Obwody piekarnika indukcyjnego

W artykule omówiono schematy pieców indukcyjnych do topienia (kanałowego i tyglowego) oraz instalacji hartowania indukcyjnego napędzanych maszynowo i statycznie z przetwornicami częstotliwości.

Schemat pieca z kanałem indukcyjnym

Prawie wszystkie konstrukcje przemysłowych kanałowych pieców indukcyjnych są wykonane z odłączanymi blokami indukcyjnymi. Jednostką indukcyjną jest transformator pieca elektrycznego z wyłożonym kanałem do pomieszczenia stopionego metalu. Jednostka indukcyjna składa się z następujących elementów, obudowy, obwodu magnetycznego, okładziny, cewki indukcyjnej.

Jednostki indukcyjne produkowane są jako jednofazowe i dwufazowe (podwójne) z jednym lub dwoma kanałami na cewkę indukcyjną. Jednostka indukcyjna jest połączona ze stroną wtórną (strona NN) transformatora pieca elektrycznego za pomocą styczników z urządzeniami tłumiącymi łuk. Czasami dołączane są dwa styczniki ze stykami zasilającymi pracującymi równolegle w obwodzie głównym.

na ryc. 1 przedstawia schemat zasilania jednofazowej jednostki indukcyjnej do pieca kanałowego. Przekaźniki przeciążeniowe PM1 i PM2 służą do sterowania i zatrzymania pieca w przypadku przeciążenia i zwarcia.

Transformatory trójfazowe służą do zasilania pieców trójfazowych lub dwufazowych, które mają albo wspólny trójfazowy obwód magnetyczny, albo dwa lub trzy oddzielne obwody magnetyczne typu rdzeniowego.

Autotransformatory służą do zasilania pieca w okresie rafinacji metalu oraz utrzymywania stanu bezczynności w celu dokładniejszego sterowania mocą w okresie wykańczania metalu do pożądanego składu chemicznego (z cichym, bez wiercenia, trybem topienia) oraz w odniesieniu do wstępnego Piec uruchamia się podczas pierwszych wytopów, które przeprowadza się z niewielką ilością metalu w kąpieli, aby zapewnić stopniowe suszenie i spiekanie wykładziny. Moc autotransformatora dobierana jest w granicach 25-30% mocy transformatora głównego.

W celu kontroli temperatury chłodzenia wodnego i powietrznego wzbudnika oraz obudowy zespołu indukcyjnego, montowane są termometry elektrostykowe, które dają sygnał w przypadku przekroczenia temperatury. Piec wyłącza się automatycznie po obróceniu pieca w celu spuszczenia metalu. Wyłączniki krańcowe podłączone do napędu elektrycznego pieca służą do sterowania położeniem pieca. W piecach i mieszalnikach o pracy ciągłej, podczas odwadniania metalu i załadunku nowych części wsadu, jednostki indukcyjne nie są wyłączane.

Ryż. 1. Schemat ideowy zasilania jednostki indukcyjnej pieca kanałowego: VM - wyłącznik zasilania, CL - stycznik, Tr - transformator, C - bateria kondensatorów, I - cewka indukcyjna, TN1, TN2 - przekładniki napięciowe, 777, TT2 - przekładniki prądowe , R — rozłącznik, PR — bezpieczniki, PM1, PM2 — przekaźnik nadprądowy.

W celu zapewnienia niezawodnego zasilania podczas pracy oraz w sytuacjach awaryjnych silniki napędowe mechanizmów przechylania pieca indukcyjnego, wentylator, napęd urządzeń załadowczo-rozładowczych oraz układ sterowania zasilane są z osobnego transformatora pomocniczego.

Schemat indukcyjnego pieca tyglowego

Przemysłowe indukcyjne piece tyglowe o pojemności powyżej 2 ton i mocy powyżej 1000 kW zasilane są z trójfazowych transformatorów obniżających napięcie z wtórną regulacją obciążenia podłączonych do sieci wysokiego napięcia o częstotliwości przemysłowej.

Piece są jednofazowe, a w celu zapewnienia równomiernego obciążenia faz sieciowych do obwodu napięcia wtórnego podłączone jest urządzenie równoważące, składające się z dławika L z regulacją indukcyjności poprzez zmianę szczeliny powietrznej w obwodzie magnetycznym oraz kondensatora grupa Cc podłączona do cewki indukcyjnej w kształcie trójkąta (patrz ARIS na ryc. 2). Transformatory mocy o mocy 1000, 2500 i 6300 kV -A posiadają 9 — 23 stopni napięcia wtórnego z automatyczną regulacją mocy na żądanym poziomie.

Piece o mniejszej mocy i mocy zasilane są z transformatorów jednofazowych o mocy 400-2500 kV-A, o poborze mocy powyżej 1000 kW, instalowane są również urządzenia bilansujące, ale po stronie WN transformatora mocy. Przy mniejszej mocy pieca i zasilaniu z sieci wysokiego napięcia 6 lub 10 kV można zrezygnować z baluna, jeżeli wahania napięcia przy włączaniu i wyłączaniu pieca mieszczą się w dopuszczalnych granicach.

na ryc. 2 przedstawia obwód zasilania pieca indukcyjnego o częstotliwości indukcyjnej.Piece wyposażone są w regulatory trybu elektrycznego ARIR, które w określonych granicach zapewniają utrzymanie napięcia, mocy Pp i cosfi poprzez zmianę liczby stopni napięciowych transformatora mocy oraz dołączenie dodatkowych sekcji baterii kondensatorów. Regulatory i przyrządy znajdują się w szafach sterowniczych.

Ryż. 2. Obwód elektryczny indukcyjnego pieca tyglowego z transformatora mocy z urządzeniem równoważącym i regulatorami pracy pieca: PSN — przełącznik krokowy napięcia, C — pojemność wyrównawcza, L — dławik balunowy, C-St — bateria kondensatorów kompensacyjnych, I — wzbudnik pieca , ARIS — regulator urządzenia balansującego, ARIR — regulator trybu, 1K — NK — styczniki kontroli pojemności baterii, TT1, TT2 — przekładniki prądowe.

na ryc. 3 przedstawia schemat ideowy zasilania indukcyjnych pieców tyglowych z przetwornicy maszynowej średniej częstotliwości. Piece wyposażone są w automatyczne regulatory pracy elektrycznej, system alarmowy „połknięcia” tygla (dla pieców wysokotemperaturowych), a także alarm naruszenia chłodzenia elementów instalacji chłodzonych wodą.

Ryż. 3.Obwód elektryczny indukcyjnego pieca tyglowego z maszynowej przetwornicy średniej częstotliwości ze schematem strukturalnym automatycznej regulacji trybu topienia: M — silnik napędowy, G — generator średniej częstotliwości, 1K — NK — rozruszniki magnetyczne, TI — przekładnik napięciowy, TT — przekładnik prądowy, IP — piec indukcyjny, C — kondensatory, DF — czujnik fazy, PU — wyłącznik, UVR — wzmacniacz regulatora fazy, 1KL, 2KL — styczniki liniowe, BS — jednostka porównawcza, BZ — blok zabezpieczający, OB — cewka wzbudzenia, RN — regulator napięcia.

Schemat hartowni indukcyjnej

na ryc. 4 przedstawia schemat ideowy zasilania hartownicy indukcyjnej z przetwornicy częstotliwości maszyny. Oprócz zasilacza MG obwód zawiera stycznik mocy K, transformator gaszący TZ, na którego uzwojeniu wtórnym znajduje się cewka indukcyjna I, grupa kondensatorów kompensacyjnych CK, przekładniki napięciowe i prądowe TN i 1TT, 2TT, pomiar przyrządy (woltomierz V, watomierz W , fazor) oraz amperomierze prądu generatora i prądu wzbudzenia, a także przekaźniki nadprądowe 1RM, 2RM do zabezpieczenia zasilacza przed zwarciem i przeciążeniem.

Ryż. 4. Schemat ideowy jednostki hartowania indukcyjnego: M — silnik napędowy, G — generator, VT, TT — przekładniki napięciowe i prądowe, K — stycznik, 1PM, 2PM, ЗРМ — przekaźnik prądowy, Pk — ogranicznik, A, V , W — przyrządy pomiarowe, ТЗ — transformator gaszący, ОВГ — cewka wzbudzenia generatora, РП — rezystor rozładowujący, РВ — styki przekaźnika wzbudzenia, PC — rezystancja regulowana.

Do zasilania starych instalacji indukcyjnych do obróbki cieplnej części stosuje się przetwornice częstotliwości maszyn elektrycznych - silnik napędowy typu synchronicznego lub asynchronicznego oraz generator średniej częstotliwości typu indukcyjnego, w nowych instalacjach indukcyjnych - statyczne przetwornice częstotliwości.

Schemat przemysłowej tyrystorowej przetwornicy częstotliwości do zasilania jednostki do utwardzania indukcyjnego pokazano na ryc. 5. Obwód tyrystorowej przetwornicy częstotliwości składa się z prostownika, bloku dławikowego, przetwornicy (falownika), obwodów sterujących i bloków pomocniczych (dławiki, wymienniki ciepła itp.). Zgodnie z metodą wzbudzenia falowniki są wykonane z niezależnym wzbudzeniem (z głównego generatora) iz samowzbudzeniem.

Przetwornice tyrystorowe mogą pracować stabilnie zarówno przy zmianie częstotliwości w szerokim zakresie (z samoregulującym się obwodem oscylacyjnym zgodnie ze zmieniającymi się parametrami obciążenia), jak i przy stałej częstotliwości przy szerokim zakresie zmian parametrów obciążenia na skutek zmiany rezystancja czynna nagrzanego metalu i jego właściwości magnetyczne (dla części ferromagnetycznych).

Ryż. 5. Schemat ideowy obwodów mocy przekształtnika tyrystorowego typu TFC -800-1: L — dławik wygładzający, BP — blok rozruchowy, VA — wyłącznik.

Zaletami przetwornic tyrystorowych jest brak mas wirujących, małe obciążenie podstawy i niewielki wpływ współczynnika mocy na obniżenie sprawności, sprawność wynosi 92 - 94% przy pełnym obciążeniu, a przy 0,25 spada tylko o 1 - 2%.Ponadto, ponieważ częstotliwość można łatwo zmieniać w pewnym zakresie, nie ma potrzeby dostosowywania pojemności w celu skompensowania mocy biernej obwodu oscylacyjnego.