专利名称：多炉控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将功率同时供给多个炉子的电源控制系统，并更具体地涉及用于以一种受控的按予定比例方式分配功率的控制系统——从单个电源和单一无功电容台(reactive capacitor station)同时给两台电炉供电。
用于有选择地或交替地加热多台感应炉的电源是已知的。过去人们经常使用的用于交替地对两台熔炉进行供电的系统称之为“蝶形操作”。在这种操作中，单台电源将电能交替地供给用作自保(hold-ing)炉和熔炉的两台炉子。第一炉保持熔融金属并仅需要足以控制金属温度的功率以使其维持熔融态。第二炉使金属能尽可能快速熔化。该电源通常位于能将其输出从一个炉迅速转换到另一炉的位置。起初，电源被连接到熔炉，并将尽可能多的功率供给该负载。监视自保炉内金属的温度。当自保炉内熔融金属温度达到最小值时，则断开供至熔炉的电力，将电源输出连接至自保炉同时自保护被通电。对自保炉维持供电直至金属温度达到最大极限值。此时，断开对自保炉的供电，电源输出被连接到熔炉，即熔炉被通电。每当对自保炉的温度控制需要功率时，在整个熔化周期便重复这一操作。
蝶形操作的结果是对自保炉的不良温度控制和对熔炉供电的利用率差。此外，在每次转换输出连接时必须关断/接通电源，这意味着转换期间没有一个炉能接收到功率。
就功率利用效率而论，US专利5,272,719中示出一种改进系统，该专利揭示了一利用单台电源同时用于铸造作业间的熔化金属和保持熔融金属的电源系统。该电源通过一开关网络被连接到诸炉，其中，一个有多个输出的电源包括至少一个整流部分，该部分有一个输出和数目等于独立感应炉数的多个高频逆变器(inverter)部分。
这种系统的一个具体问题是每一炉需要其自身的高频逆变器装置，该装置必须包括昂贵的储能回路和滤波电容器和相关的开关电路用以控制对每一炉的功率供给。此外，为避免一个系统需要多个槽路就要增大启动每炉各自的电容器槽路的电力消耗。
本发明设想一种新的改进型多炉控制系统，该系统克服以上提到的问题和其他问题，以提供一种炉控制系统，用以从同一电容器台同时以予选的各炉功率级向诸如自保炉和熔化炉等的多个炉供以功率，在此期间，该电源和炉电容器的所有作业均是在安全极限范围内完成的。
根据本发明，提供了一种多炉控制系统，用以供给操作员所选功率级以便最佳地熔化或保持容纳在该系统炉内的产物。通常，第一和第二炉是同电源相联系的，以便向炉子供电，同时并联连到电源和炉子的电容器台形成槽路电路。选择地控制供给炉子以电力的开关包括用于控制第一部分功率供给，以在第一或“自保”炉内保持熔融产物，作为主控制，以及控制其余部分功率的供给，以熔化在第二或“熔化”炉内的产物的控制装置，从而将电容器台用作两炉的无功槽路(reactive tank)。
根据本发明另一方面，开关电路包括一固态控制开关(SCR)，用以限制加到自保炉的功率和多个选择器开关，用以控制哪个炉将接受自保功率和哪个炉将接受熔化功率。该电源除了也包括响应操作员选择的功率级的特殊反馈回路控制外，包括一传统的逆变电路。当将第一炉从自保炉转换到熔化炉时，则将其从同SCR的串联转换成直接与电容器台并联连接。当将第二炉从熔化炉转换成自保炉时，则便将其转换成同SCR的串联，故可按需要调节功率级。可将该系统构成总是让SCR处于与具有较低需要级的炉子相串联的状态。
本发明还包括操作包括熔化炉和自保炉的多炉系统的方法，该系统内一个电源和一电容器台分别被置于与这些炉相并联连接，而一个开关电路控制分别供给炉子的功率。该方法包括以下步骤将第一炉作为自保炉来进行调整，包括识别为将容纳于自保炉内的产物保持在熔化状态所必需的那部分功率。第二步是用置于同自保炉串连的功率控制开关将已识别的那部分功率从电源供给自保炉。然后可将其余部分功率直接供给熔化炉，以熔化容纳其内的产物。本发明包括根据产物的状态需要选择地转换炉子，或从自保炉转换至熔化炉或反之。
本发明这一主题提供了系统中的任何炉子连续施加适当功率的优点，以便精确控制其内产物的温度，而与此同时能提供操作员所选择的尽可能多的其余功率，用于该系统的其他炉子。
由本发明得到的另一优点在于运用同一电源和电容器台来为两台炉同时供电。
本发明新颖多炉控制系统的其他好处和优点在本领域技术人员阅读和理解本说明书后会变得更清楚。
本发明在某些部件和部件配置方面可取物理形式，本发明的最佳实施例将在本说明书中予以详细描述并图示在构成其一部分的附图中，附图中
图1A包括根据本发明形成的一个多炉系统的示意方块图；图1B表示根据图1A的实施例，操作员可面临的一块控制盘；图2A包括在一可替换的电路结构中的图1A多炉系统的示意方块图；图2B表示用于图2A实施例的控制盘；图3表示对图1A和2A系统的一种可供选择的电路结构；
图4表示另一种可替换的实施例，区别在于该系统中的每一炉包括与其串联的固态开关；图5A表示举例说明该系统的交替状态和在不同状态条件下在元件及其电路中的变化的状态图；图5B和6表示对图1A和2A的选择开关而言断开的详细状态图；以及图7表示图1A和2A的系统的一个典型熔化周期，示出同时给各炉供给功率的百分比。
现参照各附图，其中所示仅为举例说明本发明的最佳实施例而并不是为限制本发明为目的，这些附图示出一个包括第一和第二感应炉A和B的多炉控制系统，炉A和B通过由电源14和无功电容器槽路台(capacitor tank station)16供电的电感线圈10，12在容纳在炉内的产物中感生热。电源14是传统的逆变器，众所周知是用于给线圈10，12供以适宜的交变电流，以给炉A和B以动力。电源14和电容器台16被如此并联连至炉A和B，以致同一电容器台同时足够作为用作两炉A和B的熔化和自保两作业的一个无功储能电路，而传统做法是一个熔化炉便需要一个电容器台。正如后面还要更详细说明的，电源，电容器台和炉子的操作是如此完成的，以致在安全极限值范围内操作电源和电容器的同时供给功率。
在图1A和2B的实施例中，用于控制供给炉A和B的开关装置包括多个选择器开关1，2，3，4和一个固态控制开关(SCR)20。控制器30基于操作员从图1B的控制盘的输入控制开关操作。设置的安全断接开关22，24以手动将炉子与电源断接。选择器开关1-4是如此操作的以致炉子之一被直接跨接在电容器台上，而另一炉与SCR20串联后跨接在电容器两端。还在所有选择器开关上设有微型开关(未示出)，以向控制器30报告其状态。当安全断接开关22，24被打开时，控制系统也将打开相应选择器开关1-4，以完全隔离炉子。
特别参照图1B，该图示出当由图1A系统的操作员操作和观测时的控制盘。一个选择器开关，诸如电位器32，34之类使操作员能从可得到的功率中选择一部分百分比，这部分百分比可通过电源和电容器台供给每个炉子。正如从中可看到的，已设定炉A接受可得到功率的百分之八十(80％)，并设定炉B接受可用功率的百分之二十(20％)。数字读出器36，38将正供给炉子的功率的真实百分比通知操作员。
本发明的一个特点是操作员无论选择了A，B炉中的哪一个接受较少量可用炉功率，则该炉便与闸流管20串联连接，而被选为接受较高百分比可用功率的炉被直接连接在电源与电容器台14，16的两端。按传统，选为较低功率需求的炉通常为自保炉，而另一炉通常将包括熔化炉；然而，如今(in actuality)，由于该控制方案是基于要供给的所选功率而不是论功率的实际用途，即保持还是熔化，故与哪个炉是熔化炉和哪个炉是自保炉无关。
本发明的另一重要特性是该方案用较低功率要求作为主控制，即让该炉总是满足其所选功率要求，而选择去接受较高百分比可用功率的另一炉无论怎样都被限于接受可用功率的余额。
更具体地说，同时继续参照图1A和1B，炉B已被选为接受从电源和电容台14，16来的额定功率的百分之二十(20％)。炉A已被选为接受可用额定功率的百分之八十(80％)。在传统调整中，于是炉B为自保炉和炉A为熔化炉，但如以上所指出的，炉子的实际功能是不相干的。不过，由于炉B已被选为接收较低百分比功率，闸流晶体管20是由于开关3的闭合和开关4的打开而由选择器开关1-4转换成与炉B串联的。炉A通过开关1的关闭和开关2的打开而直接跨接电容台两端。在此情况下，来自电源的百分之百(100％)的可用功率被通往用于高效熔化和保持作业的两炉。所有开关转换通过控制器30响应操作员对电位器32，34或图1B或2B中未示而在图5A和5B中说明的各炉开/关按钮的选择调整而生效。如今，控制器将如此操作变换器14致使其能寻求给炉A提供额定功率的百分之八十(80％)，只要它能满足对炉B所选的百分之二十(20％)的要求。这是通过闸流晶体管的操作以将来自电源和电容器台16的可用功率降至百分之二十的所选电平而完成的。
图2A和2B示出操作员已将工作条件颠倒的情况，致使现在炉A是接受额定功率的百分之二十(20％)而炉B接受百分之八十(80％)。在此情况下，如此颠倒选择器开关致使经一短时无负载转换操作后，开关1和3被打开而开关2和4被闭合。
在操作员已选择两个百分比之和高于可由电源供应功率的百分之百(100％)的两个不同功率级的情况下，该系统首先将满足较低功率要求，因为这是主控制，然后给另一炉供以可用的其余部分。例如，若操作员选择自保炉去接受电源可用功率的百分之三十(30％)并选择熔化炉去接受可用功率的百分之八十(80％)。则两者之和为百分之一百一十(110％)，比若仅为能供给其额定功率所建立的电源高出百分之十(10％)。在此情况下，尽管操作员已要求给熔化炉供以百分之八十(80％)的额定功率，熔化炉也仅接受可用功率的百分之七十(70％)。控制盘会指示自保炉选为接受百分之三十(30％)，显示器会指示它正接受这一百分比的可用功率，而熔化炉虽在电位器处选为接受百分之八十(80％)，但显示器仅指示可用功率的百分之七十(70％)，被供给该炉。
从该控制方案可得到若干优点。首先，电源和电容器台14，16将往往工作在最大效率下因而一个电源和电容器台14，16可给多个炉供以电力。第二，由于该控制方案将较低被选功率级设为主控制，故该炉总是接受其所选功率而另一炉能接受或一部分或全部的其余可用功率。第三，闸流晶体管对20能通过经由选择器开关1-4而同其中一个炉子串联连接而控制任一炉子的功率。因此，借助单一闸流晶体管，单一电容器台和单个电源可对多个炉子供电。
参照图3，该图示出该系统的一个替换实施例，其中仅用两个选择器开关40，42，去选择地将闸流晶体管对20同炉A或炉B连接。在图3所示实施例中，指定炉A为熔化炉，因此随开关40的闭合它被直接连在电容器台16上，而炉B为自保炉，因为它是由于开关42的打开而同闸流晶体管对20串联的。
图4包括又一替换实施例，其中用了两个闸流晶体管44，46同每个炉串联。在此情况下，闸流晶体管44，46将如操作员所选的控制给相关炉供电，和仅需要两个附加隔离开关5，6。
特别参照图5a，5B和6，图示了为协调该控制系统诸功能的控制方案。该控制系统的基本协调功能是要保证不论操作员控制的要求是什么，电源总是在运作或开始并行调整电容器台16。例如，若炉A和炉B均在运作，以及炉A正在保持(即，通过SCR开关20控制的功率)以及操作员断开炉B，则控制系统必须首先关断SCR开关20，然后关断电源14，再交换(Swap)开关1-4，以将炉A直接连到储能电路(tank)16，然后接通电源14，再使电源功率级提升至在关断炉B前炉A已运作的同一功率级。
炉开关转换系统的所有这些状态示于图5A和5B的状态图中。图中示出该系统的标为状态A至K的十一种值状态，并示为椭圆。从椭圆状态列出的线代表操作员的行动，而这些线上的圆圈是为从一种状态到达下一状态的系统行为。用状态A作为例子，可解释操作员的可能行动和结果。状态A可被识别为炉A是正在熔化和炉B正在保持(即，开关1和3被闭合，而开关2和4被打开，手动断接22，24均被闭合)可能行动是
1)操作员推压A炉-接通按钮或B炉接通按钮如由顶部两圆弧所示。系统决不脱离状态A因为两炉均已接通。
2)操作员推压B炉-关断按钮如由左线所示。系统直接关断SCR开关(①)并进入状态F，在那里，炉A仍在熔化而炉B被关断，但所有选择器开关留在其当前位置同时炉B正准备好去再作为自保炉运作。
3)操作员推压A炉-关断按钮，如由左下斜线所示。系统先关断SCR开关(①)，然后断开电源(②)，然后互换选择器开关位置以从炉A在熔化转换成炉B在熔化，因为炉B将变成唯一运行炉，电源需要储能电路。(控制系统打开选择器开关1和3并闭合选择器开关2和4)。在接通电源(③)后，系统进入状态D。
4)操作员旋转提升炉A的控制电位器甚至高于炉B控制电位器，如底部圆弧线所示。该系统决不退出状态A，因为炉A已是熔化炉。
5)操作员旋转提升炉B的控制电位器使其高于炉A的控制电位器如底部竖线所示。系统首先关断SCR开关(①)，然后关断电源(②)，然后交换选择器开关以使炉B为熔化炉和炉A为自保炉，于是在接通电源和SCR开关之后(③和④)系统进入状态B，在那时，炉B是熔化炉和炉A是自保炉。
6)操作员打开炉手动断接开关如图6A顶部从状态A的出来的两根右边线之一所示。系统立即停止触发SCR开关并关断电源和在打开适当开关以完全隔离连到被打开的断接开关的那个炉之后，进入状态J或状态H。
描述为旋转一个控制电位器使其高于另一控制电位器的行动代表一种用于确定哪一炉是熔化炉和哪一炉是自保炉的控制方案。
特别参照图7，该图示出该系统的有利的功率用法(usage)。由此可见，当自保炉功率要求因其内熔化产物被注出(pour off)而被降至功率的零百分比(0％)时，因而可用于熔化炉的功率即增大。
如以上指出的，本发明多炉控制器使适当的功率能连续施加到自保炉以精确地控制熔融金属的温度，与此同时还连续地将高达最大剩余可用功率供应熔化炉。自保炉是该方案的主体。其功率要求总是首先得到满足。熔化炉按请求即接受高达可用功率的最大值，该值由电源额定值和自保炉功率要求来确定。也就是说，给熔化炉的最大功率等于电源的标称额定功率值减去供给自保炉的功率。
现已参照这些最佳实施例描述了本发明。显然，为达到本发明予期目的也可运用其他电路配置，即，单个电源和单个电容台去交替地给自保炉和熔化炉供电。另一方面，用诸如通过使炉负载与可变阻抗串联的其他开关装置而不用控制开关20，可获得同样效果而这在本发明的范围内。
本发明包括所有能落入所附权利要求书范围内的这类改型和变种或其等同物。
权利要求
1.一种炉控制系统，用于为有选择地熔化或保持该系统多个炉中所容纳的产物而供给功率，该系统包括第一炉和第二炉；给这两炉供给功率的电源；并联连接到电源和所述炉并与此形成储能电路的电容台；以及开关装置，用以选择地控制分别供给两炉的功率，该开关装置包括控制装置用于控制，传送第一予选部分功率用在保持第一炉内熔融产物作为主控制，并用于控制为熔化第二炉内产物而传送其余部分功率，从而将电容台用作两炉的电抗储能回路。
2.如权利要求1所述的炉控系统，其特征在于所述第一炉和第二炉或可选择地包括一个自保炉，用以保持熔融产物，或可包括一熔(化)炉，用以将该产物熔化成熔融态。
3.如权利要求2的炉控系统，其特征在于开关装置包括一功率级控制开关和多个为选择地将第一和第二炉分别或连作熔化炉或连作自保炉而配置的选择开关。
4.如权利要求3的炉控系统，其特征在于当由多个选择器开关的第一部分选作自保炉时，该功率级控制开关被转换成同第一炉串联，以将第一予选功率部分供至第一炉并当通过许多选择器开关的第二部分选为熔化炉时，将功率的其余部分转换至第二炉。
5.如权利要求1所述的炉控系统，其特征在于还包括与第一和第二炉相关的第一和第二控制电位器，用于从电源的可用功率选择其第一和第二百分比，以分别将它们传送至所述炉，以及包括用于将第一和第二百分比中较低百分比调整作为保持熔融产物的主控制的装置。
6.一种操作多炉系统的方法，借此方法可将可用功率的选择百分比从一公共电源和并联连到电源和炉子的公共电容台传送至系统的诸炉，该系统包括第一和第二炉——两者可被选择或同时作为自保炉或熔化炉而操作；以及开关装置，用于控制将可用功率分别从电源和电容台送到两炉，该方法包括以下步骤将第一炉调整为自保炉，包括识别为保持容纳在第一炉的产物于保持状态所必需的功率部分；将识别的该部分功率提供给第一炉；以及将功率的其余部分供给第二炉，以熔化容纳其内的产物。
7.如权利要求6所述操作多炉系统的方法，其特征在于供给识别部分和供给其余部分的功率包括同时从电源和电容器台供给两炉。
8.如权利要求6操作多炉系统的方法，其特征在于所述供给识别部分功率包括用相位控制开关限制从电源和电容器台加到第一炉的功率。
9.一种多炉控制系统，用于按操作员所予选可用功率的百分比在炉间分享供给各炉的功率，包括多个炉子；单个电源和电容器台，该电容器台与电源和各炉并联连接并为同时形成储能电路而被调整；用于选择可用功率的第一所需百分比以供给炉子之一的装置；和开关装置，用于将所需百分比供给一炉作为对可用功率的主控制，并用于将可用功率的其余部分供给其余炉子。
10.如权利要求9的多炉控制系统，其特征在于还包括用于选择可用功率的第二百分比以供给第二炉的装置，其中所述开关装置包括用于确定所述第一和第二百分比的较低百分比并用于将较低百分比调定为主控制的装置。
11.如权利要求10的多炉控制系统，其特征在于用于选择第一和第二百分比的装置各包括用于分别显示供给各炉的可用功率百分比的装置。
12.如权利要求10所述的多炉控制系统，其特征在于用于选择第一和第二百分比的装置各包括一控制电位器，以及开关装置包括一个可选择地与确定为具有所选百分比较低的那个炉串联连接的功率电平控制开关，以调整供给确定为较低百分比作为主控制的那个炉的功率。
全文摘要
多炉控制系统。用于选择地将可用功率的预选百分比送至系统各炉——最好指定为熔化炉或保持炉。电源给两炉供以电力。并联连到电源和各炉的电容器台被调整以形成一储能电路。开关控制分别送到各炉的所选功率并控制第一部分功率的传送,以将熔融产物保存在自保炉内作为主控制。然后传送功率的其余部分,以便熔化熔化炉内产物。电容器台对两炉充当无功储能电路。
文档编号F27D11/06GK1181495SQ9511893
公开日1998年5月13日 申请日期1995年11月16日 优先权日1994年11月16日
发明者G·哈瓦斯, A·L·沃恩 申请人:阿贾克斯磁热公司