随着电气化的不断发展,用电环境愈发复杂,电弧故障引发的电气火灾成为用电安全的又一威胁。我国对于电弧故障保护的研究起步较晚,故障电弧检测技术还不成熟,需要进行进一步研究。进行电弧故障保护研究需要进行大量测试实验,但故障电弧实际试验困难,试验过程会消耗大量人力物力,亟待开发一种可以模拟故障电弧发生时电路状态的试验设备。针对这一问题,提出开发一种可以模拟低压交流故障电弧电流波形的试验设备,使用该设备代替传统低压交流故障电弧试验中实际产生故障电弧的试验方法,简化试验流程,达到加速产品开发的目的。首先,构建了低压交流故障电弧电流波形数据库,分析波形数据特征,利用波形数据特征和相关国家标准确定了装置的设计目标与输出参数。然后,根据低压交流故障电弧电流波形特点进行了电弧模拟装置的系统设计,分析了使用任意波形电流源进行试验代替传统故障电弧试验回路的合理性,确定了以任意波形电流源为主体结构进行故障电弧电流波形模拟的设计思路。其中,分析选用了DDWS作为装置控制信号的产生算法;分析了功率放大器的选型,确定了以AB类功放为核心的功率放大模块设计;设计了以PID算法为基础的恒流闭环控制系统。最后,选用FPGA作为主要控制器件,设计了以FPGA为核心的任意波形控制信号产生电路,电路由FPGA和DAC产生任意波形控制信号。控制信号用于控制功率放大模块,功率放大模块的设计包括前置放大电路和以PA05功率运算放大器为主体的功率放大电路。恒流技术中,使用高精度采样电阻采集装置输出电流信号,信号传回PID控制器进行控制。硬件电路搭建完成后,使用Verilog硬件描述语言对FPGA进行逻辑电路编程,完成装置的设计与制作。设计完成后,采集装置的输出电流进行了实验验证,实验表明装置可输出10A有效值以下故障电弧电流,最高采样率达1MHz,存储深度达到1MSa,无明显波形畸变,保留了故障电弧电流波形原始信息,符合装置的设计预期。装置的设计简化了故障电弧测试试验,加速了电弧故障保护技术的研究。