專利名稱：多爐控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將功率同時供給多個爐子的電源控制系統(tǒng)，并更具體地涉及用于以一種受控的按予定比例方式分配功率的控制系統(tǒng)——從單個電源和單一無功電容臺(reactive capacitor station)同時給兩臺電爐供電。
用于有選擇地或交替地加熱多臺感應(yīng)爐的電源是已知的。過去人們經(jīng)常使用的用于交替地對兩臺熔爐進行供電的系統(tǒng)稱之為“蝶形操作”。在這種操作中，單臺電源將電能交替地供給用作自保(hold-ing)爐和熔爐的兩臺爐子。第一爐保持熔融金屬并僅需要足以控制金屬溫度的功率以使其維持熔融態(tài)。第二爐使金屬能盡可能快速熔化。該電源通常位于能將其輸出從一個爐迅速轉(zhuǎn)換到另一爐的位置。起初，電源被連接到熔爐，并將盡可能多的功率供給該負載。監(jiān)視自保爐內(nèi)金屬的溫度。當自保爐內(nèi)熔融金屬溫度達到最小值時，則斷開供至熔爐的電力，將電源輸出連接至自保爐同時自保護被通電。對自保爐維持供電直至金屬溫度達到最大極限值。此時，斷開對自保爐的供電，電源輸出被連接到熔爐，即熔爐被通電。每當對自保爐的溫度控制需要功率時，在整個熔化周期便重復(fù)這一操作。
蝶形操作的結(jié)果是對自保爐的不良溫度控制和對熔爐供電的利用率差。此外，在每次轉(zhuǎn)換輸出連接時必須關(guān)斷/接通電源，這意味著轉(zhuǎn)換期間沒有一個爐能接收到功率。
就功率利用效率而論，US專利5,272,719中示出一種改進系統(tǒng)，該專利揭示了一利用單臺電源同時用于鑄造作業(yè)間的熔化金屬和保持熔融金屬的電源系統(tǒng)。該電源通過一開關(guān)網(wǎng)絡(luò)被連接到諸爐，其中，一個有多個輸出的電源包括至少一個整流部分，該部分有一個輸出和數(shù)目等于獨立感應(yīng)爐數(shù)的多個高頻逆變器(inverter)部分。
這種系統(tǒng)的一個具體問題是每一爐需要其自身的高頻逆變器裝置，該裝置必須包括昂貴的儲能回路和濾波電容器和相關(guān)的開關(guān)電路用以控制對每一爐的功率供給。此外，為避免一個系統(tǒng)需要多個槽路就要增大啟動每爐各自的電容器槽路的電力消耗。
本發(fā)明設(shè)想一種新的改進型多爐控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服以上提到的問題和其他問題，以提供一種爐控制系統(tǒng)，用以從同一電容器臺同時以予選的各爐功率級向諸如自保爐和熔化爐等的多個爐供以功率，在此期間，該電源和爐電容器的所有作業(yè)均是在安全極限范圍內(nèi)完成的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種多爐控制系統(tǒng)，用以供給操作員所選功率級以便最佳地熔化或保持容納在該系統(tǒng)爐內(nèi)的產(chǎn)物。通常，第一和第二爐是同電源相聯(lián)系的，以便向爐子供電，同時并聯(lián)連到電源和爐子的電容器臺形成槽路電路。選擇地控制供給爐子以電力的開關(guān)包括用于控制第一部分功率供給，以在第一或“自?！睜t內(nèi)保持熔融產(chǎn)物，作為主控制，以及控制其余部分功率的供給，以熔化在第二或“熔化”爐內(nèi)的產(chǎn)物的控制裝置，從而將電容器臺用作兩爐的無功槽路(reactive tank)。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，開關(guān)電路包括一固態(tài)控制開關(guān)(SCR)，用以限制加到自保爐的功率和多個選擇器開關(guān)，用以控制哪個爐將接受自保功率和哪個爐將接受熔化功率。該電源除了也包括響應(yīng)操作員選擇的功率級的特殊反饋回路控制外，包括一傳統(tǒng)的逆變電路。當將第一爐從自保爐轉(zhuǎn)換到熔化爐時，則將其從同SCR的串聯(lián)轉(zhuǎn)換成直接與電容器臺并聯(lián)連接。當將第二爐從熔化爐轉(zhuǎn)換成自保爐時，則便將其轉(zhuǎn)換成同SCR的串聯(lián)，故可按需要調(diào)節(jié)功率級?？蓪⒃撓到y(tǒng)構(gòu)成總是讓SCR處于與具有較低需要級的爐子相串聯(lián)的狀態(tài)。
本發(fā)明還包括操作包括熔化爐和自保爐的多爐系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)內(nèi)一個電源和一電容器臺分別被置于與這些爐相并聯(lián)連接，而一個開關(guān)電路控制分別供給爐子的功率。該方法包括以下步驟將第一爐作為自保爐來進行調(diào)整，包括識別為將容納于自保爐內(nèi)的產(chǎn)物保持在熔化狀態(tài)所必需的那部分功率。第二步是用置于同自保爐串連的功率控制開關(guān)將已識別的那部分功率從電源供給自保爐。然后可將其余部分功率直接供給熔化爐，以熔化容納其內(nèi)的產(chǎn)物。本發(fā)明包括根據(jù)產(chǎn)物的狀態(tài)需要選擇地轉(zhuǎn)換爐子，或從自保爐轉(zhuǎn)換至熔化爐或反之。
本發(fā)明這一主題提供了系統(tǒng)中的任何爐子連續(xù)施加適當功率的優(yōu)點，以便精確控制其內(nèi)產(chǎn)物的溫度，而與此同時能提供操作員所選擇的盡可能多的其余功率，用于該系統(tǒng)的其他爐子。
由本發(fā)明得到的另一優(yōu)點在于運用同一電源和電容器臺來為兩臺爐同時供電。
本發(fā)明新穎多爐控制系統(tǒng)的其他好處和優(yōu)點在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀和理解本說明書后會變得更清楚。
本發(fā)明在某些部件和部件配置方面可取物理形式，本發(fā)明的最佳實施例將在本說明書中予以詳細描述并圖示在構(gòu)成其一部分的附圖中，附圖中

圖1A包括根據(jù)本發(fā)明形成的一個多爐系統(tǒng)的示意方塊圖；圖1B表示根據(jù)圖1A的實施例，操作員可面臨的一塊控制盤；圖2A包括在一可替換的電路結(jié)構(gòu)中的圖1A多爐系統(tǒng)的示意方塊圖；圖2B表示用于圖2A實施例的控制盤；圖3表示對圖1A和2A系統(tǒng)的一種可供選擇的電路結(jié)構(gòu)；
圖4表示另一種可替換的實施例，區(qū)別在于該系統(tǒng)中的每一爐包括與其串聯(lián)的固態(tài)開關(guān)；圖5A表示舉例說明該系統(tǒng)的交替狀態(tài)和在不同狀態(tài)條件下在元件及其電路中的變化的狀態(tài)圖；圖5B和6表示對圖1A和2A的選擇開關(guān)而言斷開的詳細狀態(tài)圖；以及圖7表示圖1A和2A的系統(tǒng)的一個典型熔化周期，示出同時給各爐供給功率的百分比。
現(xiàn)參照各附圖，其中所示僅為舉例說明本發(fā)明的最佳實施例而并不是為限制本發(fā)明為目的，這些附圖示出一個包括第一和第二感應(yīng)爐A和B的多爐控制系統(tǒng)，爐A和B通過由電源14和無功電容器槽路臺(capacitor tank station)16供電的電感線圈10，12在容納在爐內(nèi)的產(chǎn)物中感生熱。電源14是傳統(tǒng)的逆變器，眾所周知是用于給線圈10，12供以適宜的交變電流，以給爐A和B以動力。電源14和電容器臺16被如此并聯(lián)連至爐A和B，以致同一電容器臺同時足夠作為用作兩爐A和B的熔化和自保兩作業(yè)的一個無功儲能電路，而傳統(tǒng)做法是一個熔化爐便需要一個電容器臺。正如后面還要更詳細說明的，電源，電容器臺和爐子的操作是如此完成的，以致在安全極限值范圍內(nèi)操作電源和電容器的同時供給功率。
在圖1A和2B的實施例中，用于控制供給爐A和B的開關(guān)裝置包括多個選擇器開關(guān)1，2，3，4和一個固態(tài)控制開關(guān)(SCR)20?？刂破?0基于操作員從圖1B的控制盤的輸入控制開關(guān)操作。設(shè)置的安全斷接開關(guān)22，24以手動將爐子與電源斷接。選擇器開關(guān)1-4是如此操作的以致爐子之一被直接跨接在電容器臺上，而另一爐與SCR20串聯(lián)后跨接在電容器兩端。還在所有選擇器開關(guān)上設(shè)有微型開關(guān)(未示出)，以向控制器30報告其狀態(tài)。當安全斷接開關(guān)22，24被打開時，控制系統(tǒng)也將打開相應(yīng)選擇器開關(guān)1-4，以完全隔離爐子。
特別參照圖1B，該圖示出當由圖1A系統(tǒng)的操作員操作和觀測時的控制盤。一個選擇器開關(guān)，諸如電位器32，34之類使操作員能從可得到的功率中選擇一部分百分比，這部分百分比可通過電源和電容器臺供給每個爐子。正如從中可看到的，已設(shè)定爐A接受可得到功率的百分之八十(80％)，并設(shè)定爐B接受可用功率的百分之二十(20％)。數(shù)字讀出器36，38將正供給爐子的功率的真實百分比通知操作員。
本發(fā)明的一個特點是操作員無論選擇了A，B爐中的哪一個接受較少量可用爐功率，則該爐便與閘流管20串聯(lián)連接，而被選為接受較高百分比可用功率的爐被直接連接在電源與電容器臺14，16的兩端。按傳統(tǒng)，選為較低功率需求的爐通常為自保爐，而另一爐通常將包括熔化爐；然而，如今(in actuality)，由于該控制方案是基于要供給的所選功率而不是論功率的實際用途，即保持還是熔化，故與哪個爐是熔化爐和哪個爐是自保爐無關(guān)。
本發(fā)明的另一重要特性是該方案用較低功率要求作為主控制，即讓該爐總是滿足其所選功率要求，而選擇去接受較高百分比可用功率的另一爐無論怎樣都被限于接受可用功率的余額。
更具體地說，同時繼續(xù)參照圖1A和1B，爐B已被選為接受從電源和電容臺14，16來的額定功率的百分之二十(20％)。爐A已被選為接受可用額定功率的百分之八十(80％)。在傳統(tǒng)調(diào)整中，于是爐B為自保爐和爐A為熔化爐，但如以上所指出的，爐子的實際功能是不相干的。不過，由于爐B已被選為接收較低百分比功率，閘流晶體管20是由于開關(guān)3的閉合和開關(guān)4的打開而由選擇器開關(guān)1-4轉(zhuǎn)換成與爐B串聯(lián)的。爐A通過開關(guān)1的關(guān)閉和開關(guān)2的打開而直接跨接電容臺兩端。在此情況下，來自電源的百分之百(100％)的可用功率被通往用于高效熔化和保持作業(yè)的兩爐。所有開關(guān)轉(zhuǎn)換通過控制器30響應(yīng)操作員對電位器32，34或圖1B或2B中未示而在圖5A和5B中說明的各爐開/關(guān)按鈕的選擇調(diào)整而生效。如今，控制器將如此操作變換器14致使其能尋求給爐A提供額定功率的百分之八十(80％)，只要它能滿足對爐B所選的百分之二十(20％)的要求。這是通過閘流晶體管的操作以將來自電源和電容器臺16的可用功率降至百分之二十的所選電平而完成的。
圖2A和2B示出操作員已將工作條件顛倒的情況，致使現(xiàn)在爐A是接受額定功率的百分之二十(20％)而爐B接受百分之八十(80％)。在此情況下，如此顛倒選擇器開關(guān)致使經(jīng)一短時無負載轉(zhuǎn)換操作后，開關(guān)1和3被打開而開關(guān)2和4被閉合。
在操作員已選擇兩個百分比之和高于可由電源供應(yīng)功率的百分之百(100％)的兩個不同功率級的情況下，該系統(tǒng)首先將滿足較低功率要求，因為這是主控制，然后給另一爐供以可用的其余部分。例如，若操作員選擇自保爐去接受電源可用功率的百分之三十(30％)并選擇熔化爐去接受可用功率的百分之八十(80％)。則兩者之和為百分之一百一十(110％)，比若僅為能供給其額定功率所建立的電源高出百分之十(10％)。在此情況下，盡管操作員已要求給熔化爐供以百分之八十(80％)的額定功率，熔化爐也僅接受可用功率的百分之七十(70％)。控制盤會指示自保爐選為接受百分之三十(30％)，顯示器會指示它正接受這一百分比的可用功率，而熔化爐雖在電位器處選為接受百分之八十(80％)，但顯示器僅指示可用功率的百分之七十(70％)，被供給該爐。
從該控制方案可得到若干優(yōu)點。首先，電源和電容器臺14，16將往往工作在最大效率下因而一個電源和電容器臺14，16可給多個爐供以電力。第二，由于該控制方案將較低被選功率級設(shè)為主控制，故該爐總是接受其所選功率而另一爐能接受或一部分或全部的其余可用功率。第三，閘流晶體管對20能通過經(jīng)由選擇器開關(guān)1-4而同其中一個爐子串聯(lián)連接而控制任一爐子的功率。因此，借助單一閘流晶體管，單一電容器臺和單個電源可對多個爐子供電。
參照圖3，該圖示出該系統(tǒng)的一個替換實施例，其中僅用兩個選擇器開關(guān)40，42，去選擇地將閘流晶體管對20同爐A或爐B連接。在圖3所示實施例中，指定爐A為熔化爐，因此隨開關(guān)40的閉合它被直接連在電容器臺16上，而爐B為自保爐，因為它是由于開關(guān)42的打開而同閘流晶體管對20串聯(lián)的。
圖4包括又一替換實施例，其中用了兩個閘流晶體管44，46同每個爐串聯(lián)。在此情況下，閘流晶體管44，46將如操作員所選的控制給相關(guān)爐供電，和僅需要兩個附加隔離開關(guān)5，6。
特別參照圖5a，5B和6，圖示了為協(xié)調(diào)該控制系統(tǒng)諸功能的控制方案。該控制系統(tǒng)的基本協(xié)調(diào)功能是要保證不論操作員控制的要求是什么，電源總是在運作或開始并行調(diào)整電容器臺16。例如，若爐A和爐B均在運作，以及爐A正在保持(即，通過SCR開關(guān)20控制的功率)以及操作員斷開爐B，則控制系統(tǒng)必須首先關(guān)斷SCR開關(guān)20，然后關(guān)斷電源14，再交換(Swap)開關(guān)1-4，以將爐A直接連到儲能電路(tank)16，然后接通電源14，再使電源功率級提升至在關(guān)斷爐B前爐A已運作的同一功率級。
爐開關(guān)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的所有這些狀態(tài)示于圖5A和5B的狀態(tài)圖中。圖中示出該系統(tǒng)的標為狀態(tài)A至K的十一種值狀態(tài)，并示為橢圓。從橢圓狀態(tài)列出的線代表操作員的行動，而這些線上的圓圈是為從一種狀態(tài)到達下一狀態(tài)的系統(tǒng)行為。用狀態(tài)A作為例子，可解釋操作員的可能行動和結(jié)果。狀態(tài)A可被識別為爐A是正在熔化和爐B正在保持(即，開關(guān)1和3被閉合，而開關(guān)2和4被打開，手動斷接22，24均被閉合)可能行動是
1)操作員推壓A爐-接通按鈕或B爐接通按鈕如由頂部兩圓弧所示。系統(tǒng)決不脫離狀態(tài)A因為兩爐均已接通。
2)操作員推壓B爐-關(guān)斷按鈕如由左線所示。系統(tǒng)直接關(guān)斷SCR開關(guān)(①)并進入狀態(tài)F，在那里，爐A仍在熔化而爐B被關(guān)斷，但所有選擇器開關(guān)留在其當前位置同時爐B正準備好去再作為自保爐運作。
3)操作員推壓A爐-關(guān)斷按鈕，如由左下斜線所示。系統(tǒng)先關(guān)斷SCR開關(guān)(①)，然后斷開電源(②)，然后互換選擇器開關(guān)位置以從爐A在熔化轉(zhuǎn)換成爐B在熔化，因為爐B將變成唯一運行爐，電源需要儲能電路。(控制系統(tǒng)打開選擇器開關(guān)1和3并閉合選擇器開關(guān)2和4)。在接通電源(③)后，系統(tǒng)進入狀態(tài)D。
4)操作員旋轉(zhuǎn)提升爐A的控制電位器甚至高于爐B控制電位器，如底部圓弧線所示。該系統(tǒng)決不退出狀態(tài)A，因為爐A已是熔化爐。
5)操作員旋轉(zhuǎn)提升爐B的控制電位器使其高于爐A的控制電位器如底部豎線所示。系統(tǒng)首先關(guān)斷SCR開關(guān)(①)，然后關(guān)斷電源(②)，然后交換選擇器開關(guān)以使爐B為熔化爐和爐A為自保爐，于是在接通電源和SCR開關(guān)之后(③和④)系統(tǒng)進入狀態(tài)B，在那時，爐B是熔化爐和爐A是自保爐。
6)操作員打開爐手動斷接開關(guān)如圖6A頂部從狀態(tài)A的出來的兩根右邊線之一所示。系統(tǒng)立即停止觸發(fā)SCR開關(guān)并關(guān)斷電源和在打開適當開關(guān)以完全隔離連到被打開的斷接開關(guān)的那個爐之后，進入狀態(tài)J或狀態(tài)H。
描述為旋轉(zhuǎn)一個控制電位器使其高于另一控制電位器的行動代表一種用于確定哪一爐是熔化爐和哪一爐是自保爐的控制方案。
特別參照圖7，該圖示出該系統(tǒng)的有利的功率用法(usage)。由此可見，當自保爐功率要求因其內(nèi)熔化產(chǎn)物被注出(pour off)而被降至功率的零百分比(0％)時，因而可用于熔化爐的功率即增大。
如以上指出的，本發(fā)明多爐控制器使適當?shù)墓β誓苓B續(xù)施加到自保爐以精確地控制熔融金屬的溫度，與此同時還連續(xù)地將高達最大剩余可用功率供應(yīng)熔化爐。自保爐是該方案的主體。其功率要求總是首先得到滿足。熔化爐按請求即接受高達可用功率的最大值，該值由電源額定值和自保爐功率要求來確定。也就是說，給熔化爐的最大功率等于電源的標稱額定功率值減去供給自保爐的功率。
現(xiàn)已參照這些最佳實施例描述了本發(fā)明。顯然，為達到本發(fā)明予期目的也可運用其他電路配置，即，單個電源和單個電容臺去交替地給自保爐和熔化爐供電。另一方面，用諸如通過使爐負載與可變阻抗串聯(lián)的其他開關(guān)裝置而不用控制開關(guān)20，可獲得同樣效果而這在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明包括所有能落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的這類改型和變種或其等同物。
權(quán)利要求
1.一種爐控制系統(tǒng)，用于為有選擇地熔化或保持該系統(tǒng)多個爐中所容納的產(chǎn)物而供給功率，該系統(tǒng)包括第一爐和第二爐；給這兩爐供給功率的電源；并聯(lián)連接到電源和所述爐并與此形成儲能電路的電容臺；以及開關(guān)裝置，用以選擇地控制分別供給兩爐的功率，該開關(guān)裝置包括控制裝置用于控制，傳送第一予選部分功率用在保持第一爐內(nèi)熔融產(chǎn)物作為主控制，并用于控制為熔化第二爐內(nèi)產(chǎn)物而傳送其余部分功率，從而將電容臺用作兩爐的電抗儲能回路。
2.如權(quán)利要求1所述的爐控系統(tǒng)，其特征在于所述第一爐和第二爐或可選擇地包括一個自保爐，用以保持熔融產(chǎn)物，或可包括一熔(化)爐，用以將該產(chǎn)物熔化成熔融態(tài)。
3.如權(quán)利要求2的爐控系統(tǒng)，其特征在于開關(guān)裝置包括一功率級控制開關(guān)和多個為選擇地將第一和第二爐分別或連作熔化爐或連作自保爐而配置的選擇開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3的爐控系統(tǒng)，其特征在于當由多個選擇器開關(guān)的第一部分選作自保爐時，該功率級控制開關(guān)被轉(zhuǎn)換成同第一爐串聯(lián)，以將第一予選功率部分供至第一爐并當通過許多選擇器開關(guān)的第二部分選為熔化爐時，將功率的其余部分轉(zhuǎn)換至第二爐。
5.如權(quán)利要求1所述的爐控系統(tǒng)，其特征在于還包括與第一和第二爐相關(guān)的第一和第二控制電位器，用于從電源的可用功率選擇其第一和第二百分比，以分別將它們傳送至所述爐，以及包括用于將第一和第二百分比中較低百分比調(diào)整作為保持熔融產(chǎn)物的主控制的裝置。
6.一種操作多爐系統(tǒng)的方法，借此方法可將可用功率的選擇百分比從一公共電源和并聯(lián)連到電源和爐子的公共電容臺傳送至系統(tǒng)的諸爐，該系統(tǒng)包括第一和第二爐——兩者可被選擇或同時作為自保爐或熔化爐而操作；以及開關(guān)裝置，用于控制將可用功率分別從電源和電容臺送到兩爐，該方法包括以下步驟將第一爐調(diào)整為自保爐，包括識別為保持容納在第一爐的產(chǎn)物于保持狀態(tài)所必需的功率部分；將識別的該部分功率提供給第一爐；以及將功率的其余部分供給第二爐，以熔化容納其內(nèi)的產(chǎn)物。
7.如權(quán)利要求6所述操作多爐系統(tǒng)的方法，其特征在于供給識別部分和供給其余部分的功率包括同時從電源和電容器臺供給兩爐。
8.如權(quán)利要求6操作多爐系統(tǒng)的方法，其特征在于所述供給識別部分功率包括用相位控制開關(guān)限制從電源和電容器臺加到第一爐的功率。
9.一種多爐控制系統(tǒng)，用于按操作員所予選可用功率的百分比在爐間分享供給各爐的功率，包括多個爐子；單個電源和電容器臺，該電容器臺與電源和各爐并聯(lián)連接并為同時形成儲能電路而被調(diào)整；用于選擇可用功率的第一所需百分比以供給爐子之一的裝置；和開關(guān)裝置，用于將所需百分比供給一爐作為對可用功率的主控制，并用于將可用功率的其余部分供給其余爐子。
10.如權(quán)利要求9的多爐控制系統(tǒng)，其特征在于還包括用于選擇可用功率的第二百分比以供給第二爐的裝置，其中所述開關(guān)裝置包括用于確定所述第一和第二百分比的較低百分比并用于將較低百分比調(diào)定為主控制的裝置。
11.如權(quán)利要求10的多爐控制系統(tǒng)，其特征在于用于選擇第一和第二百分比的裝置各包括用于分別顯示供給各爐的可用功率百分比的裝置。
12.如權(quán)利要求10所述的多爐控制系統(tǒng)，其特征在于用于選擇第一和第二百分比的裝置各包括一控制電位器，以及開關(guān)裝置包括一個可選擇地與確定為具有所選百分比較低的那個爐串聯(lián)連接的功率電平控制開關(guān)，以調(diào)整供給確定為較低百分比作為主控制的那個爐的功率。
全文摘要
多爐控制系統(tǒng)。用于選擇地將可用功率的預(yù)選百分比送至系統(tǒng)各爐——最好指定為熔化爐或保持爐。電源給兩爐供以電力。并聯(lián)連到電源和各爐的電容器臺被調(diào)整以形成一儲能電路。開關(guān)控制分別送到各爐的所選功率并控制第一部分功率的傳送,以將熔融產(chǎn)物保存在自保爐內(nèi)作為主控制。然后傳送功率的其余部分,以便熔化熔化爐內(nèi)產(chǎn)物。電容器臺對兩爐充當無功儲能電路。
文檔編號F27D11/06GK1181495SQ9511893
公開日1998年5月13日 申請日期1995年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月16日
發(fā)明者G·哈瓦斯, A·L·沃恩 申請人:阿賈克斯磁熱公司