Circuiti forni a induzione

L'articolo discute gli schemi dei forni fusori ad induzione (canale e crogiolo) e degli impianti di tempra ad induzione azionati da macchine e convertitori di frequenza statici.

Schema di un forno con canale ad induzione

Quasi tutti i progetti di forni a induzione industriali sono realizzati con blocchi di induzione staccabili. L'unità di induzione è un trasformatore del forno elettrico con un canale rivestito per accogliere il metallo fuso. L'unità di induzione è costituita dai seguenti elementi, alloggiamento, circuito magnetico, rivestimento, induttore.

Le unità di induzione sono prodotte come monofase e bifase (doppio) con uno o due canali per induttore. L'unità di induzione è collegata al lato secondario (lato BT) del trasformatore del forno elettrico mediante contattori con dispositivi di soppressione dell'arco. A volte sono inclusi due contattori con contatti di alimentazione che operano in parallelo nel circuito principale.

Nella fig. 1 mostra uno schema di alimentazione per un'unità di induzione di un forno da condotto monofase. I relè di sovraccarico PM1 e PM2 vengono utilizzati per controllare e arrestare il forno in caso di sovraccarico e cortocircuito.

I trasformatori trifase vengono utilizzati per alimentare forni trifase o bifase che hanno un circuito magnetico trifase comune o due o tre circuiti magnetici separati del tipo a nucleo.

Gli autotrasformatori vengono utilizzati per alimentare il forno durante il periodo di raffinazione del metallo e per mantenere una modalità inattiva per un controllo più accurato della potenza durante il periodo di finitura del metallo fino alla composizione chimica desiderata (con modalità di fusione silenziosa, senza foratura) e per quanto riguarda l'iniziale il forno si avvia durante le prime fusioni che vengono effettuate con un piccolo volume di metallo nel bagno per garantire una graduale asciugatura e sinterizzazione del rivestimento. La potenza dell'autotrasformatore è selezionata entro il 25-30% della potenza del trasformatore principale.

Per controllare la temperatura dell'acqua e del raffreddamento ad aria dell'induttore e dell'alloggiamento dell'unità di induzione, sono installati termometri a elettrocontatto che danno un segnale quando la temperatura viene superata. Il forno si spegne automaticamente quando il forno viene girato per drenare il metallo. Gli interruttori di finecorsa collegati all'azionamento del forno elettrico vengono utilizzati per controllare la posizione del forno. Nei forni e nei miscelatori a funzionamento continuo, quando il metallo viene scaricato e vengono caricate nuove parti della carica, le unità di induzione non vengono spente.

Riso. 1. Schema schematico dell'alimentazione dell'unità di induzione del forno a canale: VM - interruttore di alimentazione, CL - contattore, Tr - trasformatore, C - banco di condensatori, I - induttore, TN1, TN2 - trasformatori di tensione, 777, TT2 - trasformatori di corrente, R - sezionatore, PR - fusibili, PM1, PM2 - relè di massima corrente.

Per garantire un'alimentazione elettrica affidabile durante il funzionamento e in caso di emergenza, i motori di azionamento dei meccanismi di ribaltamento del forno a induzione, il ventilatore, l'azionamento dei dispositivi di carico e scarico e il sistema di controllo sono alimentati da un trasformatore ausiliario separato.

Schema di un forno a crogiolo ad induzione

I forni industriali a crogiolo ad induzione con capacità superiore a 2 tonnellate e potenza superiore a 1000 kW sono alimentati da trasformatori riduttori trifase con regolazione secondaria della tensione di carico collegati ad una rete ad alta tensione con frequenza industriale.

I forni sono monofase e, per garantire un carico uniforme delle fasi di rete, al circuito di tensione secondario è collegato un dispositivo di bilanciamento, costituito da un reattore L con regolazione dell'induttanza mediante variazione del traferro nel circuito magnetico e da un condensatore gruppo Cc collegato ad un induttore di forma triangolare (vedi ARIS in Fig. 2). I trasformatori di potenza con una capacità di 1000, 2500 e 6300 kV -A hanno 9 - 23 gradini di tensione secondaria con controllo automatico della potenza al livello desiderato.

I forni di capacità e potenza inferiori sono alimentati da trasformatori monofase con una capacità di 400-2500 kV-A, con un consumo energetico superiore a 1000 kW, sono installati anche dispositivi di bilanciamento, ma sul lato HV del trasformatore di potenza. A una potenza inferiore del forno e alimentazione da una rete ad alta tensione di 6 o 10 kV, è possibile abbandonare il balun, se le fluttuazioni di tensione durante l'accensione e lo spegnimento del forno rientrano nei limiti consentiti.

Nella fig. 2 mostra il circuito di alimentazione di un forno ad induzione a frequenza di induzione.I forni sono dotati di regolatori di modalità elettrica ARIR che, entro i limiti specificati, assicurano il mantenimento della tensione, della potenza Pp e del cosfi modificando il numero di gradini di tensione del trasformatore di potenza e collegando sezioni aggiuntive della batteria di condensatori. I regolatori e gli strumenti si trovano nei quadri elettrici.

Riso. 2. Circuito elettrico di un forno a crogiolo a induzione da un trasformatore di potenza con un dispositivo di bilanciamento e regolatori della modalità del forno: PSN - interruttore a gradino di tensione, C - capacità di bilanciamento, L - reattore balun, C -St - banco di condensatori di compensazione, I - induttore del forno , ARIS — regolatore del dispositivo di bilanciamento, ARIR — regolatore di modalità, 1K — NK — contattori di controllo della capacità della batteria, TT1, TT2 — trasformatori di corrente.

Nella fig. 3 mostra un diagramma schematico della fornitura di forni a crogiolo a induzione da un convertitore di macchina a media frequenza. I forni sono dotati di regolatori automatici della modalità elettrica, un sistema di allarme per "inghiottire" il crogiolo (per forni ad alta temperatura), nonché un allarme per violazione del raffreddamento negli elementi raffreddati ad acqua dell'impianto.

Riso. 3.Circuito elettrico di un forno a crogiolo a induzione da un convertitore a media frequenza della macchina con un diagramma strutturale di regolazione automatica della modalità di fusione: M - motore di azionamento, G - generatore a media frequenza, 1K - NK - avviatori magnetici, TI - trasformatore di tensione, TT - trasformatore di corrente, IP - forno a induzione, C - condensatori, DF - sensore di fase, PU - dispositivo di commutazione, UVR - amplificatore regolatore di fase, 1KL, 2KL - contattori di linea, BS - unità di confronto, BZ - blocco di protezione, OB - bobina di eccitazione, RN — regolatore di tensione.

Schema dell'impianto di tempra ad induzione

Nella fig. 4 è un diagramma schematico dell'alimentazione della macchina di tempra ad induzione da un convertitore di frequenza della macchina. Oltre all'alimentatore MG, il circuito comprende un contattore di potenza K, un trasformatore di spegnimento TZ, sul cui avvolgimento secondario è incluso un induttore I, un gruppo di condensatori di compensazione CK, trasformatori di tensione e corrente TN e 1TT, 2TT, misuratori strumenti (voltmetro V, wattmetro W , fasore) e amperometri della corrente del generatore e della corrente di eccitazione, nonché relè di massima corrente 1RM, 2RM per proteggere l'alimentazione da cortocircuito e sovraccarico.

Riso. 4. Schema schematico di un'unità di tempra a induzione: M - motore di azionamento, G - generatore, VT, TT - trasformatori di tensione e corrente, K - contattore, 1PM, 2PM, ЗРМ - relè di corrente, Pk - scaricatore, A, V , W - dispositivi di misurazione, ТЗ - trasformatore di spegnimento, ОВГ - bobina di eccitazione del generatore, РП - resistenza di scarica, РВ - contatti del relè di eccitazione, PC - resistenza regolabile.

Per alimentare i vecchi impianti di induzione per il trattamento termico delle parti, vengono utilizzati convertitori di frequenza di macchine elettriche - un motore di azionamento di tipo sincrono o asincrono e un generatore di media frequenza di tipo induttore, nei nuovi impianti di induzione - convertitori di frequenza statici.

In fig. 5. Il circuito di un convertitore di frequenza a tiristori è costituito da un raddrizzatore, un blocco dell'induttanza, un convertitore (inverter), circuiti di controllo e blocchi ausiliari (reattori, scambiatori di calore, ecc.). Secondo il metodo di eccitazione, gli inverter sono realizzati con eccitazione indipendente (dal generatore principale) e con autoeccitazione.

I convertitori a tiristori possono funzionare stabilmente sia con una variazione di frequenza su un ampio intervallo (con un circuito oscillante autoregolante in base ai cambiamenti dei parametri di carico) sia a una frequenza costante con un'ampia gamma di variazioni dei parametri di carico a causa di un cambiamento nel resistenza attiva del metallo riscaldato e sue proprietà magnetiche (per parti ferromagnetiche).

Riso. 5. Schema schematico dei circuiti di potenza del convertitore a tiristori tipo TFC -800-1: L - reattore di livellamento, BP - blocco di avviamento, VA - interruttore automatico.

I vantaggi dei convertitori a tiristori sono l'assenza di masse rotanti, basso carico sulla base e scarso effetto del fattore di potenza sulla riduzione dell'efficienza, l'efficienza è del 92 - 94% a pieno carico e a 0,25 diminuisce solo di 1 - 2%.Inoltre, poiché la frequenza può essere facilmente variata entro un certo intervallo, non è necessario regolare la capacità per compensare la potenza reattiva del circuito oscillante.