孙晗开题报告.doc

毕业设计开题报告 设计题目 中频炉在线监测系统设计 学生姓名 孙晗 学号 12110401164 专业 电气工程及其自动化 一、课题的目的意义： 中频熔炼电炉是指利用电力电子开关器件将电网的三相交流电（工频 50Hz) 变为单相中频交流电（200-l000Hz）的频率变换，通过感应加热方式实现钢铁等金属熔炼任务的一套电气装置。其中中频电源是熔炼电炉的最核心部分，同时适用于精密铸造、透热、锻造、淬火、钎焊等热处理加工领域 ，它是一种污染小、低能耗、 高效率并且安全系数较高的加热手段。 该课题的意义： 一是中频感应加热,因其热效高,加热均匀,材料烧损率低,并能精确控制加热温度等优点,已被广泛应用于各类金属材料的加工领域。 二是我国现如今是一个制造工业强国，铸造行业又是整个工业的重要基础之一，而且直接关系着国计民生。保护人类赖以生存的地球资源、环境，是中国面临的重大问题，也是人类长期与自然和谐共处必然承担的责任。在中国随着人类环境保护意识的普及以及对良好生态环境的追求，颁布节能减排相关政策法规以限制制造业的污染状况成为发展趋势，节能转型已成必然。中频炉加热装置具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等优点会迅速淘汰燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉。 三目前针对中频炉在线监测设备比较少，多采用指针式仪表，且不具备自动报警及保护功能，给设备运行带来安全隐患。本设计主要针对上述问题提出采用PLC、工控机、组态王在线监测中频炉运行状况。 四是熔炼作为铸铁件生产的首要环节，控制铁液的熔炼质量和熔炼成本对最终铸铁件的质量和生产成本有着非常重要的意义。作为主要的冶炼设备、感应炉可以有效地控制化学成分波动幅度，其成分可以精确到指定的需求，到达防止硫共晶产生的目的。同时在中频炉熔炼过程会产生电磁搅拌，使铁液温度更加均匀，铁水氧化易控制，元素烧损少。1.Zhou J, Wang Y. Channel Break of Induction Furnace in Horizontal Continuous Casting [J]. Nonferrous Metals Processing, 2010, 1: 2-6. 2. Lun Z, Jianrui L, Weidong H. Preparation of AZ91D Magnesium Alloy with High Quality by Melting-casting Crude Magnesium [J]. Special Casting Nonferrous Alloys, 2009(4): 15-17. 二、近年来国内研究现状 在铸造生产中，随现代工业的飞速发展，中频炉得到了广泛应用。 在上世纪70年代，工频感应电炉就开始得到广泛的应用，最大功率的感应电炉曾有过规格的工频感应电炉也曾投入运行，虽然有很多的缺陷，而且最终没有被更加多的推广，但是有了以电磁感应原理进行铸铁等熔化的先列，为改进以后的熔化方式提供了一定的基础。90 年代以后，在其它国家一些公司的推动下，中频感应电炉在我国的应用越来越多，极大的推动了我国铸造行业的发展。这些熔炼的主要设备都来自国外，有采用并联谐振技术的，也有一些开发了更新技术采用串联谐振技术的一拖二变频中频感应电炉，例如西安机电研究所在中频感应电炉技术中进行了开发和研宄，并在21世纪初开发出了基于IGBT器件的中频感应电炉，在国内算是国产高功率中频感应电炉的应用先例。目前，我国的中频感应电炉行业发展速度非常快，在技术水平上国产设备的水平基本上接近国际最高水平。（周继跃.中频感应熔炼炉[J]. 电炉 ，1997(4): 19-22.） 中频感应加热电源 在中频范围内，国外装置的最大容量已达到数十兆瓦。在高频（100kHz以上）频段内，目前国外正处于从传统的电子管电源向晶体管化全固态电源的阶段，以模块化，大容量化MOSFET、IGBT功率器件为主。 在中频范围内，国内已形成200Hz-10000Hz，功率为100kW-3000kW系列产品，可以配备5t以下的熔炼炉及更大容量的保温炉，也适用于各种金属透热，表面淬火等热处理工艺，尤其在废旧钢铁融化及铸造上己经得到了普遍的应用。（张立，赵永健编著.现代电力电子技术.北京：科学出版社，1992） 随着电力半导体器件的开发和电力电子技术的不断发展，感应加热装置的面貌也随之日新月异，以装置的体积、质量、性能方面的变化尤为突出。例如频率，同容量的晶体管式变频装置与电子管式变频装置相比体积缩小2/3，重量减轻2/3，冷却水节约1/2，耗电量节约1/3，效率提高35%，使用寿命更长，更加安全可靠，容易实现自动控制，有利于提高加热效率及质量，维护工作量更小，能做到随用随