一对多串行通信装置研究与实现

在大型综合集成控制系统中,一对多组合的弱电控制器系统之间的通信方式因具有高延伸性和易复制性优点仍是当前串行通信组合方式之一。首先针对传统串行总线通信方案在某些领域的缺陷,提出了一种一对多的串行通信装置,满足一定场所的高标准串行通信要求;接着分析了一对多串行通信装置在低压领域、高压领域的方案设计和硬件电路原理图设计;最后将该一对多高压领域串行通信装置应用在中间包通道式感应加热电源的控制数据采集系统中,证明其正确性。

电磁搅拌变流器抑制IGBT驱动窄脉宽研究

在大功率电磁搅拌变流器中,逆变IGBT正常工作运行时表现鲁棒性对整个连铸电磁搅拌成套装置的安全运行有着重要意义。为了保证高效的产能,当前连铸工艺对电磁搅拌变流器应用要求具有高平均无故障时间需求。首先分析了因电磁搅拌变流器的负载特殊性而具有窄脉冲驱动高风险的可能;接着对窄脉冲开通IGBT时而损坏IGBT的机理进行了分析,并结合当前电磁搅拌变流器的数字控制器提出实际的解决方案;最后利用500 A的电磁搅拌变流器和双脉冲测试方法对2μs脉宽和3μs脉宽进行试验验证,结果表明限制电磁搅拌变流器的窄脉冲开通IGBT的确能降低IGBT运行过程中的故障率,对提高电磁搅拌成套装置的平均无故障时间具有实际应用价值。

电磁搅拌电源IGBT结温检测系统研究与应用

精准的逆变IGBT内核结温大小实时检测是连铸生产线上的电磁搅拌装置系统正常可靠长久运行的前提条件之一。首先分析了传统IGBT结温检测系统的特点以及各自适用场景,接着分析电磁搅拌专用变频电源中IGBT结温检测系统所应具备的条件,最后采用大功率IGBT自身内部携带的NTC热敏电阻传感器,并结合电压源采集处理电路和电流源传输处理电路优势,设计一种适用于大功率电磁搅拌专用变频系统的IGBT结温在线检测系统。该IGBT结温检测系统具有硬件电路简单、成本低、容易集成和电磁兼容性好的优点。试验和应用实践结果表明该系统满足大功率电磁搅拌电源系统对IGBT结温在线实时检测的性能需求,该系统已集成在国内某公司的电磁搅拌装置系统中。

一种多功能信号隔离器的研究与应用

信号隔离器是一种采用先进的数字化技术将输入信号进行隔离和转换后再输出的电子设备,对高频、低频共模脉动干扰信号具有很好的抑制作用,因此广泛应用于工业自动化领域。首先分析了传统磁电式原理信号隔离的主要应用场景和不足之处,然后采用安华高公司的线性光隔离芯片ACPL-C87B-000E设计一种能满足常规需求的多功能信号隔离器,并且给出该信号隔离器所具有的0~5 V转0~5 V、0~5 V转4~20 mA、4~20 mA转4~20 mA、4~20 mA转0~5 V四种转换形式的详细电路图。最后将四种信号隔离中的0~5 V转4~20 mA应用于电磁搅拌专用变频电源中逆变IGBT内核结温监测系统,证明了采用线性隔离光耦设计信号隔离器方案的可行性。

大功率板坯两相电磁搅拌电源设计与应用

相关研究和试验表明,大功率二冷区箱式两相电磁搅拌器装置是提高不锈钢铸坯等轴晶比例的一种重要设备。以某钢厂的实际大功率箱式两相电磁搅拌项目为背景,设计一种应用于箱式电磁搅拌器负载上的大功率电磁搅拌变频电源。首先对大功率两相箱式电磁搅拌电源项目的方案进行分析,根据分析结果并结合实际工程情况采用四桥臂两相电源方案来设计大功率箱式电磁搅拌项目的变频电源。然后,根据项目实际需求设计出箱式两相电搅变频电源的详细参数,并且结合某钢厂实际箱式电磁搅拌器负载进行试验,验证了所设计箱式电磁搅拌变频电源完全能够满足电磁搅拌器各项性能要求,具有非常巨大的工程实际应用价值和意义。

重杂散电感电磁搅拌专用变频电源IGBT关断尖峰电压研究

由主电路回路和功率器件内部寄生杂散电感引起的电磁搅拌电源中IGBT开关器件关断尖峰电压过高是电磁搅拌专用变频电源失效的主要原因之一。以某公司老一代大功率电磁搅拌器专用变频电源中IGBT关断尖峰高导致功率开关器件过压损坏为例,首先分析了IGBT关断尖峰电压产生的原因及IGBT关断尖峰电压过高带来的危害,接着总结目前常用的IGBT过压尖峰解决办法及利弊,并最终采用IGBT的分级关断技术方案来解决电磁搅拌专用变频电源中IGBT关断尖峰电压过高的问题。实践证明,采用所提出的解决IGBT过压尖峰的措施后,几乎杜绝了电磁搅拌器专用变频电源因IGBT过压而失效的现象。

电磁搅拌电源死区补偿系统设计与实现

电磁搅拌电源输出低失真电流波形是电磁搅拌器负载产生标准的旋转磁场并能长期可靠运行的重要保证。电磁搅拌专用电压型逆变器由于死区的存在不可避免地会对输出电流波形造成影响。针对电磁搅拌专用电压型逆变器死区的影响,对电压逆变器所必需的死区时间和其特性效应进行了分析。根据死区效应分析,结合电磁搅拌负载系统自身属重感性负载,设计了一种实时调整每个载波周期中的实际IGBT导通时间的补偿方法,达到消除死区效应影响的目的,并且通过试验验证了所采用方法可以有效改善输出电流的波形畸变,降低输入至电磁搅拌器负载中电流的谐波含量。

级联多电平逆变器输出电压和电流采集方案研究与应用

模块化多电平逆变器因具有调制算法成熟、输出电压谐波特性好、电压变化率低以及在模块单元故障下继续维持工作等优点,使其在大功率高压逆变器中得到广泛的应用。首先分析了传统级联多电平高电压和大电流检测方案在实际应用中的缺点和可能给检测装置带来亚健康的隐患,然后提出级联多电平逆变器输出电压和输出电流检测方案,最后在所提方案的基础上详细设计了电压检测和电流检测电路的各项参数,并将该电路原理图应用在H桥单元级联多电平中间包感应加热电源上进行输出电压和电流参数检测试验验证。试验结果表明所提的电压检测和电流检测方案可以满足级联多电平逆变器输出参数检测的各项性能要求。

两相/三相复用电磁搅拌专用变频电源设计与应用

电磁搅拌专用变频电源分为用于板坯的两相(互差90°)和用于方圆坯的三相(互差120°)两种变频电源。设计了一种两相/三相复用电磁搅拌专用变频电源。首先对两相/三相复用电磁搅拌电源的主电路方案和调制算法进行分析,再根据所带负载的参数特性表计算出主电路各个部分的参数并进行了电路设计,最后制作了一台样机并使用所设计的复用电源样机分别驱动两相辊式电磁搅拌器和三相方圆坯电磁搅拌器,验证了所提方案的可行性。

电压型逆变器软启动方法和装置研究

电压型逆变器因储能密度高及所需功率半导体器件少等优势而在大功率特种变频电源领域所占比重越来越大,其可靠、无冲击的软启动过程是变频电源长期稳定运行的关键。针对传统电压型逆变器软启动方法的优点和不足,提出了电压型逆变器软启动方法和装置,以400 kVA电压型电磁搅拌专用变频电源为例设计了主电路和控制电路,并进行了试验。试验结果表明,该电压型逆变器软启动方法满足大功率电磁搅拌电源系统对软启动各项性能的需求。

H桥级联多电平高压变频器的实验研究

级联型多电平逆变器因具有IGBT开关次数少、输出电压谐波含量小以及输入功率因数高等优点,在高压变频调速领域得到了广泛应用。比较了该逆变器的两种极性调制方法,设计了一种变频器驱动保护电路,并搭建了基于TMS320C2808型DSP和FPGA的实验平台,通过电机加载的启动运行,证明了该变频器的可靠性和稳定性。

基于相场法模拟对流作用下Ni-Cu合金枝晶形貌

利用相场法模拟了不同单向对流及混合对流作用下Ni-Cu合金的枝晶形貌、溶质分布,研究了横向对流及线性流速对定向柱状晶偏转和重熔的影响。结果表明:对流对枝晶形貌、溶质分布影响较大。在不同对流作用下,上游区域枝晶生长较快、二次枝晶臂发达;下游区域枝晶生长受到抑制,横向发育的主枝晶干向上游方向偏转,上游侧和下游侧枝晶间形成了溶质富集区,固-液界面存在较严重的溶质偏析。定向生长中对流作用会加剧柱状枝晶的局部重熔和缩颈断裂,并随着流速的增加,一次枝晶间熔断的二次枝晶逐渐减少,溶质富集程度增加。

连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响

以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性.研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring,M-EMS)电流由0增加到800 A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析.采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求.同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition,CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高.大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加.同时指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸‒轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态.

行波磁场铸流搅拌提升不锈钢板坯等轴晶率

为揭示各种行波磁场铸流搅拌的电磁冶金效果,基于计算域分段法建立了断面1280 mm×200 mm板坯连铸电磁、流动、传热和凝固的耦合模型,利用电气参数和磁感应强度的实测值和预测值的对比验证了模型的可靠性.研究表明:行波磁场搅拌器因电磁推力的方向性特点在板坯二冷区搅拌过程中均表现有不同程度与特征的端部效应,辊后箱式搅拌器(Boxtyped electromagnetic stirrer,B-EMS)的单侧安装形式导致板坯内弧侧磁感应强度远大于外弧侧,辊式搅拌器(Roller-typed electromagnetic stirrer,R-EMS)的对辊安装形式则使磁感应强度呈现对称分布.在400 kW和7 Hz的相同电气参数下,REMS的电流强度比B-EMS高75 A;尽管箱式电磁搅拌的有效作用区域较辊式电磁搅拌大,铸坯中心钢液过热耗散区域大,但辊式搅拌推动钢液冲刷凝固前沿形核作用则明显大于箱式搅拌.两者均具有较好的抑制柱状晶生长、促进凝固前沿等轴晶形核与发展的能力,将不锈钢板坯等轴晶率提高至45%的门槛值以上,其中间隔型反向辊式搅拌器下的等轴晶率比箱式搅拌高约17%.综合表明,基于行波磁场铸流搅拌的间隔型反向辊式搅拌器有望更好地消除铁素体不锈钢板材表面皱折缺陷.

结晶器电磁搅拌器端部漏磁的改善分析

利用数值模拟分析与实验相结合的方法,研究结晶器电磁搅拌器在频率3 Hz,电流为550 A条件下的端部漏磁,并提出了有效改善端部漏磁的磁屏蔽装置。结果表明,在搅拌器中心沿拉速方向上,磁感应强度沿Z轴正向上的变化比较平缓,而向铁芯表面逐渐靠近时,磁感应强度沿Z轴则呈先逐渐增大,在距搅拌器中心平面约150 mm的端部达到最大峰值,然后由端部向外急剧降低的分布趋势。这种磁场分布趋势在越贴近搅拌器铁芯表面处越明显,即端部漏磁越明显。模拟结果与实测结果一致。

电磁搅拌电源IGBT损坏原因分析及解决措施

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是电磁搅拌器专用变频电源的、核心功率器件之一,IGBT的可靠运行时刻关系着整个电磁搅拌系统的命脉。此处以电磁搅拌器专用变频电源中IGBT损坏为例,分析了IGBT损坏的常见形式以及原因,并根据原因提出各种不同改进措施,分析各种解决办法利弊后选取最优的方案。实践证明,采取所提出最优的措施后,电磁搅拌器专用变频电源中IGBT损坏的概率大大降低。

2 MVA电磁搅拌电源逆变模组设计与应用

相关研究和试验表明,采用超大容量的电磁搅拌电源驱动电磁搅拌器在超大圆坯连铸生产线上末端进行高强度电磁搅拌是改善大圆坯连铸凝固过程和提高铸坯质量一种非常有效的工艺手段。此处以某钢厂的实际超大圆坯末端电磁搅拌(F-EMS)项目为背景,设计了一种用于大圆坯F-EMS电源上的2 MVA大容量逆变模组。首先对2 MVA逆变模组的各种设计方案进行优劣势分析,根据分析结果并结合实际情况采用桥臂并联扩容的形式设计2 MVA的电磁搅拌的逆变模组。然后利用带有此处设计的逆变模组的变频电源和某钢厂实际搅拌器负载搭建的试验平台,验证了所设计的超大容量逆变模组完全能够满足某钢厂的F-EMS器的各项性能,具有非常巨大的工程实际应用价值和意义。

电磁搅拌器变频电源IGBT驱动电路设计和应用

IGBT驱动电路的设计和应用是电磁搅拌器变频电源长期可靠稳定运行的前提条件。采用国产智能IGBT驱动核2FSC0435,以驱动英飞凌公司的IGBT为例,设计一种应用于电磁搅拌器变频电源中逆变部分的IGBT驱动电路。与传统的IGBT驱动电路相比,该驱动电路输出驱动功率大,且具备完善的IGBT过流保护、IGBT的集电极-发射极之间过压保护功能,还带有智能故障管理系统,能够针对不同的故障种类输出不同信号形式的故障信号。实验和应用结果表明,该驱动电路能够满足该专用变频电源中IGBT驱动所要求的各项特需性能。

电磁搅拌漏电流检测系统设计与应用

精准的漏电流大小实时在线检测系统是连铸生产线上的电磁搅拌装置系统正常可靠长久运行的前提条件之一。该文采用基于磁通门技术原理的漏电流传感器,结合漏电流信号采集和处理电路,设计一种用于电磁搅拌系统的漏电流在线检测系统。与传统的漏电流检测技术系统相比,该漏电流检测系统不仅具有稳定性、可靠性以及准确性高的优点,而且还能对电磁搅拌系统中的电磁搅拌变频电源和电磁搅拌线圈负载分别在线进行漏电流大小采集。试验和应用实践结果表明,该基于磁通门技术的漏电流检测系统能够满足电磁搅拌系统中对在线漏电流大小检测的各项性能需求,并已经成功地将该系统集成在国产的电磁搅拌装置系统中。

磁性联轴器转矩特性分析和研究

传递转矩是磁性联轴器的重要性能指标之一,磁性联轴器的结构参数、磁场分布情况关系到传递磁转矩的能力。采用经验设计会导致误差较大,从而造成材料浪费和成本增加。本研究对磁性联轴器进行简化,采用模拟分析软件,通过对磁性联轴器进行数值模拟,研究导体盘外径、导体轭铁盘外径、导体盘厚度、导体轭铁盘厚度以及永磁体磁极分布对磁性联轴器传递转矩的影响,本研究对磁性联轴器的优化设计具有重要的指导意义。