一种冶金连铸电磁搅拌电源控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及钢铁连铸技术领域，具体为一种冶金连铸电磁搅拌电源控制系统。


背景技术：

2.连铸机电磁搅拌技术成为冶金行业中提高连铸钢材品质和成品率的最有效技术途径之一，大量的冶金实践证明，在连铸机上合理采用电磁搅拌工艺能有效改善铸坯的内部组织结构，提高铸坯质量，降低中心偏析和中心疏松、中心缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率，提高产量及产品品质。实践证明电磁搅拌工艺尤其是对合金钢钢种已是不可或缺的一种工艺装备配置，对提高铸坯的产品质量具有十分重要的意义。而决定电磁搅拌工作效果重要因素之一的就是连铸电磁搅拌电源控制系统，其主要是根据不同钢种不同铸坯断面大小以及不同的连铸机工艺，给电磁搅拌线圈提供可变的三相电压和频率，电磁搅拌线圈三相绕组产生不同磁场强度、不同旋转速度和方向的旋转磁场，利用铸坯的导磁性，使得铸坯内部尚未凝固的液态钢水按照一定的转速(频率)转动，起到对钢水进行电磁搅拌的作用。
3.连铸电磁搅拌电源控制系统在电磁搅拌工作过程中，需要根据钢种、铸坯断面大小、连铸机工艺参数等调整频率和电流的工作参数，常规的逆变电路输出特性如图3所示，输出的频率和电压呈关联状态，根据不同的基准频率值和基准电压值，就能获得一簇输出特性曲线，即通过改变基准电压值和基准频率值来改变输出特性，从而达到同时符合电磁搅拌工作频率和工作电压的工作参数，即需要改变频率和电压二个变量来获得符合工艺要求的输出特性曲线；
4.电磁搅拌线圈是利用电磁感应原理进行工作的器件，改变电磁搅拌线圈的工作频率会导致电磁搅拌线圈电感的阻抗变化，在工作电压不变的情况下导致电磁搅拌线圈电流的变化，引起电磁搅拌线圈的电磁场变化，改变频率引起电磁搅拌线圈导线上的电流变化，或改变电磁搅拌线圈的输入电压又会导致电磁搅拌线圈的电势发生动态变化，从而电磁搅拌线圈的工作频率和电压相互影响，不断地动态变化，导致电磁搅拌线圈电磁场不稳定，工作参数的稳态精度低，逆变电路容易损坏；
5.综上，现有的技术在改变目标电流或频率时，由于频率和电流(电压)相互关联，使得电源的输出电压和频率容易相互干涉影响，造成电源输出频率和电压的稳定性差，从而也就影响电磁搅拌的效果，不能保证铸坯的质量。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本实用新型提供了一种冶金连铸电磁搅拌电源控制系统，其可实现加载到电磁搅拌线圈上的工作频率和工作电压各自独立可调互不干涉，电磁场更加稳定，控制精度和可靠性更高，进而进一步保证铸坯的工艺质量。
7.其技术方案是这样的，一种冶金连铸电磁搅拌电源控制系统，用于给电磁搅拌线圈提供电源，其特征在于：所述控制系统包括变频变压逆变电源组件；
8.所述变频变压逆变电源组件包括整流单元，用于实现三相全波整流；
9.储能单元，与所述整流单元连接，用于存储所述整流单元整流后的直流电能；
10.逆变单元，与所述储能单元、电磁搅拌线圈均相连接，用于将直流电能逆变输出具有频率和电压均独立可调的三相逆变电源给电磁搅拌线圈供电；所述逆变单元包括三组igbt单元，每组所述igbt单元均包括上、下桥臂igbt模块，三组所述igbt单元中的上、下桥臂igbt模块的接点分别对应作为三相电源中的其中一相输出至所述电磁搅拌线圈。
11.其进一步特征在于：
12.所述整流单元包括二极管d1～d6；所述储能单元包括电阻r1、电解电容c1、电流接触器sw1；所述逆变单元还包括二极管d7、igbt模块v1；三组igbt单元中的各igbt模块分为igbt模块v2～v7，所述igbt模块v2～v4作为上桥臂igbt模块，所述igbt模块v5～v7作为下桥臂igbt模块，且所述igbt模块v1～v7中均包括igbt管和续流二极管；所述igbt模块v1～v7中的所述续流二极管的阳极均连接所述igbt管的发射极，所述续流二极管的阴极均连接所述igbt管的集电极；上桥臂igbt模块中的所述igbt管的发射极均连接下桥臂igbt模块中的所述igbt管的集电极；所述igbt模块v4、v7的接点作为三相电源中的u相，所述igbt模块v3、v6的接点作为三相电源中的v相，所述igbt模块v2、v5的接点作为三相电源中的w相；所述二极管d1～d3的阳极分别对应连接所述二极管d4～d6的阴极，且所述二极管d1～d3与所述二极管d4～d6之间对应的接点分别与三相交流输入电源中的一相相连接；所述电流接触器sw1的开关两端分别连接于所述电阻r1的两端，所述二极管d1～d3的阴极均与所述电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端与所述电解电容c1的一端、二极管d7的阴极、igbt模块v2～v4的集电极均相连接，所述二极管d7的阳极连接所述igbt模块v1的集电极，所述二极管d4～d6的阳极均与所述电解电容c1的另一端、igbt模块v1、v5、v6、v7的发射极相连接；
13.所述控制系统还包括控制柜以及若干分列柜，所述控制柜内集成有plc控制器及与所述plc控制器连接的hmi人机界面触摸屏，所述plc控制器与pc端相连接，若干所述分列柜内均安装有所述变频变压逆变电源组件，分列的所述变频变压逆变电源组件均与所述plc控制器相连接。
14.本实用新型的有益效果是，其可实现给电磁搅拌线圈输出具有频率和电压均独立可调且互不干涉的逆变电源，从而避免因运行中改变目标电流或频率时，电源的输出电流和频率相互影响，改变了现有连铸电磁搅拌电源控制系统中频率和电压关联比例输出的问题，大大提高了输出的稳定性，且提高了控制精度和可靠性，进而稳定实现电磁搅拌，提高铸坯的工艺质量。
附图说明
15.图1是本实用新型的结构示意图；
16.图2是本实用新型中变频变压逆变电源组件的电路原理图；
17.图3是现有连铸电磁搅拌电源控制系统逆变电路输出的v/f比例关联输出特性曲线图；
18.图4是本实用新型逆变输出的v
·
f分离独立可调输出特性曲线图。
具体实施方式
19.下面将结合附图，对本实用新型实施例的技术方案和有益效果进行详细说明。所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
20.如图1、图2、图4所示，本实用新型一种冶金连铸电磁搅拌电源控制系统用于给电磁搅拌线圈提供电源，控制系统包括变频变压逆变电源组件；
21.电磁搅拌线圈，用于对铸坯建立旋转磁场进行电磁搅拌；
22.变频变压逆变电源组件包括：
23.整流单元，用于实现三相全波整流；
24.储能单元，与整流单元连接，用于存储整流单元整流后的直流电能；
25.逆变单元，与储能单元、电磁搅拌线圈均连接，用于将直流电能通过现有的脉宽调制技术及v
·
f完全分离的方法，逆变输出具有频率和电压均独立可调的三相逆变电源给电磁搅拌线圈供电，即可实现逆变为不同频率不同电压且各自独立输出的三相交流电，从而给电磁搅拌线圈提供频率和电压独立可调的电源，实现电磁搅拌；逆变单元包括三组igbt单元，每组igbt单元均包括上、下桥臂igbt模块，三组igbt单元中的上、下桥臂igbt模块的接点分别对应作为三相电源中的其中一相输出至电磁搅拌线圈，即三组igbt单元组成三相电源输出至电磁搅拌线圈。
26.整流单元包括二极管d1～d6；储能单元包括电阻r1、电解电容c1、电流接触器sw1；逆变单元还包括二极管d7、igbt模块v1；三组igbt单元中的各igbt模块分为igbt模块v2～v7，igbt模块v2～v4作为上桥臂igbt模块，igbt模块v5～v7作为下桥臂igbt模块，且igbt模块v1～v7中均包括igbt管和续流二极管；igbt模块v1～v7中的续流二极管的阳极均连接igbt管的发射极，续流二极管的阴极均连接igbt管的集电极；上桥臂igbt模块中的igbt管的发射极均连接下桥臂igbt模块中的igbt管的集电极；igbt模块v4、v7的接点作为三相电源中的u相，igbt模块v3、v6的接点作为三相电源中的v相，igbt模块v2、v5的接点作为三相电源中的w相；二极管d1～d3的阳极分别对应连接二极管d4～d6的阴极，且二极管d1～d3与二极管d4～d6之间对应的接点分别与三相交流输入电源中的一相相连接；电流接触器sw1的开关两端分别连接于电阻r1的两端，二极管d1～d3的阴极均与电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端与电解电容c1的一端、二极管d7的阴极、igbt模块v2～v4的集电极均相连接，二极管d7的阳极连接igbt模块v1的集电极，二极管d4～d6的阳极均与电解电容c1的另一端、igbt模块v1、v5、v6、v7的发射极相连接。
27.图2中r、s、t作为三相交流输入电源中三相；u、v、w作为输出至电磁搅拌线圈的三相电源中的三相。
28.图4中的输出电压v和输出频率f均可实现独立连续可调。
29.控制系统还包括控制柜1以及若干分列柜2，控制柜1内集成有plc控制器及与plc控制器(也可选择其他控制器件)连接的hmi人机界面触摸屏，plc控制器与pc工控电脑端相连接，若干分列柜2内均安装有变频变压逆变电源组件，分列的变频变压逆变电源组件均与plc控制器相连接，分列柜2中的变频变压逆变电源组件集中由控制柜1中的plc控制器进行控制。
30.另外，本实用新型冶金连铸电磁搅拌电源控制系统可通过plc控制器或其他控制器件，实现对变频变压逆变电源组件及其他需要控制的部分通过通讯方式进行程序控制；远程/就地操作部分可由工控电脑pc端及hmi人机界面触摸屏实现，从而进行远程或就地操作电磁搅拌电源控制系统。
31.本实用新型输出的频率和电压独立可调互不关联互不干涉，变频变压逆变电源组件输出特性的电压v和频率f分离设定和输出，各自独立可调互不干涉，即工作频率和工作电流可以根据连铸机工艺要求分别独立设置和输出，在调整输出特性时二个变量单独调整，即如图4所示，频率和电流可独立设定、控制且相互不关联独立输出，使得电磁搅拌线圈的工作电流实现目标频率恒定输出时可以独立改变设定工作电流，输出频率的精度可达到0.001hz,且电源控制系统工作时因工作频率或电流的变化而引起电磁搅拌线圈磁场强度的波动和产生的反电势小，从而避免了因运行中改变目标电流或频率时电源的输出电流和频率相互影响，大大提高了线圈电磁场的稳定性，工作参数的动态响应快，稳态精度高，动态精度可达到在额定电流范围内不超出
±
2a，且由于频率和电流改变目标值时输出互不关联，大大提高了输出的稳定性，进而提高了铸坯的工艺质量，逆变单元的使用寿命也大大提高；本实用新型的冶金连铸电磁搅拌电源控制系统适用于圆、方坯连铸机的结晶区、二冷区、凝固末端的电磁搅拌，搅拌方式可实现连续搅拌、交替(正反)搅拌、间隙搅拌、变力搅拌、编程组合搅拌等所有冶金连铸机电磁搅拌的工艺要求，同时适应各种不同结构形式的电磁搅拌线圈，具有铸坯中心点磁场强度稳定、搅拌速度精度高，使用功能和保护功能强大、适用范围广、铸坯断面尺寸范围广、操作界面友好、电磁搅拌线圈由于电流的突变而产生的反电势小、故障率低、使用寿命长等显著优点。
32.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
33.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。