一种可变参数长时间运行交流电弧加热器制造技术

本发明专利技术公开了一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，该装置主要由工频交流电源、交流电弧加热器、可调节交流电抗器和可控交流电源组成。交流电抗器在固态电子开关的作用下实现电抗器的感抗自动分级调节，并控制进入加热器的气体流量实时变化，实现加热器功率变参数运行。可控交流电源对交流加热器励磁线圈单独供电，通过改变可控交流电源的电流相位，增强了线圈产生的磁场力对交流电弧弧根的加速旋转，降低了电极烧蚀程度，提高了交流电弧加热器长时间运行能力。器长时间运行能力。器长时间运行能力。

【技术实现步骤摘要】
一种可变参数长时间运行交流电弧加热器


[0001]本专利技术涉及交流电弧加热器领域，具体涉及一种可变参数长时间运行交流电弧加热器。

技术介绍

[0002]在航天领域交流电弧加热器作为一种重要的加热器类型，采用多电弧运行技术，电极烧蚀量较低，是长时间运行试验的理想设备选择，然而交流加热器受限于运行过程中电流无法实时改变，不能进行气动热试验轨道式模拟，因而并未得到广泛应用。
[0003]由于交流电弧加热器现有电抗器为固定抽头，加热器与电抗器电缆接线方式固定，无法实现加热器运行过程中电抗阻值的实时调节，因此加热器运行电流也无法改变，同时加热器主回路电流通过线圈产生的磁场与电流存在相位差，这将导致在一段时间内电流产生的磁场对电弧旋转起到了抑制作用，降低了弧根旋转效果，不利于电极抵抗长时间烧蚀。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题：克服现有技术的不足，提出一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，能够实现运行过程中电抗阻值的实时调节，运行电流可调，可以用于进行气动热试验轨道式模拟。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，包括工频交流电源、交流电弧加热器、可调节交流电抗器和可控交流电源；
[0007]所述交流电弧加热器包括三个完全相同的加热器臂以及混合室，三个加热器臂分别为A相臂、B相臂和C相臂；
[0008]交流电弧加热器运行时，工频交流电源的A、B、C三相分别连接一组可调节交流电抗器,然后分别与交流电弧加热器的A相臂、B相臂和C相臂连接；起弧瞬间每一相的电弧在加热器臂与混合室之间形成，三相电弧最终汇合在混合室中心的中性点；可控交流电源用于对交流电弧加热器供电。
[0009]进一步的，所述交流电弧加热器每个加热器臂均包括电极、励磁线圈和收缩段；
[0010]电极同轴安装有励磁线圈，收缩段一端与电极相连，另一端连接在混合室上，三个加热器臂成星式均布连接在混合室上。
[0011]进一步的，所述可调节交流电抗器包括第一交流电抗器线圈、第二交流电抗器线圈、第三交流电抗器线圈、第一固态电子开关、第二固态电子开关和第三固态电子开关；
[0012]第一交流电抗器线圈、第二交流电抗器线圈和第三交流电抗器线圈依次串联在一起，第一固态电子开关、第二固态电子开关和第三固态电子开关分别与第一交流电抗器线圈、第二交流电抗器线圈和第三交流电抗器线圈并联连接；当某个固态电子开关闭合时，与之并联的交流电抗器线圈被短路。
[0013]进一步的，通过三个固态电子开关的组合，实现可调节交流电抗器的感抗自动分级调节，可调节交流电抗器包括七种不同的感抗阻值。
[0014]进一步的，可控交流电源对交流电弧加热器的励磁线圈单独供电，通过改变可控交流电源的电流相位，增强励磁线圈产生的磁场力，实现磁场力始终加速电弧的旋转。
[0015]进一步的，所述工频交流电源的电压为固定值。
[0016]进一步的，在交流电弧加热器运行过程中，通过可调节交流电抗器上的三个固态电子开关的组合关系产生不同的感抗阻值，从而实现作用在交流电弧加热器的电流变化，同时控制进入交流电弧加热器的气体流量实时变化，完成了交流电弧加热器出口气体的焓值、热流参数的调节。
[0017]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0018](1)本专利技术提出一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，该装置主要由工频交流电源、交流电弧加热器、可调节交流电抗器和可控交流电源组成。交流电抗器在固态电子开关的作用下实现电抗器的感抗自动分级调节，并控制进入加热器的气体流量实时变化，实现加热器功率变参数运行。
[0019](2)本专利技术采用的可控交流电源对励磁线圈单独供电，通过改变可控交流电源的电流相位，增强了线圈产生的磁场力对交流电弧弧根的加速旋转，降低了电极烧蚀程度，提高了交流电弧加热器长时间运行能力。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的系统原理图。
[0021]图2为本专利技术涉及的交流加热器的结构示意图。
[0022]图3为本专利技术涉及的可调节交流电抗器结构示意图。
具体实施方式
[0023]如图1，本专利技术一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，由工频交流电源1、交流电弧加热器2、可调节交流电抗器3和可控交流电源4组成。
[0024]如图2所示，本专利技术涉及的一种三相交流电弧加热器2，包括三个完全相同的加热器臂以及混合室24，三个加热器臂分别为A相臂21、B相臂22和C相臂23；每个加热器臂均包括电极211、励磁线圈212和收缩段213；
[0025]电极211同轴安装有励磁线圈212，收缩段213一端与电极211相连，另一端连接在混合室24上，三个加热器臂成星式均布连接在混合室24上。
[0026]如图3所示，本专利技术涉及的一种可调节交流电抗器3由交流电抗器线圈31、交流电抗器线圈33、交流电抗器线圈35依次串联在一起，固态电子开关32、固态电子开关34、固态电子开关36分别与交流电抗器线圈31、交流电抗器线圈33、交流电抗器线圈35并联，当固态电子开关闭合时，并联的电抗器线圈被短路，因此通过三个固态电子开关的组合，电抗器可以有X1、X2、X3、X1+X2、X2+X3、X1+X3、X1+X2+X3等7个不同的感抗阻值。
[0027]工作原理：
[0028]交流电弧加热器2运行时，工频交流电源1的A、B、C三相分别连接一组可调节交流电抗器3,然后与交流电弧加热器2的A相臂21、B相臂22、C相臂23连接，三个加热器臂成星式
均布连接在混合室24上，起弧瞬间每一相的电弧在加热器臂与混合室24之间形成，三相电弧最终汇合在混合室24中心的中性点。一般地，上游工频交流电源1的电压为固定值(如10kV)，在加热器2运行过程中，通过可调节交流电抗器3上的固态电子开关32、固态电子开关34、固态电子开关36的开关组合产生不同的感抗阻值，从而实现作用在交流电弧加热器2的电流变化，同时控制进入加热器2的气体流量实时变化，完成了加热器2出口气体的焓值、热流等参数的调节。
[0029]实施例：
[0030]以A相臂21为例，交流电弧加热器2通过电流时，A相臂21上的励磁线圈212会在电极211内产生一个感应磁场，但是由于电流与感应磁场之间存在的相位差会使得磁场对电弧产生的磁场力与电流之间同样存在相位差，从而导致感应磁场力对电弧并不总是加速旋转的作用，并且在一段时间内对电弧旋转存在阻碍作用，影响了电弧弧根与电极之间的换热，本专利技术使用可控交流电源4给三个励磁线圈供电，通过调节可控交流电源4输出的三相电流的相位，实现励磁线圈产生的磁场力始终加速电弧的旋转，从而增强了电极211寿命，提高了交流电弧加热器2的运行时间。
[0031]本专利技术通过固态电子开关(32、34和36)的组合实现电抗器3的感抗自动分级调节，从而改变交流加热器2上的运行电流大小，并控制进入加热器2的气体流量实时变化，实现加热器2出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，其特征在于：包括工频交流电源(1)、交流电弧加热器(2)、可调节交流电抗器(3)和可控交流电源(4)；所述交流电弧加热器(2)包括三个完全相同的加热器臂以及混合室(24)，三个加热器臂分别为A相臂(21)、B相臂(22)和C相臂(23)；交流电弧加热器(2)运行时，工频交流电源(1)的A、B、C三相分别连接一组可调节交流电抗器(3),然后分别与交流电弧加热器(2)的A相臂(21)、B相臂(22)和C相臂(23)连接；起弧瞬间每一相的电弧在加热器臂与混合室(24)之间形成，三相电弧最终汇合在混合室(24)中心的中性点；可控交流电源(4)用于对交流电弧加热器(2)供电。2.根据权利要求1所述的一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，其特征在于：所述交流电弧加热器(2)每个加热器臂均包括电极(211)、励磁线圈(212)和收缩段(213)；电极(211)同轴安装有励磁线圈(212)，收缩段(213)一端与电极(211)相连，另一端连接在混合室(24)上，三个加热器臂成星式均布连接在混合室(24)上。3.根据权利要求2所述的一种可变参数长时间运行交流电弧加热器，其特征在于：所述可调节交流电抗器(3)包括第一交流电抗器线圈(31)、第二交流电抗器线圈(33)、第三交流电抗器线圈(35)、第一固态电子开关(32)、第二固态电子开关(34)和第三固态电子开关(36)；第一交流电抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦方坤，周法，李飞，张荣国，朱旭，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：