本發(fā)明涉及并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量裝置及方法，屬于氣動熱地面模擬試驗設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自上世紀50年代開始，國內(nèi)外均將電弧加熱風洞作為防熱材料燒蝕性能測試、機理研究和防熱結(jié)構(gòu)考核的首選設(shè)備。電弧風洞的核心設(shè)備是電弧加熱器，電弧加熱器的電極是電弧加熱器最重要的元件，故電弧加熱器電流測量裝置是電弧加熱器正常運行的重要配套系統(tǒng)。

三相“星式”交流電弧加熱器是將電弧加熱器的a，b，c三相電極在空間排成“星式”，中間用混合室連接起來，形成三相對稱的“星式”電弧負載的加熱器。

常規(guī)的電流測量方式都采用交流互感器的測量方式，但由于電流互感器間接測量中占用空間大、測量精度低，后期維護不便的缺點和加熱器設(shè)備現(xiàn)場安裝空間小的特殊要求，傳統(tǒng)的電流測量方式不適用于交流電弧加熱器的電極電流測量；同時由于交流電弧加熱器的工作原理，在加熱器周圍容易產(chǎn)生較強的磁場干擾，影響傳感器的測量精度，嚴重時直接毀壞測量用傳感器，影響試驗的正常運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量裝置及方法，實現(xiàn)了對交流電流實時準確的測量，測量精度由原來交流互感器的2％提高到5‰，為試驗過程中加熱器工作狀態(tài)的判斷提供了準確的判斷依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量裝置，包括電流傳感器、電流轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和安全控制模塊；

電流傳感器實時采集電弧加熱器的工作電流信號，并將電流信號傳輸給電流轉(zhuǎn)換模塊，電流轉(zhuǎn)換模塊將電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集模塊所能接收的標準電流信號，數(shù)據(jù)采集模塊將標準電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊對接收的數(shù)字信號與給定的電弧加熱器正常工作電流的上限值和下限值進行比對，當任意一路電流超出限制值時，電弧加熱器工作異常，

如果未超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出報警信息并顯示；當超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出電源停止信號，電弧加熱器停止工作。

標準電流信號為0～20ma。

數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出報警信息時，如果電弧加熱器設(shè)定運行時間超過1000s，而報警時電弧加熱器實際運行時間超過設(shè)定運行時間的80％，則電弧加熱器繼續(xù)運行。

電流轉(zhuǎn)換模塊中的模塊電源、信號輸入和信號輸出采用三點隔離方式，隔離電壓≥2000v。

交流電弧加熱器的三相電極星型排列，交流電弧加熱器與交流電弧加熱器之間并聯(lián)連接，形成帶有六個電極的并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器。

電流傳感器套接在電弧加熱器的供電電纜上，與電纜不直接接觸。

并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量方法，具體步驟為：

(1)電流信號測量：電流傳感器實時采集電弧加熱器的工作電流信號，并將電流信號傳輸給電流轉(zhuǎn)換模塊；

(2)電流信號轉(zhuǎn)換：電流轉(zhuǎn)換模塊將電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集模塊所能接收的標準電流信號；

(3)電流信號采集：數(shù)據(jù)采集模塊將標準電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；

(4)電流信號處理：數(shù)據(jù)處理模塊對接收的數(shù)字信號與給定的電弧加熱器正常工作電流的上限值和下限值進行比對，當任意一路電流超出限制值時，電弧加熱器工作異常；

(5)電流信號控制：如果未超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出報警信息并顯示；當超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出電源停止信號，電弧加熱器停止工作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明采用非接觸電流傳感器測量技術(shù)，實現(xiàn)了對交流電流實時準確的測量，測量精度由原來交流互感器的2％提高到5‰，為試驗過程中加熱器工作狀態(tài)的判斷提供了準確的判斷依據(jù)；同時可實現(xiàn)在很小的安裝空間下進行交流電流的現(xiàn)場測量，安裝方便，后期調(diào)試維護簡單，克服現(xiàn)有電流互感器測量中占用空間大，后期維護不便的缺點；

(2)本發(fā)明用于在試驗過程中，對并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器六個電極電流進行測量，計算電弧功率，為加熱器運行故障判斷提供重要依據(jù)，當任意一路電流低于設(shè)定下限值或高于設(shè)定上限值，表明加熱器處于故障運行狀態(tài)，必須立即停車，以有效確保交流電弧加熱器的安全運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明電流轉(zhuǎn)換模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

本發(fā)明用于在氣動熱地面模擬試驗中，為并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器六個電極工作電流進行測量，計算電弧功率，為加熱器運行故障判斷提供重要依據(jù)，確保交流電弧加熱器的安全運行。具體結(jié)構(gòu)如下。

并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量裝置，如圖1所示，包括電流傳感器2、電流轉(zhuǎn)換模塊3、數(shù)據(jù)采集模塊5、數(shù)據(jù)處理模塊6和安全控制模塊7；

電流傳感器供電電源1為電流傳感器2供電，電流轉(zhuǎn)換模塊供電電源4為電流轉(zhuǎn)換模塊2供電，電流傳感器2實時采集電弧加熱器的工作電流信號，并將電流信號傳輸給電流轉(zhuǎn)換模塊3，電流轉(zhuǎn)換模塊3將電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集模塊5所能接收的標準電流信號，標準電流信號為0～20ma，數(shù)據(jù)采集模塊5將標準電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊6，數(shù)據(jù)處理模塊6對接收的數(shù)字信號與給定的電弧加熱器正常工作電流的上限值和下限值進行比對，當任意一路電流超出限制值時，電弧加熱器工作異常，

如果未超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊6向安全控制模塊7輸出報警信息并顯示；當超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊6向安全控制模塊7輸出電源停止信號，電弧加熱器停止工作。

數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出報警信息時，如果電弧加熱器設(shè)定運行時間超過1000s，而報警時電弧加熱器實際運行時間超過設(shè)定運行時間的80％，則電弧加熱器繼續(xù)運行。

如圖2所示，電流轉(zhuǎn)換模塊中的模塊電源、信號輸入和信號輸出采用三點隔離方式，隔離電壓≥2000v，能夠在電流傳感器出現(xiàn)意外擊穿故障時，有效保護數(shù)據(jù)采集模塊等其他設(shè)備，確保測量元件在高電壓環(huán)境下的使用安全。

交流電弧加熱器的三相電極星型排列，交流電弧加熱器與交流電弧加熱器之間并聯(lián)連接，形成帶有六個電極的并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器。

電流傳感器套接在電弧加熱器的供電電纜上，與電纜不直接接觸。

并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量方法，如圖3所示，具體步驟為：

(1)電流信號測量：電流傳感器實時采集電弧加熱器的工作電流信號，并將電流信號傳輸給電流轉(zhuǎn)換模塊；

(2)電流信號轉(zhuǎn)換：電流轉(zhuǎn)換模塊將電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集模塊所能接收的標準電流信號；

(3)電流信號采集：數(shù)據(jù)采集模塊將標準電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；

(4)電流信號處理：數(shù)據(jù)處理模塊對接收的數(shù)字信號與給定的電弧加熱器正常工作電流的上限值和下限值進行比對，當任意一路電流超出限制值時，電弧加熱器工作異常；

(5)電流信號控制：如果未超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出報警信息并顯示；當超出限制值20％，數(shù)據(jù)處理模塊向安全控制模塊輸出電源停止信號，電弧加熱器停止工作。

實施例

電流傳感器供電電源1采用±15v/2a線性電源給電流傳感器2供電，六只電流傳感器2采用霍爾非接觸式測量方式測量加熱器六只電極的供電電流，量程為0～1000a，六路電流轉(zhuǎn)換模塊3將電流傳感器輸出的非常規(guī)0～400ma輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集模塊5所能接收的0～20ma數(shù)據(jù)采集信號，同時轉(zhuǎn)換模塊電源、信號輸入和信號輸出采用三點隔離的工作方式，隔離電壓≥2000v，能夠在電流傳感器出現(xiàn)意外擊穿故障時，有效保護數(shù)據(jù)采集器等其他設(shè)備的使用安全；

電流轉(zhuǎn)換模塊3采用24v/2a線性電源給信號轉(zhuǎn)換模塊供電，數(shù)據(jù)采集模塊5將電流轉(zhuǎn)換模塊3傳輸?shù)哪M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)連接的方式傳送給數(shù)據(jù)處理模塊6，以太網(wǎng)傳輸?shù)膬?yōu)點在于數(shù)據(jù)傳輸速度快，抗干擾能力強，現(xiàn)場布線簡單易維護，數(shù)據(jù)處理模塊6將采集到的各傳感器信號通過計算并進行轉(zhuǎn)換，對加熱器六個電極的工作狀態(tài)進行分析，當電流參數(shù)出現(xiàn)與給定參數(shù)范圍超過±20％波動或掉電、數(shù)值突變等異常情況時，系統(tǒng)做緊急狀態(tài)處理，并給出停車控制信號，安全控制模塊7在接收到了停車控制信號后進行系統(tǒng)的緊急停車控制，以保護加熱器等設(shè)備的安全。

目前根據(jù)此電流測量裝置的設(shè)計原理在50mw交流電弧風洞上應用設(shè)計了并聯(lián)三相星型交流電弧加熱器電流測量裝置和安全控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了對交流電流實時準確的測量，測量精度由原來交流互感器的2％提高到5‰，為試驗過程中加熱器工作狀態(tài)的判斷提供了準確的判斷依據(jù)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。