波分量占比、電壓諧波分量占比，作為模型輸入；提取電弧停滯時(shí)間，并設(shè)定時(shí)間閾值，將其轉(zhuǎn)變?yōu)?和1的標(biāo)簽，作為模型的輸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于：步驟s2中，所述的圖像信號(hào)包括電弧形態(tài)，提取特征包括電弧的周長和面積。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于：根據(jù)電弧是否長時(shí)間停滯進(jìn)行特征提取并分類；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器電弧分?jǐn)嗄芰Φ淖R(shí)別方法，其特征在于，根據(jù)電弧是否發(fā)生背后擊穿對電弧樣本進(jìn)行特征提取并分類：通過每個(gè)樣本中電弧運(yùn)動(dòng)的連續(xù)圖像，判斷電弧是否重燃：若電弧由劇烈燃燒到逐漸變小，而后重新開始劇烈燃燒，則判定該電弧發(fā)生背后擊穿；若電弧僅由劇烈燃燒到逐漸變小，則判定該電弧未發(fā)生背后擊穿。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器電弧分?jǐn)嗄芰Φ淖R(shí)別方法，其特征在于：獲取每個(gè)樣本中電弧運(yùn)動(dòng)的連續(xù)圖像，將電弧圖像進(jìn)行灰度化和二值化處理，使用sobel算法或canny算法對二值化電弧圖像的邊緣進(jìn)行提取，得到每張圖像中電弧的周長和面積，將得到的每張圖像的周長和面積特征作為模型的輸入；

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器電弧分?jǐn)嗄芰Φ淖R(shí)別方法，其特征在于：將所述電弧電信號(hào)和圖像信號(hào)融合，并進(jìn)行歸一化處理，所述歸一化處理包括最大最小歸一化和標(biāo)準(zhǔn)歸一化。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于：步驟s3中，完成樣本的標(biāo)簽設(shè)定后，應(yīng)用t-sne或umap算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，其特征在于：對特征數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和/或降維處理后，再應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，所述機(jī)器學(xué)習(xí)算法為knn算法或svm算法，其中，knn算法中k值為3-12，svm算法選取線性核或高斯核作為核函數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的交流接觸器滅弧性能的識(shí)別方法，該方法根據(jù)電弧停滯、電弧背后擊穿兩種異?，F(xiàn)象進(jìn)行特征提取并對電弧電信號(hào)和圖像信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，其中電弧電信號(hào)和圖像信號(hào)特征提取可組成一個(gè)完整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取原始數(shù)據(jù)的各個(gè)特征，最終使用已有的樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建SVM或者KNN分類器，當(dāng)有新的產(chǎn)品需要測試時(shí)，使用該系統(tǒng)采集電信號(hào)和圖像信號(hào)數(shù)據(jù)，再處理成相應(yīng)的特征形式便可輸入到成型的分類器中進(jìn)行快速識(shí)別；綜上所述，本發(fā)明能夠快速識(shí)別接觸器滅弧室內(nèi)電弧是否存在異常現(xiàn)象，有利于對產(chǎn)品開斷性能和滅弧性能做出合理判斷，應(yīng)用于接觸器或其他低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量的快速檢測和分析可提高檢測速度。

技術(shù)研發(fā)人員：游穎敏,舒亮,吳自然,林義剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溫州大學(xué)樂清工業(yè)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21