[實用新型]一種用于大功率電弧加熱器變參數運行的控制系統

有效

• 申請號: 201721620145.7
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN208580315U
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 徐克峰;楊力;馬建平;宋紅澤;武杰
• 申請（專利權）人: 北京京儀椿樹整流器有限責任公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 謝建玲;郝亮

本實用新型為一種用于大功率電弧加熱器變參數運行的控制系統，包括電弧加熱器控制系統和直流供電系統；直流供電系統包括晶閘管直流電源、PLC控制單元和數字控制晶閘管觸發單元；電弧加熱器控制系統的一端與PLC控制單元的一端連接，PLC控制單元的另一端與數字控制晶閘管觸發單元的一端連接，數字控制晶閘管觸發單元的另一端通過控制電纜與晶閘管直流電源的一端連接，晶閘管直流電源的另一端與電弧加熱器的一端連接，電弧加熱器的另一端與電弧加熱器控制系統的另一端連接；直流供電系統和電弧加熱器控制系統之間采用光纖進行通訊，有效降低了外圍噪聲帶來的干擾，本實用新型已成功應用于多種電弧加熱器模擬實驗，可以完美的實現電弧加熱器的變參數運行。

技術領域

本實用新型涉及一種用于大功率電弧加熱器變參數運行的控制系統，屬于工業自動化控制技術領域。

背景技術

電弧加熱器是電弧風洞的核心部件之一，電弧風洞模擬航天器大氣環境的實驗原理是將一定流量和壓力下的壓縮空氣注入電弧加熱器中，大功率直流電源系統輸出直流高壓將電弧加熱器中的空氣電離擊穿，形成等離子電弧，電弧燃燒把空氣加熱到高溫狀態。高溫氣體經錐形噴管加速成高焓、高速氣流，在試驗段中對模型進行氣動加熱。從試驗段流出的氣體經過擴散段減速升壓，進入冷卻器中冷卻，流入真空系統，最后回收至氣罐中待下次實驗使用。電弧風洞總體結構組成如圖1所示。

對于航天器來說，每一次發射都要沿著一條特定的軌道飛行，并且在飛行過程中隨著飛行的高度以及速度的改變，航天器所經歷的熱環境也在時刻的發生變化，單一的實驗狀態無法準確的模擬整個飛行過程中航天所經歷的外部熱環境，因此電弧加熱器變參數模擬實驗就成為目前唯一可以持續產生接近真實飛行中氣流溫度和壓力的實驗方法，大功率直流電源作為給電弧加熱器提供直流電能的主要設備，如何能夠準確、快速的為電弧加熱器實驗參數提供變化的直流電流就變得尤為重要。本實用新型的主要目的就是利用工業網絡通訊技術實現大功率直流供電系統的輸出功率可以準確、快速的跟隨電弧加熱器實驗狀態，模擬航天器在飛行過程所承受高溫、高壓等外部環境。

現有技術中，電弧加熱器變參數運行直流供電系統采用模擬信號輸入的方式：即電弧加熱器控制系統將一條需要模擬的實驗曲線通過計算機擬合成幾個固定的試驗狀態，確定每個實驗狀態的時間、電流值，利用專用控制器將每個狀態的電流值轉換成0-10V信號，再通過電量變送器實時輸出4-20mA模擬電壓信號來控制電弧加熱器直流電源輸入給定電流值，從而實現直流電源的變參數運行方式。

現有技術的缺點為：

1、直流供電系統的電流輸入信號采用4-20mA模擬量信號，電弧加熱器控制系統距離直流供電系統距離較長，因此采用模擬型信號容易受到外圍噪聲的干擾；

2、電壓型信號比電流型信號更容易收到外圍噪聲的干擾，為了減少干擾，采用電量變換器將0-10V電壓信號轉換為4-20mA電流信號，這樣直流電源輸入信號經過變換后，精度會受到一定的影響；

3、現有的直流供電系統只能實現數據信號的單向傳輸，電弧加熱器控制系統無法實時讀取直流供電系統的電量參數。

實用新型內容

針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種用于大功率電弧加熱器變參數運行的控制系統，結合50MW大功率電弧加熱器變參數運行直流供電系統的要求，本實用新型實現了：

1、實現了全數字控制直流供電系統，由于數字電路采用二進制，其代碼符號只有0和1兩種，所以辨別信號的有無非常容易，從而大大提高了電路的工作可靠性；

2、采用Profinet工業網絡技術，實現直流供電系統與電弧加熱器控制系統之間信號的相互傳輸，電弧加熱器控制系統可以實時顯示直流電源控制系統的電量信息；

3、通過光纖Profinet工業網絡，將每個狀態的設定電流值以數字量的模式直接傳送給直流供電系統，減少了電量變換的次數，提高了控制精度；