并联三相星型交流电弧加热器电流测量装置及方法与流程

本发明涉及并联三相星型交流电弧加热器电流测量装置及方法，属于气动热地面模拟试验设备领域。

背景技术：

自上世纪50年代开始，国内外均将电弧加热风洞作为防热材料烧蚀性能测试、机理研究和防热结构考核的首选设备。电弧风洞的核心设备是电弧加热器，电弧加热器的电极是电弧加热器最重要的元件，故电弧加热器电流测量装置是电弧加热器正常运行的重要配套系统。

三相“星式”交流电弧加热器是将电弧加热器的a，b，c三相电极在空间排成“星式”，中间用混合室连接起来，形成三相对称的“星式”电弧负载的加热器。

常规的电流测量方式都采用交流互感器的测量方式，但由于电流互感器间接测量中占用空间大、测量精度低，后期维护不便的缺点和加热器设备现场安装空间小的特殊要求，传统的电流测量方式不适用于交流电弧加热器的电极电流测量；同时由于交流电弧加热器的工作原理，在加热器周围容易产生较强的磁场干扰，影响传感器的测量精度，严重时直接毁坏测量用传感器，影响试验的正常运行。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供并联三相星型交流电弧加热器电流测量装置及方法，实现了对交流电流实时准确的测量，测量精度由原来交流互感器的2％提高到5‰，为试验过程中加热器工作状态的判断提供了准确的判断依据。

本发明的技术解决方案：

并联三相星型交流电弧加热器电流测量装置，包括电流传感器、电流转换模块、数据采集模块、数据处理模块和安全控制模块；

电流传感器实时采集电弧加热器的工作电流信号，并将电流信号传输给电流转换模块，电流转换模块将电流信号转换成数据采集模块所能接收的标准电流信号，数据采集模块将标准电流信号转换为数字信号并传输给数据处理模块，数据处理模块对接收的数字信号与给定的电弧加热器正常工作电流的上限值和下限值进行比对，当任意一路电流超出限制值时，电弧加热器工作异常，

如果未超出限制值20％，数据处理模块向安全控制模块输出报警信息并显示；当超出限制值20％，数据处理模块向安全控制模块输出电源停止信号，电弧加热器停止工作。

标准电流信号为0～20ma。

数据处理模块向安全控制模块输出报警信息时，如果电弧加热器设定运行时间超过1000s，而报警时电弧加热器实际运行时间超过设定运行时间的80％，则电弧加热器继续运行。

电流转换模块中的模块电源、信号输入和信号输出采用三点隔离方式，隔离电压≥2000v。

交流电弧加热器的三相电极星型排列，交流电弧加热器与交流电弧加热器之间并联连接，形成带有六个电极的并联三相星型交流电弧加热器。

电流传感器套接在电弧加热器的供电电缆上，与电缆不直接接触。

并联三相星型交流电弧加热器电流测量方法，具体步骤为：

(1)电流信号测量：电流传感器实时采集电弧加热器的工作电流信号，并将电流信号传输给电流转换模块；

(2)电流信号转换：电流转换模块将电流信号转换成数据采集模块所能接收的标准电流信号；

(3)电流信号采集：数据采集模块将标准电流信号转换为数字信号并传输给数据处理模块；

(4)电流信号处理：数据处理模块对接收的数字信号与给定的电弧加热器正常工作电流的上限值和下限值进行比对，当任意一路电流超出限制值时，电弧加热器工作异常；

(5)电流信号控制：如果未超出限制值20％，数据处理模块向安全控制模块输出报警信息并显示；当超出限制值20％，数据处理模块向安全控制模块输出电源停止信号，电弧加热器停止工作。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用非接触电流传感器测量技术，实现了对交流电流实时准确的测量，测量精度由原来交流互感器的2％提高到5‰，为试验过程中加热器工作状态的判断提供了准确的判断依据；同时可实现在很小的安装空间下进行交流电流的现场测量，安装方便，后期调试维护简单，克服现有电流互感器测量中占用空间大，后期维护不便的缺点；

(2)本发明用于在试验过程中，对并联三相星型交流电弧加热器六个电极电流进行测量，计算电弧功率，为加热器运行故障判断提供重要依据，当任意一路电流低于设定下限值或高于设定上限值，表明加热器处于故障运行状态，必须立即停车，以有效确保交流电弧加热器的安全运行。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为本发明电流转换模块示意图；

图3为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明用于在气动热地面模拟试验中，为并联三相星型交流电弧加热器六个电极工作电流进行测量，计算电弧功率，为加热器运行故障判断提供重要依据，确保交流电弧加热器的安全运行。具体结构如下。

并联三相星型交流电弧加热器电流测量装置，如图1所示，包括电流传感器2、电流转换模块3、数据采集模块5、数据处理模块6和安全控制模块7；

电流传感器供电电源1为电流传感器2供电，电流转换模块供电电源4为电流转换模块2供电，电流传感器2实时采集电弧加热器的工作电流信号，并将电流信号传输给电流转换模块3，电流转换模块3将电流信号转换成数据采集模块5所能接收的标准电流信号，标准电流信号为0～20ma，数据采集模块5将标准电流信号转换为数字信号并传输给数据处理模块6，数据处理模块6对接收的数字信号与给定的电弧加热器正常工作电流的上限值和下限值进行比对，当任意一路电流超出限制值时，电弧加热器工作异常，

如果未超出限制值20％，数据处理模块6向安全控制模块7输出报警信息并显示；当超出限制值20％，数据处理模块6向安全控制模块7输出电源停止信号，电弧加热器停止工作。

数据处理模块向安全控制模块输出报警信息时，如果电弧加热器设定运行时间超过1000s，而报警时电弧加热器实际运行时间超过设定运行时间的80％，则电弧加热器继续运行。

如图2所示，电流转换模块中的模块电源、信号输入和信号输出采用三点隔离方式，隔离电压≥2000v，能够在电流传感器出现意外击穿故障时，有效保护数据采集模块等其他设备，确保测量元件在高电压环境下的使用安全。

交流电弧加热器的三相电极星型排列，交流电弧加热器与交流电弧加热器之间并联连接，形成带有六个电极的并联三相星型交流电弧加热器。

电流传感器套接在电弧加热器的供电电缆上，与电缆不直接接触。

并联三相星型交流电弧加热器电流测量方法，如图3所示，具体步骤为：

(1)电流信号测量：电流传感器实时采集电弧加热器的工作电流信号，并将电流信号传输给电流转换模块；

(2)电流信号转换：电流转换模块将电流信号转换成数据采集模块所能接收的标准电流信号；

(3)电流信号采集：数据采集模块将标准电流信号转换为数字信号并传输给数据处理模块；

(4)电流信号处理：数据处理模块对接收的数字信号与给定的电弧加热器正常工作电流的上限值和下限值进行比对，当任意一路电流超出限制值时，电弧加热器工作异常；

(5)电流信号控制：如果未超出限制值20％，数据处理模块向安全控制模块输出报警信息并显示；当超出限制值20％，数据处理模块向安全控制模块输出电源停止信号，电弧加热器停止工作。

实施例

电流传感器供电电源1采用±15v/2a线性电源给电流传感器2供电，六只电流传感器2采用霍尔非接触式测量方式测量加热器六只电极的供电电流，量程为0～1000a，六路电流转换模块3将电流传感器输出的非常规0～400ma输出信号转换为数据采集模块5所能接收的0～20ma数据采集信号，同时转换模块电源、信号输入和信号输出采用三点隔离的工作方式，隔离电压≥2000v，能够在电流传感器出现意外击穿故障时，有效保护数据采集器等其他设备的使用安全；

电流转换模块3采用24v/2a线性电源给信号转换模块供电，数据采集模块5将电流转换模块3传输的模拟信号转换为数字信号，并通过以太网数据连接的方式传送给数据处理模块6，以太网传输的优点在于数据传输速度快，抗干扰能力强，现场布线简单易维护，数据处理模块6将采集到的各传感器信号通过计算并进行转换，对加热器六个电极的工作状态进行分析，当电流参数出现与给定参数范围超过±20％波动或掉电、数值突变等异常情况时，系统做紧急状态处理，并给出停车控制信号，安全控制模块7在接收到了停车控制信号后进行系统的紧急停车控制，以保护加热器等设备的安全。

目前根据此电流测量装置的设计原理在50mw交流电弧风洞上应用设计了并联三相星型交流电弧加热器电流测量装置和安全控制系统。实现了对交流电流实时准确的测量，测量精度由原来交流互感器的2％提高到5‰，为试验过程中加热器工作状态的判断提供了准确的判断依据。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。