一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统及方法与流程

本发明涉及一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统及方法，属于电力电子领域。

背景技术：

1、随着我国空间技术的不断发展，航天器材料研究成为其中的关键技术之一。航天器在穿越大气层的过程中，高速的摩擦会使其表面材料承受高温、高压等外部环境。为了防止气动加热造成损伤甚至毁坏航天器，造成严重的事故。电弧加热等离子体风洞，简称电弧风洞作为航天器大气环境模拟实验的有效手段，主要为航天再入式飞行器气动环境模拟实验提供高温、高压状态，它利用电弧的高温来加热气体，可以提供航天器用防热材料的筛选、烧蚀和烧蚀外形变化实验，从而大大提高航天的安全可靠性。

2、电弧加热器系统作为电弧风洞系统最重要的组成部分，功率在10mw～50mw量级，主要包括直流电源系统和电弧加热器本体两大部分。高热焓和稳定的电弧燃烧，直接决定了电弧风洞的实验能力和实验品质。

3、高压大功率直流电源为电弧加热器提供能量，其功率可以达到63mw量级，其能够根据加热器特性的不同安全提供加热器所需的电压、电流。高电压和大功率同时满足既是电源本身的一种考验。晶闸管作为功率变换的核心器件，如何有效的检测和保护晶闸管，成为电力电子学科的一个重要研究方向，现有技术中仍然缺少完备的检测技术。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，仍然缺少有效的检测和保护晶闸管手段的问题，提出了一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统及方法。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统，包括晶闸管、信号采样单元、整流滤波单元、信号模数转换单元、数字信号处理单元、直流电源保护分系统、供电单元，其中：

4、晶闸管与信号采集单元相输入端连接，信号采集单元输出端与整流滤波单元输入端相连，整流滤波单元输出端与信号模数转换单元输入端相连，信号模数转换单元输出端与数字信号处理单元输入端相连，数字信号处理单元输出端连接直流电源保护分系统输入端，供电单元输出端同时连接信号模数转换单元、数字信号处理单元的输入端进行供电，数字信号处理单元与直流电源保护分系统进行直接通讯，直流电源保护分系统对数字信号处理单元输出的直流电源进行保护。

5、所述信号采集单元采集晶闸管两端电压并分压处理，整流滤波单元将信号采样单元分压后取得的交流电压变换为直流电压并进行滤波处理；信号模数转换单元将滤波后的直流电压信号模数转换为数字量信号，数字信号处理单元将数字量信号进行处理，同时对处理后的信号量进行报警判断，输出报警信号；直流电源保护分系统对报警信号进行判断，实现对直流电源的运行保护。

6、所述信号采集单元通过信号采集单元内置的分压电阻将晶闸管两端的交流电压降低，整流滤波单元通过内置电容对直流电压信号进行滤波处理，数字信号处理单元将数字量信号送至内置的dsp芯片，对采集信号进行判断处理，以实现对晶闸管实时检测，用于直流电源的运行保护。

7、所述信号采样单元对晶闸管两段电压的采集判断周期为20ms/周波；晶闸管是否出现故障通过两段电压体现，信号采样单元采集并对晶闸管两段电压进行分压后，晶闸管两端电压降低至0～3v。

8、所述直流电源保护分系统用于控制晶闸管输出交流电压转换后的直流电压的开车控制、停车控制、报警控制。

9、一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测方法，包括：

10、通过信号采集单元采集晶闸管两端电压并分压处理；

11、利用整流滤波单元将信号采样单元分压后取得的交流电压变换为直流电压并进行滤波处理；

12、通过信号模数转换单元将滤波后的直流电压信号模数转换为数字量信号；

13、数字信号处理单元将数字量信号进行处理，同时对处理后的信号量进行报警判断，输出报警信号；

14、利用直流电源保护分系统对报警信号进行判断，实现对直流电源的运行保护。

15、所述信号采样单元对晶闸管两段电压的采集判断周期为20ms/周波；晶闸管是否出现故障通过两段电压体现，信号采样单元采集并对晶闸管两段电压进行分压后，晶闸管两端电压降低至0～3v。

16、所述信号采集单元通过信号采集单元内置的分压电阻将晶闸管两端的交流电压降低，整流滤波单元通过内置电容对直流电压信号进行滤波处理，数字信号处理单元将数字量信号送至内置的dsp芯片，对采集信号进行判断处理，以实现对晶闸管实时检测，用于直流电源的运行保护。

17、所述数字信号处理单元对处理后的信号量进行报警判断具体为：

18、通过对采集信号进行判断处理，若发现采集信号中1～3个周波内无电压信号，则认为晶闸管已经击穿，通过数字信号处理单元内置继电器输出干接点信号，用于报警处理。

19、若晶闸管已经击穿，由数字信号处理单元传递故障信号到直流电源保护分系统，启动保护报警程序，直流电源及时迅速停车报警。

20、本发明与现有技术相比的优点在于：

21、(1)本发明提供的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统及方法，通过包括晶闸管、信号采样单元、整流滤波单元、信号模数转换单元、数字信号处理单元、直流电源保护分系统、供电单元的检测系统，能够实时检测晶闸管两端的电压值，通过dsp进行运算判断，动作速度快，很好的弥补了快速熔断器保护的不足，同时可以对待机状态下的晶闸管进行检测，弥补了快速熔断器保护的盲区；

22、(2)本发明采用信号采样单元采集晶闸管两端的电压，送至dsp进行运算判断，不存在机械微动开关信号无法发出的情况；整体检测系统装置体积小，晶闸管损坏后能够及时发出保护信号，避免了直接烧断快速熔断器，减少了更换快速熔断器的工作量，能够保护大功率电弧加热器直流电源的安全运行，对10mw～50mw量级直流加热器电力保障具有重要意义。

技术特征：

1.一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统，其特征在于：

6.一种根据权利要求5所述的实时检测系统实现的大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测方法，其特征在于包括：

7.根据权利要求6所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测方法，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测方法，其特征在于：

技术总结
一种大功率电弧加热器直流电源晶闸管实时检测系统及方法，通过包括晶闸管、信号采样单元、整流滤波单元、信号模数转换单元、数字信号处理单元、直流电源保护分系统、供电单元，利用通过分析快速熔断器保护的原理，找出利用快速熔断器保护的不足之处。采用数字信号处理技术，实时检测晶闸管两端的电压值，从而实现对晶闸管好坏的判断。

技术研发人员：马建平,李飞,徐克峰,吴照,汪洋,周磊
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12