CN117348499B - 基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，涉及中频感应熔炼炉技术领域，解决了熔炼炉内部的电源输出频率以及工作电容并未处于最佳的数值，会影响熔炼炉的电源输出功率的技术问题，为了使后续的中频感应熔炼炉在后续的温度提升处理控制时，能达到较好的效果，首先得需要将中频感应熔炼炉处于一个较为完美的工作状态，故可以通过此种方式，来确定中频感应熔炼炉的最佳电容以及电源的最佳输出功率，从所确认的此类数值中，便能使中频感应熔炼炉处于较佳的工作环境，后续，进行温度调控时，便能进行快速反应，且能缩短温度爬升时长，使中频感应熔炼炉处于最佳的被调环境中。

Description

基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统

技术领域

本发明属于中频感应熔炼炉技术领域，具体是基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统。

背景技术

中频感应熔炼炉是一款熔炼炉，超小体积、重量轻、可移动、占地不足1平方米，当中频炉的电源频率接近谐振频率时，电路中的电阻最小，电路达到谐振状态；在谐振状态下，电源输出的功率最大，这意味着电源能够以最高效率将能量传输到感应线圈中；

专利公开号为CN115388649A的申请公开了一种基于高温探头的熔炼炉内供热调控系统，属于节能减排技术领域，包括：原料搅拌模块、信息获取模块及供热调控模块，其中原料搅拌模块、信息获取模块及供热调控模块依次连接；原料搅拌模块，用于搅拌熔炼原料，熔炼原料分布在熔炼炉内；信息获取模块，基于高温探头，获取熔炼炉内的熔炼信息；其中高温探头安装在熔炼炉内壁；供热调控模块，基于熔炼信息，调控熔炼原料的搅拌速率。本发明能够实现炉渣重金属含量低、炉温均匀、成材率高、能耗低、获得经济效益高、减少碳排放等优点。

串联谐振中频感应熔炼炉在进行调控过程中，需根据对应加工材料的需求温度，来对本熔炼炉的工作温度进行调节，原始的调节过程，根据对应熔炼的标准参数，来进行电压改变，从而进行温度调节，但此种方式，仍存在以下不足需进行改进：

1、熔炼炉内部的电源输出频率以及工作电容并未处于最佳的数值，会影响熔炼炉的电源输出功率，从而影响温度的整体加热进程；

2、所匹配的温度值因电压参数的波动，或许存在上下波动剧烈的情况，导致所加热的温度并不稳定，造成材料加工效果变差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，用于解决熔炼炉内部的电源输出频率以及工作电容并未处于最佳的数值，会影响熔炼炉的电源输出功率的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，包括：

电源频率调整单元，对中频感应熔炼炉的电源输出频率进行实时调整，并将实时调整的电源输出频率传输至频率分析单元内；

数值获取单元，对不同电源输出频率状态的谐波参数进行获取，并将所获取的不同谐波参数传输至频率分析单元内；

频率分析单元，对不同的电源输出频率以及所对应的谐波参数，进行频率综合分析，通过综合分析结果，锁定最佳频率数据包，具体方式为：

将所确认的不同谐波参数标定为XB_i，其中i代表的谐波参数，将所标定的若干组XB_i与预设参数Y1进行比对，其中Y1为预设值，当XB_i≤Y1时，将此谐波参数标定为标准参数，反之，将此谐波参数标定为异常参数；

将属于标准参数的电源输出频率标定为达标频率，再将所标定的若干组达标频率捆绑为最佳频率数据包，随后将最佳频率数据包传输至数值确定单元内；

电容调节单元，对中频感应熔炼炉的内部电容进行逐步调节；且数值确定单元，根据最佳频率数据包内部的不同电源输出频率，随机选取一组电源频率将其作为正常工作频率，再根据逐步调节的内部电容，进行功率标定，确定功率曲线，随后从若干个功率曲线内，选定最佳电容以及最佳电源频率，具体方式为：

从最佳频率数据包内，选定一组电源频率将其作为一组正常工作频率，在此正常工作频率下，对内部电容进行逐步调节，并记录对应电容工作状态下的输出功率，根据内部电容与功率曲线所确定的点位，构建功率曲线，其功率曲线横向坐标参为电容值，其竖向坐标参为功率值，再分别确定其他的正常工作频率，从而确定若干组不同的功率曲线；

将每个不同功率曲线内所出现的功率最大值标定为GL_k，其中k代表不同的功率曲线，再对每个不同功率曲线内相邻点位所出现的斜率参数进行确定，其中相邻点位的斜率参数为相邻点位竖向坐标差与横向坐标差的比值，且坐标差为后一坐标点位的参数减去前一坐标点位的参数，将所确定的若干个相邻点位的斜率参数进行求和处理，得到合并参数HB_k，采用BD_k=GL_k×C1+HB_k×C2得到不同功率曲线的比对参数BD_k，其中C1以及C2均为预设的固定系数因子；

从若干组比对参数BD_k内，选定一组最大值，并将此最大值所对应的电容以及电源输出频率标定为最佳电容以及最佳电源频率；

数据输入单元，将外部加工件所需求的工作温度进行输入，并将所输入的工作参数传输至电压确定单元内；

电压确定单元，根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行一组数值记录，根据所记录的数值，确定调节曲线，再根据所输入的工作温度，直接锁定工作电压，并将工作电压传输至控制单元内，具体方式为：

根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行初步测试，将电压值从0逐渐进行爬升，并记录对应电压值所对应的温度值，根据相互匹配的电压值以及温度值，构建温度变化曲线，其温度变化曲线横向坐标轴为电压值，竖向坐标轴为温度值；

将所输入的工作温度标定为WD，从温度变化曲线内，确定此WD所对应的电压值，若所对应的电压值为单组，则直接拟定为待控制电压值，并传输至控制单元内，采用此电压进行工作即可；

锁定工作电压的具体方式还包括：

若所对应的电压值存在多组，则将此电压值所对应的前后点位数值进行确认，锁定多组波动曲线，并对每组不同波动曲线的前后线段的斜率进行确认，再进行绝对值处理后再进行均值处理，确定不同波动曲线的斜率均值，从若干组波动曲线内，取斜率均值最小的一组波动曲线，将其标定为标准曲线，随后确定标准曲线的中间电压值，将其拟定为待控制电压值，并传输至控制单元内，采用此电压进行工作即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：为了使后续的中频感应熔炼炉在后续的温度提升处理控制时，能达到较好的效果，首先得需要将中频感应熔炼炉处于一个较为完美的工作状态，故可以通过此种方式，来确定中频感应熔炼炉的最佳电容以及电源的最佳输出功率，从所确认的此类数值中，便能使中频感应熔炼炉处于较佳的工作环境，后续，进行温度调控时，便能进行快速反应，且能缩短温度爬升时长，使中频感应熔炼炉处于最佳的被调环境中；

为了使所确定的一组电压值能达到更好的稳定效果，通过分析对应电压值前后数值的波动程度，确定温度参数的波动范围，故需要选取较为平稳的线段，使熔炼炉在进行熔炼过程中，其温度的变化程度能达到最小的状态，从而保障整个加工材料的正常熔炼加热，保障此熔炼炉的整个加热效果。

附图说明

图1为本发明原理框架示意图。

实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，本申请提供了基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，包括数值获取单元、电源频率调整单元、频率分析单元、电容调节单元、数值确定单元、电压确定单元、数据输入单元以及控制单元；

其中数值获取单元以及电源频率调整单元均与频率分析单元输入节点电性连接，且频率分析单元与数值确定单元输入节点电性连接，所述电容调节单元与数值确定单元输入节点电性连接，所述数值确定单元与电压确定单元输入节点电性连接，其中数据输入单元与电压确定单元输入节点电性连接，且电压确定单元与控制单元输入节点电性连接；

所述电源频率调整单元，对中频感应熔炼炉的电源输出频率进行实时调整，并将实时调整的电源输出频率传输至频率分析单元内；

所述数值获取单元，对不同电源输出频率状态的谐波参数进行获取，并将所获取的不同谐波参数传输至频率分析单元内；具体的，其获取方式均可由设置于指定区域的传感器进行数值获取，其数值获取的精度以及数值准度可进行保障；

所述频率分析单元，对不同的电源输出频率以及所对应的谐波参数，进行频率综合分析，通过综合分析结果，锁定最佳频率数据包，其中，锁定最佳频率区间的具体方式为：

将所确认的不同谐波参数标定为XB_i，其中i代表的谐波参数，将所标定的若干组XB_i与预设参数Y1进行比对，其中Y1为预设值，其具体取值由操作人员根据经验拟定，当XB_i≤Y1时，将此谐波参数标定为标准参数，反之，将此谐波参数标定为异常参数；

将属于标准参数的电源输出频率标定为达标频率，再将所标定的若干组达标频率捆绑为最佳频率数据包，随后将最佳频率数据包传输至数值确定单元内；

在进行数值分析时，因不同的电源输出频率会产生不同的谐波，且谐波均存在不同的频率，若频率过大时，会对后续的温度控制造成影响，故对频率进行有效调整，并确定对应的谐波参数，随后，根据所确定的谐波参数，以及数值比对，从而锁定对应的电源输出频率。

所述电容调节单元，对中频感应熔炼炉的内部电容进行逐步调节；且数值确定单元，根据最佳频率数据包内部的不同电源输出频率，随机选取一组电源频率将其作为正常工作频率，再根据逐步调节的内部电容，进行功率标定，确定功率曲线，随后从若干个功率曲线内，选定最佳电容以及最佳电源频率，其中，选定最佳电容以及最佳电源频率的具体方式为：

从最佳频率数据包内，选定一组电源频率将其作为一组正常工作频率，在此正常工作频率下，对内部电容进行逐步调节，并记录对应电容工作状态下的输出功率，根据内部电容与功率曲线所确定的点位，构建功率曲线，其功率曲线横向坐标参为电容值，其竖向坐标参为功率值，再分别确定其他的正常工作频率，从而确定若干组不同的功率曲线；

将每个不同功率曲线内所出现的功率最大值标定为GL_k，其中k代表不同的功率曲线，再对每个不同功率曲线内相邻点位所出现的斜率参数进行确定，其中相邻点位的斜率参数为相邻点位竖向坐标差与横向坐标差的比值，且坐标差为后一坐标点位的参数减去前一坐标点位的参数，将所确定的若干个相邻点位的斜率参数进行求和处理，得到合并参数HB_k，采用BD_k=GL_k×C1+HB_k×C2得到不同功率曲线的比对参数BD_k，其中C1以及C2均为预设的固定系数因子，其具体取值由操作人员根据经验拟定，具体的，若一组功率曲线，存在五个相邻点位，分别为A（1，8），B（2，9），C（3，7），D（4，5）以及E（5，9），那么AB之间所产生的斜率参数则为1，BC之间所产生的斜率参数则为-2，CD之间所产生的斜率参数则为-2，DE之间所产生的斜率参数则为4，那么四组参数进行求和处理，便得到比对参数BD_k=1；

从若干组比对参数BD_k内，选定一组最大值，并将此最大值所对应的电容以及电源输出频率标定为最佳电容以及最佳电源频率；

具体的，为了使后续的中频感应熔炼炉在后续的温度提升处理控制时，能达到较好的效果，首先得需要将中频感应熔炼炉处于一个较为完美的工作状态，故可以通过此种方式，来确定中频感应熔炼炉的最佳电容以及电源的最佳输出功率，从所确认的此类数值中，便能使中频感应熔炼炉处于较佳的工作环境，后续，进行温度调控时，便能进行快速反应，且能缩短温度爬升时长，使中频感应熔炼炉处于最佳的被调环境中。

实施例

本实施例在具体实施过程中，相比于实施例一，其具体区别在于，本实施例主要针对于中频感应熔炼炉的具体温度调控过程，使中频感应熔炼炉能精确达到对应的需求温度，且能快速反应；

所述数据输入单元，将外部加工件所需求的工作温度进行输入，并将所输入的工作参数传输至电压确定单元内，其输入方式由操作人员自行执行；

所述电压确定单元，根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行一组数值记录，根据所记录的数值，确定调节曲线，再根据所输入的工作温度，直接锁定工作电压，并将工作电压传输至控制单元内，其中锁定工作电压的具体方式为：

根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行初步测试，将电压值从0逐渐进行爬升，并记录对应电压值所对应的温度值，根据相互匹配的电压值以及温度值，构建温度变化曲线，其温度变化曲线横向坐标轴为电压值，竖向坐标轴为温度值；

将所输入的工作温度标定为WD，从温度变化曲线内，确定此WD所对应的电压值，若所对应的电压值为单组，则直接拟定为待控制电压值，并传输至控制单元内，采用此电压进行工作即可；

若所对应的电压值存在多组，则将此电压值所对应的前后点位数值进行确认，锁定多组波动曲线，并对每组不同波动曲线的前后线段的斜率进行确认，再进行绝对值处理后再进行均值处理，确定不同波动曲线的斜率均值，从若干组波动曲线内，取斜率均值最小的一组波动曲线，将其标定为标准曲线，随后确定标准曲线的中间电压值，将其拟定为待控制电压值，并传输至控制单元内，采用此电压进行工作即可；

具体的，正常情况下，一组温度变化曲线，并不是一直处于上升状态，还会处于下降状态，若某一组温度值，刚好对应上升中的电压值以及下降中的电压值，且均为同一组电压值，为了使所确定的一组电压值能达到更好的稳定效果，就需要分析对应电压值前后数值的波动程度，当波动程度过于剧烈或者斜率过大时，那么前后点位线段之间所产生的斜率均值也会较大，当线段较为平稳时，其前后点位线段之间所产生的斜率均值也会较小，为了使此熔炼炉达到较好的工作效果，就算电压存在波动的情况下，其温度参数波动参数也比较小，故需要选取较为平稳的线段，使熔炼炉在进行熔炼过程中，其温度的变化程度能达到最小的状态，从而保障整个加工材料的正常熔炼加热，保障此熔炼炉的整个加热效果。

上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

工作原理为：

通过对中频感应熔炼炉的电源输出频率进行实时调整，再获取对应的谐波参数，从而进行综合分析，确定最佳频率数据包，随后再进行电容调节，进行功率标定，确定功率曲线，随后从若干个功率曲线内，选定最佳电容以及最佳电源频率，为了使后续的中频感应熔炼炉在后续的温度提升处理控制时，能达到较好的效果，首先得需要将中频感应熔炼炉处于一个较为完美的工作状态，故可以通过此种方式，来确定中频感应熔炼炉的最佳电容以及电源的最佳输出功率，从所确认的此类数值中，便能使中频感应熔炼炉处于较佳的工作环境，后续，进行温度调控时，便能进行快速反应，且能缩短温度爬升时长，使中频感应熔炼炉处于最佳的被调环境中，并充分解决了熔炼炉内部的电源输出频率以及工作电容并未处于最佳的数值，会影响熔炼炉的电源输出功率的技术问题；

根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行一组数值记录，根据所记录的数值，确定调节曲线，再根据所输入的工作温度，直接锁定工作电压，在锁定过程中，记录电压数值的匹配个数，若存在多组，则选取数值波动最为平稳的一组线段，取其参数，为了使所确定的一组电压值能达到更好的稳定效果，通过分析对应电压值前后数值的波动程度，确定温度参数的波动范围，故需要选取较为平稳的线段，使熔炼炉在进行熔炼过程中，其温度的变化程度能达到最小的状态，从而保障整个加工材料的正常熔炼加热，保障此熔炼炉的整个加热效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (3)

1.基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，其特征在于，包括：

电源频率调整单元，对中频感应熔炼炉的电源输出频率进行实时调整，并将实时调整的电源输出频率传输至频率分析单元内；

数值获取单元，对不同电源输出频率状态的谐波参数进行获取，并将所获取的不同谐波参数传输至频率分析单元内；

频率分析单元，对不同的电源输出频率以及所对应的谐波参数，进行频率综合分析，通过综合分析结果，锁定最佳频率数据包；

电容调节单元，对中频感应熔炼炉的内部电容进行逐步调节；且数值确定单元，根据最佳频率数据包内部的不同电源输出频率，随机选取一组电源频率将其作为正常工作频率，再根据逐步调节的内部电容，进行功率标定，确定功率曲线，随后从若干个功率曲线内，选定最佳电容以及最佳电源频率；

数据输入单元，将外部加工件所需求的工作温度进行输入，并将所输入的工作参数传输至电压确定单元内；

电压确定单元，根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行一组数值记录，根据所记录的数值，确定调节曲线，再根据所输入的工作温度，直接锁定工作电压，并将工作电压传输至控制单元内；

所述频率分析单元，锁定最佳频率区间的具体方式为：

将所确认的不同谐波参数标定为XB_i，其中i代表的谐波参数，将所标定的若干组XB_i与预设参数Y1进行比对，其中Y1为预设值，当XB_i≤Y1时，将此谐波参数标定为标准参数，反之，将此谐波参数标定为异常参数；

将属于标准参数的电源输出频率标定为达标频率，再将所标定的若干组达标频率捆绑为最佳频率数据包，随后将最佳频率数据包传输至数值确定单元内；

所述数值确定单元，选定最佳电容以及最佳电源频率的具体方式为：

从最佳频率数据包内，选定一组电源频率将其作为一组正常工作频率，在此正常工作频率下，对内部电容进行逐步调节，并记录对应电容工作状态下的输出功率，根据内部电容与功率曲线所确定的点位，构建功率曲线，其功率曲线横向坐标参为电容值，其竖向坐标参为功率值，再分别确定其他的正常工作频率，从而确定若干组不同的功率曲线；

将每个不同功率曲线内所出现的功率最大值标定为GL_k，其中k代表不同的功率曲线，再对每个不同功率曲线内相邻点位所出现的斜率参数进行确定，其中相邻点位的斜率参数为相邻点位竖向坐标差与横向坐标差的比值，且坐标差为后一坐标点位的参数减去前一坐标点位的参数，将所确定的若干个相邻点位的斜率参数进行求和处理，得到合并参数HB_k，采用BD_k=GL_k×C1+HB_k×C2得到不同功率曲线的比对参数BD_k，其中C1以及C2均为预设的固定系数因子；

从若干组比对参数BD_k内，选定一组最大值，并将此最大值所对应的电容以及电源输出频率标定为最佳电容以及最佳电源频率。

2.根据权利要求1所述的基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，其特征在于，所述电压确定单元，锁定工作电压的具体方式为：

根据所确定的最佳电容以及最佳电源频率，对此中频感应熔炼炉进行初步测试，将电压值从0逐渐进行爬升，并记录对应电压值所对应的温度值，根据相互匹配的电压值以及温度值，构建温度变化曲线，其温度变化曲线横向坐标轴为电压值，竖向坐标轴为温度值；

将所输入的工作温度标定为WD，从温度变化曲线内，确定此WD所对应的电压值，若所对应的电压值为单组，则直接拟定为待控制电压值，并传输至控制单元内，采用此电压进行工作即可。

3.根据权利要求2所述的基于串联谐振中频感应熔炼炉的远程调控系统，其特征在于，所述电压确定单元，锁定工作电压的具体方式还包括：

若所对应的电压值存在多组，则将此电压值所对应的前后点位数值进行确认，锁定多组波动曲线，并对每组不同波动曲线的前后线段的斜率进行确认，再进行绝对值处理后再进行均值处理，确定不同波动曲线的斜率均值，从若干组波动曲线内，取斜率均值最小的一组波动曲线，将其标定为标准曲线，随后确定标准曲线的中间电压值，将其拟定为待控制电压值，并传输至控制单元内，采用此电压进行工作即可。