大功率感应电炉运行状态监控与优化研究

摘要

感应电炉在工业生产中有着广泛的应用，常用于熔炼铜、铁、铝及各种合金，具有熔化效率高、加热速度快及熔炼成分均匀等特点。感应电炉的功率非常大，在熔炼过程中损耗的能量十分可观。由于感应电炉炉体的电气特性（包括谐振频率）在熔炼过程中不断变化，现有的一些节能优化方法无法对电炉运行时的电能损耗进行准确实时的计算并实施有效的优化。针对上述问题，本文以大功率中频感应电炉为研究对象，建立了电炉炉体电气特性的等效电路模型，监控、分析电炉运行状态（铁水重量与电损耗），在此基础上进行了运行优化研究并提出了相应的优化方案。
　　炉体电气特性的等效电路模型是结合变压器原理与实际熔炼数据建立的。本文在炉体等效电路中引入了铁损电阻的概念，用来量化一部分电损耗，使基于模型的仿真数据与实际熔炼数据相契合。利用最小二乘估计算法辨识感应电炉熔炼过程中的相关数据，可以实现对模型参数的实时估计。
　　基于炉体电气特性的等效电路模型及其参数辨识，感应电炉运行状态（铁水重量和炉体的电损耗）可以被实时量化。本文就此提出了铁水在线称重方法，进行了感应电炉能耗分析。对熔炼时中频电流过大的问题，本文基于两种不同控制策略的解决方法，对炉体电损耗进行了在线计算并进行了比较。同时根据感应电炉炉衬厚度在熔炼过程中发生消耗的情况与补偿电容组初始电容值对能耗的影响，对炉体电损耗进行了离线计算。就能耗在线计算与离线计算的分析结果进行运行优化研究及应用，提出了感应电炉熔炼效率与熔炼速度的协调优化问题和补偿电容组初始值设定问题，并提出了相应的最优解决方案。
　　我们通过建立感应电炉炉体的等效电路模型解决了电气特性参数难以测量的问题，从而实现对熔炼运行状态的实时监控，提出对感应电炉能耗的运行优化控制。文中提出的能耗分析可以为实际生产提供参考，运行优化的思路则能启发以后对感应电炉节能的优化研究。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 背景与意义

1．2 感应电炉的国内外研究现状

1．3 感应电炉节能原理的国内外研究现状

1．4 运行优化的国内外研究现状

1．5 本文主要工作

1．6 本文的组织结构

2 中频感应电炉建模与分析

2．1 感应电炉建模

2．1．1 中频感应电源电路

2．1．2 电炉炉体电气特性的等效电路

2．1．3 微分方程模型

2．2 模型参数辨识

2．2．1 系统辨识

2．2．2 最小二乘估计

2．3 本章小结

3 中频感应电炉运行状态监控与分析

3．1 铁水在线称重

3．2 能耗分析与监控

3．2．1 感应电炉能耗分析

3．2．2 降电压法

3．2．3 感应电炉能耗计算

3．3 能耗在线计算

3．3．2 降电压法与切电容法的比较

3．4 能耗离线计算

3．4．1 炉衬厚度对能耗的影响

3．4．2 初始电容值对能耗的影响

3．5 本章小结

4 中频感应电炉运行优化及应用

4．1 熔炼效率与熔炼速度的协调优化

4．1．1 协调优化问题的提出

4．1．2 协调优化问题的数学描述

4．1．3 协调优化问题最优解

4．2 最优初始电容值的确定

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者在学期间取得的科研成果