¿Cómo determinar la potencia de un horno de resistencia? Quiero diseñar un horno de alta temperatura. La temperatura es de alrededor de 1600 grados y el volumen no es grande.
Descripción general del mantenimiento y ejemplos de hornos eléctricos de frecuencia intermedia
El dispositivo de suministro de energía de frecuencia intermedia de tiristor, denominado dispositivo de frecuencia intermedia de tiristor, utiliza las características de conmutación del tiristor para convertir la corriente de frecuencia eléctrica de 50 Hz a una frecuencia intermedia. Un dispositivo de suministro de energía para corriente eléctrica (2,0 KHz - 8,0 KHz) se utiliza principalmente en fusión por inducción, calentamiento por inducción, enfriamiento por inducción y otros campos. Sus ventajas son:
Alta eficiencia
El dispositivo de fuente de alimentación de tiristor tiene una eficiencia de conversión muy alta (90-95%). Cuando la potencia de salida es baja, la eficiencia de conversión de energía no lo es. no disminuir, Especialmente en la industria del tratamiento térmico, algunas piezas de trabajo calentadas deben calentarse en secciones, iniciarse y detenerse con frecuencia, y no hay pérdida en el estado detenido. Por lo tanto, el uso de dispositivos de tiristores de frecuencia intermedia en la industria del calentamiento por inducción puede ahorrar energía.
Tamaño pequeño y peso ligero
El dispositivo inversor de tiristor está compuesto por componentes semiconductores. No hay piezas giratorias mecánicas complejas, ni vibración, bajo nivel de ruido y sin requisitos especiales para el suelo. cimientos durante la instalación.
Fácil de operar
El rango de ajuste de potencia del dispositivo tiristor es amplio. La frecuencia puede cambiar automáticamente a medida que cambian los parámetros de carga (el llamado seguimiento de frecuencia). El bucle de carga se mantiene en un estado casi resonante, lo que significa que funciona en las mejores condiciones. Además, cuenta con una serie de dispositivos de protección automática, haciendo que su trabajo sea estable y confiable.
Arranque flexible
Los dispositivos inversores SCR generalmente adoptan un arranque suave de voltaje cero, que tiene una alta tasa de éxito de arranque sin impacto, rápido y estable.
Basándonos en los aspectos anteriores, y con el desarrollo exitoso de nuevos circuitos integrados propietarios, su alta estabilidad y estructura compacta son muy populares entre todos.
Principio del calentamiento por inducción
El principio básico del horno de inducción con núcleo sin hierro de frecuencia media es un tipo de transformador con núcleo de aire. La bobina de inducción es equivalente al devanado primario del transformador. y el interior del crisol La carga metálica es equivalente al devanado secundario (es decir, carga) del transformador Cuando una corriente de frecuencia intermedia (2000Hz-8000Hz) pasa por el devanado primario, bajo la acción y respuesta del campo electromagnético, magnético. Se generan líneas de fuerza para cortar el devanado secundario, lo que hace que la carga genere una fuerza electromotriz inducida y provoca una corriente inducida (llamada corriente de Foucault) en la superficie perpendicular al eje de la bobina de inducción, de modo que la carga misma se calienta. y derrite el metal. Calentado a temperatura de forjado para forjar.
Según la teoría de la inducción mutua del transformador, el valor efectivo de la fuerza electromotriz inducida (representada por E2) en el devanado secundario (es decir, carga) está relacionado con los dos parámetros de frecuencia y el valor máximo de flujo magnético alterno Bajo la acción de este potencial inducido E2, las corrientes parásitas pasan a través del circuito cerrado formado por la carga. El valor de la corriente parásita es proporcional al potencial inducido E2 e inversamente proporcional a la impedancia del circuito de carga. Una vez determinada la impedancia de la carga, la generación de calor es proporcional al potencial inducido. Dado que no hay ningún objeto conductor magnético en el horno de inducción sin núcleo, las líneas del campo magnético deben atravesar el aire y cerrarse. Sin embargo, la resistencia magnética del aire es muy grande, lo que reducirá el flujo magnético efectivo para obtener el. Para lograr un potencial eléctrico inducido necesario, se requiere aumentar la velocidad de corte de las líneas del campo magnético, lo que requiere aumentar la frecuencia de la corriente que pasa a través de la bobina de inducción para lograr un efecto de calentamiento significativo. Sin embargo, en situaciones reales, el flujo de corriente inducida en la carga también formará un campo magnético, pero su dirección es opuesta al campo magnético del inductor. La superposición de los dos campos magnéticos debilitará todo el efecto. A medida que el campo magnético constantemente debilitado continúa distribuyéndose profundamente en la carga y genera corriente continuamente, el efecto de desmagnetización de la corriente hace que la intensidad del campo eléctrico y la densidad de corriente inducida en la carga disminuyan drásticamente desde la superficie hacia el centro. de la corriente, mayor es la frecuencia de la corriente. Este fenómeno se vuelve cada vez más evidente, que es el resultado del llamado efecto piel.
Para aumentar el poder calorífico de la carga, si se aumenta la frecuencia sin límite, uno se verá afectado por la complejidad del dispositivo de alimentación y, lo que es más importante, por la piel antes mencionada. Por efecto, el calentamiento por corrientes parásitas aumentará con la corriente. El aumento de frecuencia solo se produce en la capa superficial alrededor de la carga, mientras que el calor en el centro de la carga se conduce desde la superficie, por lo que el tiempo de calentamiento se alargará y el tiempo de calentamiento aumentará. La eficiencia eléctrica ya no aumentará. La relación entre la frecuencia del suministro de energía y la eficiencia eléctrica se puede describir de la siguiente manera: cuando el diámetro de la carga del horno de inducción es fijo y las propiedades físicas de la carga permanecen sin cambios, la eficiencia eléctrica aumentará significativamente a medida que aumenta la frecuencia de la corriente. , pero cuando la frecuencia continúa aumentando, la eficiencia eléctrica ya no cambiará con la frecuencia y se acercará a la etapa de saturación.
Por tanto, podemos concluir que para un horno de inducción de un determinado tamaño, y en las mismas condiciones de propiedades físicas de la carga y del material inductor, debe existir una frecuencia crítica. Es por las razones anteriores que los fabricantes de hornos eléctricos seleccionarán la frecuencia según el tamaño del horno. Teniendo en cuenta la eficiencia eléctrica y la eficiencia térmica del horno, seleccione la frecuencia adecuada. Cuando la capacidad del horno sea pequeña, elija una frecuencia más alta, y cuando la capacidad sea grande, elija una frecuencia más baja, generalmente en el rango de 2000 Hz a 8000 Hz
Requisitos para la fuente de alimentación de frecuencia intermedia con tiristores para hierro- Hornos de inducción con núcleo
Requisitos de potencia de salida del horno de inducción para suministro de energía de frecuencia intermedia controlada por silicio.
La potencia de salida de la fuente de alimentación de frecuencia intermedia del tiristor debe cumplir con la potencia máxima del horno de inducción, y la potencia de salida también debe ajustarse fácilmente. Esto se debe a que la vida útil del crisol del horno de inducción es. Por lo general, alrededor de docenas de hornos de fusión se dañaron más tarde y el revestimiento del crisol debe reconstruirse. Una vez construido el nuevo revestimiento del crisol, se debe hornear en un horno de baja potencia. potencia nominal, y luego aumenta en un 10% a intervalos regulares % de potencia, hasta alcanzar la potencia nominal. Además, durante el proceso del horno, cuando se funde la carga, se debe probar la composición de la carga. Durante el período de prueba, para evitar que la carga hierva violentamente después de derretirse, la fuente de alimentación de frecuencia intermedia debe reducir la potencia de salida a. mantener la carga caliente. En vista de la situación anterior, se requiere que la fuente de alimentación de frecuencia intermedia del tiristor pueda ajustarse fácilmente desde el rango del 10% al 100% de la potencia de salida nominal. Los hornos diatérmicos utilizados para forja y tratamiento térmico no tienen proceso de horneado.
Los requisitos de frecuencia de salida del horno de inducción para la fuente de alimentación de frecuencia intermedia de tiristores.
La relación entre la eficiencia eléctrica del horno de inducción y la frecuencia está relacionada. La frecuencia de salida de la fuente de alimentación de frecuencia intermedia con tiristores se puede determinar en función de la eficiencia eléctrica. Por ejemplo, llamamos a esta frecuencia fo. El inductor es en realidad una bobina inductora y, para compensar la potencia reactiva de la bobina, se conectan condensadores en paralelo en ambos extremos de la bobina, lo que forma un circuito de oscilación LC. Cuando la frecuencia de salida f del inversor controlado por silicio es igual a la frecuencia de oscilación natural fo del bucle del horno de inducción, el factor de potencia del bucle es igual a 1 en este momento. La máxima potencia se obtendrá en el horno de inducción. De lo anterior se puede ver que la frecuencia de oscilación natural del bucle está relacionada con los valores de L y C. Generalmente, el valor del condensador de compensación C es fijo, mientras que la inductancia L cambia debido a la cambio del coeficiente de permeabilidad magnética de la carga. Por ejemplo, cuando se funde acero, la permeabilidad magnética μ del acero de horno frío es muy grande, por lo que la inductancia L es grande cuando la temperatura del acero alcanza el punto de Curie, la permeabilidad magnética. μ = 1, por lo que la inductancia L disminuye. Por lo tanto, la resistencia inherente del circuito del horno de inducción es La frecuencia de oscilación fo cambiará de baja a alta. Para garantizar que el horno de inducción siempre pueda obtener la máxima potencia durante el proceso de fusión, esto requiere que la frecuencia de salida f de la fuente de alimentación de frecuencia intermedia del tiristor pueda cambiar con el cambio de fo y mantener siempre el seguimiento automático de frecuencia.
El principio de funcionamiento de la fuente de alimentación de frecuencia intermedia con tiristores
El principio de funcionamiento básico de la fuente de alimentación de frecuencia intermedia con tiristores es convertir la corriente CA de frecuencia industrial de 50 Hz a través de un circuito trifásico. circuito rectificador de puente se rectifica en CC y luego se filtra mediante un filtro (reactor de CC). Finalmente, el inversor cambia la CC a CA de frecuencia intermedia monofásica para alimentar la carga. -DC-AC El circuito básico del convertidor se muestra en la Figura 2.
El principio y proceso de funcionamiento del circuito rectificador totalmente controlado tipo puente trifásico
El circuito rectificador totalmente controlado tipo puente trifásico tiene seis brazos de puente, que deben ser 2 en en cada momento Solo cuando todos los brazos del puente funcionan al mismo tiempo se puede formar un pasaje. La secuencia de trabajo de los seis brazos del puente se muestra en la Figura 3. Ahora supongamos que en el tiempo t1-t2 (el intervalo de tiempo de t1-t2 es un ángulo eléctrico de 60o, lo que equivale a 1/6 de un ciclo), SCR1 y SCR6 están funcionando al mismo tiempo (el SCR negro en la Figura 3( a)), y la salida El voltaje es VAB.
En el momento t2-t3, el tiristor controlado por silicio SCR2 se enciende debido a que fue activado por el pulso, mientras que SCR6 se apaga por el voltaje inverso del BC y la corriente se transfiere a SCR2. En este momento, SCR1 y SCR2 funcionan en. Al mismo tiempo, y el voltaje de salida es VAC t3-t4, SCR3 se enciende debido a que es activado por el pulso, SCR1 se apaga por el voltaje inverso de VAB y la corriente se transfiere a SCR2 y SCR3. al mismo tiempo, y el voltaje de salida es VBC. En consecuencia, en los tiempos t4-t5, t5-t6, t6-t1 son SCR3 y SCR4, SCR4 y SCR5, SCR5 y SCR6 respectivamente. Los voltajes de salida agregados a la carga son VBA, VCA y VCB respectivamente. De esta manera, una CA trifásica se rectifica completamente. Del análisis anterior se puede ver que en un ciclo, el voltaje de salida tiene seis pulsos. Este circuito rectificador tiene dos brazos de puente conduciendo al mismo tiempo en cada momento, y el intervalo de tiempo de conducción de cada brazo de puente es de 60o, por lo que tiene ciertos requisitos para el pulso de disparo, es decir, el intervalo de tiempo del pulso debe ser de 60o. , y si se usa el método de pulso único, el ancho del pulso debe ser mayor a 60o. Si se usa un pulso estrecho, se debe usar el método de pulso doble, es decir, aparece otro pulso 60o detrás del pulso principal.
Sincronización trifásica y circuito de disparo
1. Selección y conformación de la sincronización trifásica.
Según los requisitos relevantes del puente trifásico en su totalidad. Durante el proceso de rectificación controlada, primero es necesario asegurarse de que el circuito de activación esté estrictamente sincronizado con la fuente de alimentación trifásica. El pulso de disparo generado por la fase A existente debe conectarse a los tiristores No. 1 y No. 4 del circuito rectificador (llamados positivo A y A negativo), y el pulso de disparo generado por la fase B debe conectarse a los tiristores No. 3 y Tiristores No. 6 (llamados positivo A y negativo A). B negativo), el pulso de disparo generado por la fase C está conectado al tiristor No. 5 y No. 2 (llamado C positivo y C negativo). Generalmente, el voltaje se reduce a través de una resistencia reductora y luego ingresa a un circuito de filtrado, conformación y equilibrio síncrono trifásico compuesto por tres potenciómetros W1, W2 y W3 y tres condensadores C1, C2 y C3. Se caracteriza por un circuito integrador compuesto por W y C. La capacitancia es fija y la constante de tiempo se puede cambiar cambiando el valor de resistencia. Sus funciones son:
(1) Filtrar la interferencia de las ondas máximas desordenadas de la red eléctrica y generar la señal de sincronización. Puro, posición precisa y evitar errores de acción del tiristor rectificador.
(2) Ajuste el desequilibrio trifásico y ajuste el rango de cambio de fase hasta 12º para equilibrar la salida del puente rectificador.
2. Selección del tiristor rectificador.
1. Dado que el puente rectificador trifásico totalmente controlado funciona en un rango de frecuencia más bajo, comúnmente se utilizan tiristores rectificadores ordinarios, concretamente los tiristores de la serie KP.
2. Según el cálculo teórico de un circuito rectificador trifásico totalmente controlado, la corriente que fluye a través de cada tiristor es 0,334 veces la corriente de salida rectificada total. Por lo tanto, para dejar suficiente margen durante el uso, generalmente se selecciona un tiristor con el mismo tamaño que el valor de corriente nominal de la fuente de alimentación.
3. Para los modelos con tensión de alimentación trifásica de 380V, se selecciona silicio KP con una tensión soportada de 1200V-1400V. Para los modelos con un voltaje de entrada trifásico de 660 V, se selecciona silicio KP con un voltaje soportado de 2000 V-2500 V.