本實用新型涉及電力電子技術領域，具體說是一種應用于大功率電渣爐的可控硅低頻電源控制系統。

背景技術：

目前在電渣爐行業中，電渣爐普遍使用的是交流爐，國內的電渣爐電源大部分采用電網經變壓器降壓后直接供電的單相交流電源，電源控制系統采用簡單的自藕，或者手動控制，后來逐漸發展為PLC(可編程邏輯控制器)控制。如遼寧某電渣爐廠家，電渣爐結構為單相雙電極串聯方式，其電源采用工頻單相變壓器，變壓器次級共有7個抽頭，分7檔調壓輸出。電源控制采用變壓器有載調壓開關方式控制，為了保證重熔過程中的穩定性，在重熔過程開始前，需要手動調節變壓器分接開關變換檔位，以達到熔煉要求的輸出電壓。

交流爐的電源采用變壓器直接供電的方式易造成電網不平衡，網路阻抗變化大，電磁干擾嚴重，同時在熔煉過程中手動調節電源輸出，存在人工操作勞動強度大，電源輸出調節不連續，易受到電網電壓的波動，電源輸出電壓精度極低等問題。因而在重熔過程中更無法保證渣溫和熔速的穩定性，這些都對電渣爐熔鑄產品的質量和技術指標影響很大，進而影響熔煉鋼鐵的品質。

技術實現要素：

針對目前市場的電渣爐中電源控制方法存在人工操作繁瑣，電壓調節不連續，影響功率因數及電流平衡度、電壓控制精度低等技術問 題，本實用新型的目的在于提供一種應用于大功率電渣爐的可控硅低頻電源控制系統。

為達到以上目的，本實用新型采取的技術方案是：

一種應用于大功率電渣爐的可控硅低頻電源控制系統，包括：主6RA70控制器、從6RA70控制器、脈沖驅動放大模塊Ⅰ、脈沖驅動放大模塊Ⅱ、可控硅柜、PLC200和觸摸屏；

所述可控硅柜包括可控硅柜Ⅰ和可控硅柜Ⅱ；

所述觸摸屏用于實現可控硅低頻電源控制系統參數的設定和顯示；

所述PLC200用于根據觸摸屏設定的參數和可控硅柜反饋的實際值計算并輸出給定值；

所述主6RA70控制器用于根據PLC200輸出的給定值以及可控硅柜反饋的同步信號計算脈沖觸發位置并輸出正向脈沖或反向脈沖；

所述從6RA70控制器跟隨主6RA70控制器的脈沖位置輸出正向脈沖或反向脈沖；

所述脈沖驅動放大模塊Ⅰ用于對主6RA70控制器的輸出脈沖進行功率放大；

所述脈沖驅動放大模塊Ⅱ用于對從6RA70控制器的輸出脈沖進行功率放大；

所述可控硅柜Ⅰ用于接收脈沖驅動放大模塊Ⅰ的輸出脈沖，并觸發可控硅輸出正向電壓或反向電壓；

所述可控硅柜Ⅱ用于接收脈沖驅動放大模塊Ⅱ的輸出脈沖，并觸發可控硅輸出正向電壓或反向電壓。

在上述方案的基礎上，所述PLC200包括PID(比例積分微分)控制和換向。

在上述方案的基礎上，所述PID控制用于對觸摸屏設定的參數和可控硅柜反饋的實際值進行比例計算；換向用于計算主6RA70控制器輸出脈沖的換向頻率。

在上述方案的基礎上，所述換向頻率為零時，主6RA70控制器僅輸出正向脈沖。

在上述方案的基礎上，所述主6RA70控制器和從6RA70控制器之間使用裝置協議進行通信，所述從6RA70控制器接收主6RA70控制器的給定值和控制字。

在上述方案的基礎上，所述可控硅柜Ⅰ和可控硅柜Ⅱ并聯連接。

在上述方案的基礎上，所述PLC200的模擬量輸出端口與主6RA70控制器的模擬量輸入端口之間通過硬件接線連接。

在上述方案的基礎上，所述PLC200的端口0配置為主站，主6RA70控制器配置為從站，通過標準USS協議實現數據通信。

在上述方案的基礎上，所述PLC200上設有標準Profibus-DP通訊接口，可以實現遠程控制。

本實用新型所述的應用于大功率電渣爐的可控硅低頻電源控制系統，具有以下有益效果：

1、電源控制系統的核心采用西門子成熟完善的6RA70控制器，利用其數字化移向觸發及極快的控制特性，提高了電源控制系統的響應速度和控制精度，兩臺6RA70控制器的主從控制輸出12組脈波，使得電源輸出電壓的脈動更小，輸出更加穩定，保證了電源控制系統的控制精度以及快速觸發特性和可靠性；

2、6RA70控制器與西門子PLC200以及觸摸屏的結合，提高了電源控制系統的可操作性、可移植性和可擴展性；

3、該電源控制系統采用內開環，外閉環的控制方式，既保證了系統的響應速度，又保證了電源控制系統的穩定輸出；

4、在電渣爐行業中，大容量電渣爐采用此低頻控制系統，具有電源磁場干擾極小、無集膚效應、電源控制精度高、電源輸出連續可調和功率因數高等優勢，極大提高了電渣爐熔煉鋼鐵的品質。

附圖說明

本實用新型有如下附圖：

圖1為電源控制系統原理框圖；

圖2為電源控制系統組成框圖；

圖3為西門子6RA70控制器輸出的雙窄脈沖波形圖；

圖4 為6RA70控制器輸出的單個脈沖列波形圖。

具體實施方式

以下結合附圖1至附圖4對本實用新型作進一步詳細說明。

一種應用于大功率電渣爐的可控硅低頻電源控制系統，包括：主6RA70控制器、從6RA70控制器、脈沖驅動放大模塊Ⅰ、脈沖驅動放大模塊Ⅱ、可控硅柜、PLC200和觸摸屏；

所述可控硅柜包括可控硅柜Ⅰ和可控硅柜Ⅱ；

所述觸摸屏用于實現可控硅低頻電源控制系統參數的設定和顯示；

所述PLC200用于根據觸摸屏設定的參數和可控硅柜反饋的實際值計算并輸出給定值；

所述主6RA70控制器用于根據PLC200輸出的給定值以及可控硅柜反饋的同步信號計算脈沖觸發位置并輸出正向脈沖或反向脈沖；

所述從6RA70控制器跟隨主6RA70控制器的脈沖位置輸出正向脈沖或反向脈沖；

所述脈沖驅動放大模塊Ⅰ用于對主6RA70控制器的輸出脈沖進行功率放大；

所述脈沖驅動放大模塊Ⅱ用于對從6RA70控制器的輸出脈沖進行功率放大；

所述可控硅柜Ⅰ用于接收脈沖驅動放大模塊Ⅰ的輸出脈沖，并觸發可控硅輸出正向電壓或反向電壓；

所述可控硅柜Ⅱ用于接收脈沖驅動放大模塊Ⅱ的輸出脈沖，并觸發可控硅輸出正向電壓或反向電壓。

在上述方案的基礎上，所述PLC200包括PID(比例積分微分)控制和換向。

在上述方案的基礎上，所述PID控制用于對觸摸屏設定的參數和可控硅柜反饋的實際值進行比例計算；換向用于計算主6RA70控制器輸出脈沖的換向頻率。

在上述方案的基礎上，所述換向頻率為零時，主6RA70控制器僅輸出正向脈沖。

在上述方案的基礎上，所述主6RA70控制器和從6RA70控制器之間使用裝置協議進行通信，所述從6RA70控制器接收主6RA70控制器的給定值和控制字。

在上述方案的基礎上，所述可控硅柜Ⅰ和可控硅柜Ⅱ并聯連接。

在上述方案的基礎上，所述PLC200的模擬量輸出端口與主6RA70控制器的模擬量輸入端口之間通過硬件接線連接。

在上述方案的基礎上，所述PLC200的端口0配置為主站，主6RA70控制器配置為從站，通過標準USS協議實現數據通信。

在上述方案的基礎上，所述PLC200上設有標準Profibus-DP通訊接口，可以實現遠程控制。

該大功率電渣爐中使用的可控硅低頻電源控制系統中的主從6RA70控制器可產生具有數字化移向的12組正、反觸發脈沖，通過脈沖驅動放大模塊對12組正、反觸發脈沖進行功率放大后可觸發可控硅輸出正、反向電壓，輸出頻率0～5Hz可調，控制核心部分采用西門子公司兩臺32位多處理器的6RA70控制器，兩臺控制器采用主從控制，主控制器負責計算脈沖觸發位置并輸出脈沖，從控制器跟隨主控制器的脈沖位置輸出脈沖，因而系統具有運算速度快、控制精度高和控制特性快等優點。該電源控制系統具有開環、閉環穩壓和閉環穩流等控制功能，可被應用于工業各領域中12脈整流電路的電壓和電流控制，同時具有低頻0～5Hz輸出特性。通過人機交互設備觸摸屏可實現電源控制系統參數的設定和顯示，電源控制系統的原理框圖 如圖1所示。

同時，本實用新型所述的可控硅低頻電源控制系統的控制方式有以下三種：

1)開環控制：電源控制系統中主6RA70控制器內部采用開環控制，根據給定值以及同步信號，計算觸發脈沖位置，利用6RA70控制器的運算速度快，脈沖觸發的超快特性，保證了在大功率電渣爐的低頻運行中具有周期內有用功多、熔煉熱效率高等優勢。

2)主從控制：在6RA70控制器中使用裝置協議的主從控制，即將主6RA70控制器的給定值和控制字通過通訊發送至從控制器，從而使從6RA70控制器的脈沖觸發跟隨主6RA70控制器。

3)閉環控制：通過觸摸屏設定電壓或電流，同時控制系統采集實時的電壓和電流反饋，在西門子PLC200中經過處理后，經過PID閉環調節，計算輸出給定值，可通過參數選擇通過以下兩種方式中的任一方式發送給6RA70控制器：(1)通過硬件接線，PLC200的模擬量輸出端口至主6RA70控制器的模擬量輸入端口；(2)通過USS通訊，PLC200的端口0配置為主站，主6RA70控制器配置為從站，通過標準USS協議實現數據通信。

電源控制系統的低頻輸出，在觸摸屏設定頻率，即PLC200中的程序根據頻率設定值自動調整6RA70控制器輸出正、反向脈沖的換向頻率，當頻率設定為零，則僅輸出正向脈沖。

本實用新型所述的可控硅低頻電源控制系統采用全數字控制方案，以SIEMENS公司生產的SIMOREG 6RA70控制器為控制核心，輔以S7-200PLC和TP系列觸摸屏，電源控制系統組成框圖如圖2所示。

6RA70控制器采用32位多處理器控制，數字化移相觸發，自適 應電流調節，具有極快的控制特性，通過內部參數設置，將觸發脈沖設置為雙窄脈沖，周期為20ms，如圖3所示，脈沖前沿較陡，抗干擾性強，具有強觸發性能，保證了可控硅能夠被快速可靠地觸發導通。如圖4所示，可以看出單個脈沖列左右抖動不超過25us；同時每臺6RA70控制器又是一個四象限的控制器，可輸出6組正向脈沖或6組反向脈沖，通過6RA70控制器內部參數死區時間的設置，保證了6RA70控制器換向運行的安全性和可靠性。

6RA70控制器的模塊化結構，其標準配置經擴展可實現各種高性能方案，可完全集成到所有的自動化系統中。在大功率電渣爐電源控制系統中，由于單臺6RA70控制器僅能輸出6組脈沖，因而至少需要采用兩臺6RA70控制器擴展輸出12組脈沖。兩臺6RA70控制器采用主從控制既可以保證系統的控制速度和控制精度，又可以實現兩臺可控硅柜的輸出電流均衡。

電源控制系統，通過TP系列觸摸屏即可靈活調節低頻電源的輸出頻率和設定值，且輸出連續可調，具有控制精度高，操作便捷。同時，系統通過西門子PLC200為客戶提供標準Profibus-DP通訊接口，方便客戶通過上位機系統實現對該電源控制系統的完全操作性。

本實用新型所述的應用于大功率電渣爐的可控硅低頻電源控制系統中的PLC200具有以下特點：

1)14路數字量輸入，經光耦隔離，預留為系統的開關量信號采集；

2)10路數字量輸出，用作驅動繼電器或信號燈等，滿足系統擴展要求；

3)6路模擬量輸入，用作電壓、電流信號的采集，供系統控制運算使用；

4)4路可編程的模擬量0-10V或4-20mA輸出，可通過輸出模擬量信號驅動6RA70控制器觸發脈沖，或者外接儀表等，供系統擴展應用。

5)提供了一個具有Profibus-DP協議的RS485接口，通訊地 址0-99可調，波特率0-12Mbps自適應，供客戶遠程監視和控制使用。

本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。