CN116334349A - 一种炼钢电炉加热数据采集调节模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炼钢电炉加热数据采集调节模块，包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一带抽头互感线圈、第一光电三极管、第二NMOS管、第三发光二极管、第四二极管、第五NMOS管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一输出端，第一带抽头互感线圈L1绕制在电炉的炉壁与炉底内部，第一光电三极管和第三发光二极管耦合封装，第一光电三极管集电极和电源连接，第一光电三极管发射极和第一电阻一端连接。本发明解决线圈在振荡过程时，采集电路内的电容会与线圈发生频率谐振以及振荡频率降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及炼制加热技术领域，特别涉及一种炼钢电炉加热数据采集调节模块。
背景技术
炼钢电炉是采用感应加热的方式，其原理是通过交变电流通过线圈时产生了与电流同步的交变磁场，磁场的磁力线穿过炉料时被切割，并在炉料构成的回路中产生感应电流，感应电流克服炉料内电阻将电能转换为热能，实现对金属炉料或钢液的加热，而磁场的强弱取决于通过线圈的电流强度、频率、线圈匝数等因素，实现感应加热是通过内部电路的两个MOS管的交替导通使线圈进行振荡，利用MOS管的离散性差异，使软启动电路在上电瞬间无法同时导通，当其一导通后使整个电路进行振荡状态。公开号:CN218380533U公开了一种电炉PLC控制系统，在针对感应炉的方案时通过采集电路采集炉内的温度反馈给后级电路，根据温度控制加热目的，因其感应加热时本身的振荡匹配会与采集电路中的电路会产生谐振，使采集的数据会因谐振发生偏离，甚至谐振过大时会直接过压损毁，还存在因软启动的电路是直接上电进行振荡，因振荡频率固定，只能通过可变的电流强度决定其加热功率。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种炼钢电炉加热数据采集调节模块，所述采集模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一带抽头互感线圈L1、第一光电三极管D1、第二NMOS管D2、第三发光二极管D3、第四二极管D4、第五NMOS管D5、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一输出端OUT1，所述第一带抽头互感线圈L1绕制在电炉的炉壁与炉底内部，第一光电三极管D1和第三发光二极管D3耦合封装，第一光电三极管D1集电极和电源连接，第一光电三极管D1发射极和第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端和第一运算放大器U1反相端、第二运算放大器U2同相端、第一输出端OUT1、第二电阻R2一端、第一电容C1一端连接，第一电容C1另一端、第二电阻R2另一端、第二电阻R2抽头端和接地端连接，第一运算放大器U1输出端和第二NMOS管D2栅极连接，第二NMOS管D2漏极和电源连接，第二NMOS管D2源极和第三发光二极管D3阳极连接，第三发光二极管D3阴极和第一带抽头互感线圈L1一端连接，第一带抽头互感线圈L1抽头端和接地端连接，第一带抽头互感线圈L1另一端和第四二极管D4阴极连接，第四二极管D4阳极和第五NMOS管D5源极连接，第五NMOS管D5漏极和电源连接，第五NMOS管D5栅极和第二运算放大器U2输出端连接，通过第一电容同时对第一带抽头互感线圈进行振荡与电炉加热数据的采集；
所述采集模块还包括第三运算放大器、第八PMOS管、第九二极管、第十NMOS管、第二电容、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二电感，所述第八PMOS管源极和电源连接，第八PMOS管漏极和第一运算放大器供电端、第二运算放大器供电端连接，第八PMOS管栅极和第三运算放大器输出端、第十七电阻一端连接，第三运算放大器同相端和第十八电阻一端、第十九电阻一端连接，第十八电阻另一端和电源连接，第三运算放大器反相端和第二十三电阻一端、第二十二电阻一端连接，第二十三电阻另一端和第九二极管阴极、第二电容一端连接，第九二极管阳极和第二电感一端、第十NMOS管漏极连接，第二电感另一端和电源连接，第十NMOS管源极和第二十一电阻一端连接，第十NMOS管栅极和第二十电阻一端、第二运算放大器输出端连接，第二十二电阻另一端、第二十一电阻另一端、第二十电阻另一端、第十九电阻另一端、第十七电阻另一端和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第六三极管D6、第七三极管D7、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第六三极管D6集电极和第三电阻R3一端、第二NMOS管D2源极连接，第三电阻R3另一端和电源、第四电阻R4一端连接，第四电阻R4另一端和第四二极管D4阳极、第七三极管D7集电极、第五电阻R5一端连接，第五电阻R5另一端和第六三极管D6基极连接，第七三极管D7基极和第六电阻R6一端连接，第六电阻R6另一端和第二NMOS管D2源极连接，第六三极管D6发射极、第七三极管D7发射极和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，所述第七电阻R7一端和电源连接，第七电阻R7另一端和第二运算放大器U2反相端、第八电阻R8一端连接，第八电阻R8另一端和第一运算放大器U1同相端、第九电阻R9一端连接，第九电阻R9另一端和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第十电阻R10、第十一电阻R11，所述第十电阻R10一端和电源连接，第十电阻R10另一端和第二NMOS管D2漏极、第十一电阻R11一端连接，第十一电阻R11另一端和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第十二电阻R12、第十三电阻R13，所述第十二电阻R12一端和电源连接，第十二电阻R12另一端和第五NMOS管D5漏极、第十三电阻R13一端连接，第十三电阻R13另一端和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第十四电阻R14，所述第十四电阻R14一端和第一运算放大器U1输出端、第二NMOS管D2栅极连接，第十四电阻R14另一端和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第十五电阻R15，所述第十五电阻R15一端和第二运算放大器U2输出端、第五NMOS管D5栅极连接，第十五电阻R15另一端和接地端连接。
进一步的，所述采集模块还包括第十六电阻R16，所述第十六电阻R16两端串接在第一电容C1和第一输出端OUT1之间。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
通过少量元件实现感应加热的振荡频率调节，解决线圈在振荡过程时，采集电路的电容会与线圈发生频率谐振以及振荡频率降低的问题，同时采用单电源供电方式，防止波动不一致时造成的误导通。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采集模块结构示意图的第一部分，图2为本发明采集模块结构示意图的第二部分，图3为本发明采集模块结构的第三部分。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
参阅附图，本发明是一种炼钢电炉加热数据采集调节模块，所述采集模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一带抽头互感线圈L1、第一光电三极管D1、第二NMOS管D2、第三发光二极管D3、第四二极管D4、第五NMOS管D5、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一输出端OUT1，第一带抽头互感线圈L1绕制在电炉的炉壁与炉底内部，所述第一光电三极管D1和第三发光二极管D3耦合封装，第一光电三极管D1集电极和电源连接，第一光电三极管D1发射极和第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端和第一运算放大器U1反相端、第二运算放大器U2同相端、第一输出端OUT1、第二电阻R2一端、第一电容C1一端连接，第一电容C1另一端、第二电阻R2另一端、第二电阻R2抽头端和接地端连接，第一运算放大器U1输出端和第二NMOS管D2栅极连接，第二NMOS管D2漏极和电源连接，第二NMOS管D2源极和第三发光二极管D3阳极连接，第三发光二极管D3阴极和第一带抽头互感线圈L1一端连接，第一带抽头互感线圈L1抽头端和接地端连接，第一带抽头互感线圈L1另一端和第四二极管D4阴极连接，第四二极管D4阳极和第五NMOS管D5源极连接，第五NMOS管D5漏极和电源连接，第五NMOS管D5栅极和第二运算放大器U2输出端连接，采集模块用于采集炼钢电炉加热数据，通过第一电容同时对第一带抽头互感线圈进行振荡与电炉加热数据的采集；
所述采集模块还包括第三运算放大器、第八PMOS管、第九二极管、第十NMOS管、第二电容、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二电感，所述第八PMOS管源极和电源连接，第八PMOS管漏极和第一运算放大器供电端连接、第二运算放大器供电端，第八PMOS管栅极和第三运算放大器输出端、第十七电阻一端连接，第三运算放大器同相端和第十八电阻一端、第十九电阻一端连接，第十八电阻另一端和电源连接，第三运算放大器反相端和第二十三电阻一端、第二十二电阻一端连接，第二十三电阻另一端和第九二极管阴极、第二电容一端连接，第九二极管阳极和第二电感一端、第十NMOS管漏极连接，第二电感另一端和电源连接，第十NMOS管源极和第二十一电阻一端连接，第十NMOS管栅极和第二十电阻一端、第二运算放大器输出端连接，第二十二电阻另一端、第二十一电阻另一端、第二十电阻另一端、第十九电阻另一端、第十七电阻另一端和接地端连接。
第一运算放大器U1同相端和第二运算放大器U2反相端分别和不同的参考电源连接，获取参考电位，设置时使第一运算放大器U1同相端电位大于第二运算放大器U2反相端电位，第一运算放大器U1反相端和第二运算放大器U2同相端和第一电容C1连接，第一电容C1电位上升使第一运算放大器U1和第二运算放大器U2输出信号反转，第一光电三极管D1和第三发光二极管D3耦合连接，第三发光二极管D3工作时使第一光电三极管D1导通，电源信号经第一光电三极管D1`集电极、第一电阻R1到达第一电容C1，第一电阻R1和第二电阻R2串联对第一电容C1进行延时，调节第二电阻R2旋钮可改变第一电容C1电位上升或下降速率，第一输出端OUT1反馈第一电容C1电流参数以及充放频率参数，因不直接对第一带抽头互感线圈L1进行采样，防止第一带抽头互感线圈L1在振荡过程时与采样电路产生谐振的同时，实现振荡调节以及振荡时的数据采集；
初始上电状态到运行过程为，电路上电，第一光电三极管D1无耦合导通，第一运算放大器U1差分运算后输出信号到第二NMOS管D2栅极，第二NMOS管D2栅极到源极为导通正压差，第二NMOS管D2导通，第二NMOS管D2漏极端电源信号经第二NMOS管D2使第三发光二极管D3导通和第一光电三极管D1耦合，同时，还经第一带抽头互感线圈L1、第一带抽头互感线圈L1抽头端、接地端形成回路，第一带抽头互感线圈L1主线圈与炉内金属料进行互感，第一光电三极管D1集电极电源信号经第一光电三极管D1发射极到达第一电容C1，第一电容C1电位持续上升，第二运算放大器U2对同相端和反相端电位进行差分并输出信号到达第五NMOS管D5栅极，第五NMOS管D5栅极到源极为导通正压差，第五NMOS管D5导通，第五NMOS管D5漏极端电源信号经第四二极管D4、第一带抽头互感线圈L1、第一带抽头互感线圈L1抽头端形成回路，使第一带抽头互感线圈L1主线圈和炉内金属料进行互感；
第三运算放大器用于输出第一带抽头互感线圈振荡修正信号，第八PMOS管用于截断第一运算放大器、第二运算放大器的供电电源连接，也可将第八PMOS管与第一运算放大器U1和/或第二运算放大器U2的输出端进行连接，实现截断，第十NMOS管用于输入升压信号，与第二运算放大器输出端连接，第九二极管用于截流，第二十二电阻、第二十三电阻用于提供第三运算放大器反相端输入信号，第十八电阻、第十九电阻用于提供第三运算放大器同相端参考信号，当第一带抽头互感线圈线圈振荡频率过高时，第十NMOS管使第二电容端电压高升，第三运算放大器输出信号使第八PMOS管截止，第二电容经第二十三电阻、第二十二电阻卸荷，第八PMOS管导通后第一运算放大器和第二运算放大器再次进行输出，对高频振荡进行掉频修正，防止高频振荡电炉过热，C3用于滤除高频干扰，第二十一电阻用于防止低频时第二电感对地过长过流，第十七电阻、第二十电阻用于第八PMOS管和第十NMOS管寄生电容释放，防止故障。
具体地，所述采集模块还包括第六三极管D6、第七三极管D7、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第六三极管D6集电极和第三电阻R3一端、第二NMOS管D2源极连接，第三电阻R3另一端和电源、第四电阻R4一端连接，第四电阻R4另一端和第四二极管D4阳极、第七三极管D7集电极、第五电阻R5一端连接，第五电阻R5另一端和第六三极管D6基极连接，第七三极管D7基极和第六电阻R6一端连接，第六电阻R6另一端和第二NMOS管D2源极连接，第六三极管D6发射极、第七三极管D7发射极和接地端连接；
考虑到第一电容C1电位在经第一运算放大器U1和第二运算放大器U2区间时会导致第二NMOS管D2和第五NMOS管D5无输出降低电路预设的输出频率，第四电阻R4端电源信号经第四电阻R4、第五电阻R5、第六三极管D6基极使第六三极管D6进行放大，第三电阻R3端电源信号经第三电阻R3、第六三极管D6集电极、发射极、接地端形成回路，同时第三电阻R3端电源信号还经第六电阻R6、第七三极管D7基极、第七三极管D7发射极到达接地端，使第六三极管D6和第七三极管D7均为放大状态，此时第三发光二极管D3阳极电位高于第七三极管D7基极电位，第四二极管D4阳极电位高于第六三极管D6基极电位，当第二NMOS管D2漏极端电源信号经第二NMOS管D2源极到达第三发光二极管D3阳极的同时，信号经第六电阻R6到达第七三极管D7基极，第七三极管D7饱和，第六三极管D6截止，当第二NMOS管D2栅极无信号输出时，第三发光二极管D3导通的阳极电位低于第七三极管D7基极电位，而因第六三极管D6截止，第三电阻R3端电源信号经第三发光二极管D3、第一带抽头互感线圈L1一端、第一带抽头互感线圈L1抽头端、接地端形成回路，反之第四二极管D4导通的同时，第五NMOS管D5漏极端电源信号还经第五NMOS管D5源极、第五电阻R5使第六三极管D6基极、接地端形成回路，使第六三极管D6进入放大状态，第三电阻R3端电源信号经第三电阻R3、第六三极管D6集电极、第六三极管D6发射极、接地端形成回路，完成第一带抽头互感线圈L1振荡，防止第二NMOS管D2和第五NMOS管D5无输出导致的第一带抽头互感线圈L1振荡频率降低。
具体地，所述采集模块还包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，所述第七电阻R7一端和电源连接，第七电阻R7另一端和第二运算放大器U2反相端、第八电阻R8一端连接，第八电阻R8另一端和第一运算放大器U1同相端、第九电阻R9一端连接，第九电阻R9另一端和接地端连接；
通过第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9的串联分压为第一运算放大器U1同相端和第二运算放大器U2反相端提供参考电位，无需外接电源防止电源波动导致频率偏移。
具体地，所述采集模块还包括第十电阻R10、第十一电阻R11，所述第十电阻R10一端和电源连接，第十电阻R10另一端和第二NMOS管D2漏极、第十一电阻R11一端连接，第十一电阻R11另一端和接地端连接；
考虑到第一运算放大器U1输出端的信号并非正负输出，其输出端的信号为供电电源幅值，而第二NMOS管D2的导通需要一定压差范围内保证第二NMOS管D2栅极到第二NMOS管D2源极为正压差，或第二NMOS管D2栅极到第二NMOS管D2漏极为负压差，因此第一运算放大器U1的供电电源端串接第十电阻R10和第十一电阻R11为第二NMOS管D2漏极进行供电，保证电源波动时，第一运算放大器U1输出端电位始终大于第二NMOS管D2所需导通的电位。
具体地，所述采集模块还包括第十二电阻R12、第十三电阻R13，所述第十二电阻R12一端和电源连接，第十二电阻R12另一端和第五NMOS管D5漏极、第十三电阻R13一端连接，第十三电阻R13另一端和接地端连接；
设置第十二电阻R12和第十三电阻R13同为保证在电源波动时，第二运算放大器U2输出端电位始终大于第五NMOS管D5所需导通的电位，同时因采集模块为整体单电源供电，并不存在负电源，其接地端参考电位趋近为0V，能有效抑制在电源波动时负电源的电位因电源波动使参考电位偏移造成的正负电源的过压带来的元件损毁。
具体地，所述采集模块还包括第十四电阻R14，所述第十四电阻R14一端和第一运算放大器U1输出端、第二NMOS管D2栅极连接，第十四电阻R14另一端和接地端连接；
设置第十四电阻R14为第二NMOS管D2内部寄生电容进行放电。
具体地，所述采集模块还包括第十五电阻R15，所述第十五电阻R15一端和第二运算放大器U2输出端、第五NMOS管D5栅极连接，第十五电阻R15另一端和接地端连接；
设置第十五电阻R15为第二NMOS管D2内部寄生电容进行放电。
具体地，所述采集模块还包括第十六电阻R16，所述第十六电阻R16两端串接在第一电容C1和第一输出端OUT1之间；
设置第十六电阻R16对第一电容C1端的电流进行限流，防止输出端连接的采集电路采集参数时出现过流损毁。
Claims (8)
1.一种炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，包括采集模块，所述采集模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一带抽头互感线圈、第一光电三极管、第二NMOS管、第三发光二极管、第四二极管、第五NMOS管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一输出端，所述第一带抽头互感线圈绕制在电炉的炉壁与炉底内部，第一光电三极管和第三发光二极管耦合封装，第一光电三极管集电极和电源连接，第一光电三极管发射极和第一电阻一端连接，第一电阻另一端和第一运算放大器反相端、第二运算放大器同相端、第一输出端、第二电阻一端、第一电容一端连接，第一电容另一端、第二电阻另一端、第二电阻抽头端和接地端连接，第一运算放大器输出端和第二NMOS管栅极连接，第二NMOS管漏极和电源连接，第二NMOS管源极和第三发光二极管阳极连接，第三发光二极管阴极和第一带抽头互感线圈一端连接，第一带抽头互感线圈抽头端和接地端连接，第一带抽头互感线圈另一端和第四二极管阴极连接，第四二极管阳极和第五NMOS管源极连接，第五NMOS管漏极和电源连接，第五NMOS管栅极和第二运算放大器输出端连接，通过第一电容同时对第一带抽头互感线圈进行振荡和电炉加热数据的采集；
所述采集模块还包括第三运算放大器、第八PMOS管、第九二极管、第十NMOS管、第二电容、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二电感，所述第八PMOS管源极和电源连接，第八PMOS管漏极和第一运算放大器供电端、第二运算放大器供电端连接，第八PMOS管栅极和第三运算放大器输出端、第十七电阻一端连接，第三运算放大器同相端和第十八电阻一端、第十九电阻一端连接，第十八电阻另一端和电源连接，第三运算放大器反相端和第二十三电阻一端、第二十二电阻一端连接，第二十三电阻另一端和第九二极管阴极、第二电容一端连接，第九二极管阳极和第二电感一端、第十NMOS管漏极连接，第二电感另一端和电源连接，第十NMOS管源极和第二十一电阻一端连接，第十NMOS管栅极和第二十电阻一端、第二运算放大器输出端连接，第二十二电阻另一端、第二十一电阻另一端、第二十电阻另一端、第十九电阻另一端、第十七电阻另一端和接地端连接。
2.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第六三极管、第七三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第六三极管集电极和第三电阻一端、第二NMOS管源极连接，第三电阻另一端和电源、第四电阻一端连接，第四电阻另一端和第四二极管阳极、第七三极管集电极、第五电阻一端连接，第五电阻另一端和第六三极管基极连接，第七三极管基极和第六电阻一端连接，第六电阻另一端和第二NMOS管源极连接，第六三极管发射极、第七三极管发射极和接地端连接。
3.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第七电阻、第八电阻、第九电阻，所述第七电阻一端和电源连接，第七电阻另一端和第二运算放大器反相端、第八电阻一端连接，第八电阻另一端和第一运算放大器同相端、第九电阻一端连接，第九电阻另一端和接地端连接。
4.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第十电阻、第十一电阻，所述第十电阻一端和电源连接，第十电阻另一端和第二NMOS管漏极、第十一电阻一端连接，第十一电阻另一端和接地端连接。
5.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第十二电阻、第十三电阻，所述第十二电阻一端和电源连接，第十二电阻另一端和第五NMOS管漏极、第十三电阻一端连接，第十三电阻另一端和接地端连接。
6.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第十四电阻，所述第十四电阻一端和第一运算放大器输出端、第二NMOS管栅极连接，第十四电阻另一端和接地端连接。
7.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第十五电阻，所述第十五电阻一端和第二运算放大器输出端、第五NMOS管栅极连接，第十五电阻另一端和接地端连接。
8.根据权利要求1所述的炼钢电炉加热数据采集调节模块，其特征在于，所述采集模块还包括第十六电阻，所述第十六电阻两端串接在第一电容和第一输出端之间。
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