تتعلق دراسة الحالة هذه بفرن صهر بالحث متوسط التردد، طراز WDL-KGPS-500، بسعة اسمية 0.5 طن وسعة قصوى 0.6 طن، مصمم لتطبيقات صهر الألمنيوم. تستخدم المعدات التسخين بالحث متوسط التردد وهي مجهزة بنظام إمالة هيدروليكي لتفريغ الألمنيوم المصهور.
أبرز ميزة تكوين لهذه المعدات هي نظام توافق الشبكة الخاص بها: يتم تغذية جانب إمداد الطاقة بجهد 440 فولت / 3 مراحل / 60 هرتز، بينما يحدد جهد دخل إمداد الطاقة متوسط التردد بـ 380 فولت. هذا يعني أن المعدات مخصصة لمناطق شبكة 60 هرتز (مثل كوريا الجنوبية، وأجزاء من أمريكا الوسطى والجنوبية، والشرق الأوسط)، وتتطلب محولًا أو وحدة تكييف جهد إما داخل أو خارج خزانة إمداد الطاقة لخفض جهد الشبكة 440 فولت إلى 380 فولت قبل تغذية إمداد الطاقة متوسط التردد. هذا التكييف المزدوج لكل من الجهد والتردد هو معلمة يجب تأكيدها مسبقًا أثناء مرحلة التصميم الكهربائي لمشاريع التصدير.
يعتمد نظام إمداد الطاقة على إمداد الطاقة متوسط التردد القائم على الثايرستور KGPS، بقدرة اسمية 400 كيلوواط، وجهد خرج متوسط التردد 2400 فولت، وتردد خرج 1000 هرتز. يتجاوز معامل القدرة 0.9، ومعدل نجاح بدء التشغيل 100%. قسم المقوم هو جسر ثلاثي المراحل كامل التحكم مع هيكل مقوم بست نبضات ثلاثي المراحل وعاكس متصل بالتوازي.
تستخدم دائرة التحكم بنية لوحة دوائر رقمية من الجيل الثامن، تتميز بتكيف واسع النطاق للتردد، وتحكم ثابت في الطاقة، وبدء تشغيل ناعم بدون ضغط بتردد متذبذب، وتغذية راجعة مزدوجة مغلقة للجهد والتيار. يعني بدء التشغيل بدون ضغط بتردد متذبذب أن النظام يقوم بمسح الترددات تلقائيًا أثناء بدء التشغيل، وإنشاء تذبذب متوسط التردد عند العثور على نقطة رنين الحمل - مما يتجنب الحساسية لتغيرات معلمات الحمل المتأصلة في طرق بدء التشغيل ذات الإثارة المنفصلة.
يشمل نظام الحماية ظروف التيار الزائد، والجهد الزائد، والتيار المنخفض، والجهد المنخفض، وفقدان الماء، وفقدان الطور. عندما يتجاوز أي معلمة حماية الحد المحدد، يقوم النظام تلقائيًا بحظر خرج النبض وفصل طاقة الدائرة الرئيسية. تتضمن لوحة خزانة إمداد الطاقة قراءات كاملة للجهد والتيار والطاقة بالإضافة إلى مؤشرات حالة التشغيل.
توفر خزانة المكثفات تعويضًا متوازيًا متوسط التردد، مما يقلل من خسائر نقل الطاقة التفاعلية على خطوط التوزيع. يتم مطابقة سعة بنك المكثفات مع التردد الرنيني لملف الحث، مما يضمن التشغيل بالقرب من نقطة الرنين في ظل الظروف الاسمية.
ملف الحث هو المكون الأساسي لتحويل الطاقة، مصنوع من نحاس T2/TU1 بسماكة جدار 4 مم. عند تنشيطه، يولد الملف مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا بتردد 1000 هرتز يحث تيارات دوامية في الشحنة المعدنية داخل بوتقة الفرن، مما يولد حرارة. يعتمد تصميم الملف على مبادئ المجال الكهرومغناطيسي ويتم التحقق منه من خلال برامج كمبيوتر مخصصة، مع التحكم في الانحراف بين طاقة التشغيل الفعلية وطاقة التصميم في حدود 5%.
يتم معالجة العزل بين اللفات باستخدام تقنيات عزل متقدمة، مع تقنية تثبيت مخصصة تقلل من الاهتزاز المحوري للملف. يتم رش الجدار الداخلي للملف بمواد عازلة مستوردة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، ويتم تركيب نظام إنذار تسرب بطانة الفرن - عندما يتسرب الألمنيوم المصهور إلى طبقة الملف، يكتشف النظام ذلك مبكرًا ويشير إلى الحالة، مما يمنع حوادث اختراق الفرن. يتم تطبيق طلاء مقاوم للحريق بسماكة 10 إلى 15 مم على السطح الداخلي للملف، مما يخدم كلاً من تسهيل بناء بطانة الفرن ومنع التشوه الحراري للبطانة.
تتميز النيرات المغناطيسية بتصميم مقطع هلالي، مصفحة من صفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على البارد ومثبتة بمشابك من الفولاذ المقاوم للصدأ. سطح التلامس بين النير والسطح الخارجي للملف منحني، مما يوفر تلامسًا سطحيًا بدلاً من تلامس خطي، مما يحقق كفاءة تثبيت أفضل ويقلل من تسرب التدفق المغناطيسي. يتم تقوية صفائح فولاذ السيليكون بمشابك مخصصة بدلاً من البراغي، مما يزيد من المساحة المغناطيسية الفعالة ويقلل من التسخين الموضعي. تقوم النيرات المغناطيسية في نفس الوقت بحجب تسرب التدفق المغناطيسي، ومنع تسخين جسم الفرن، ودعم وتثبيت ملف الحث.
يتم تشغيل إمالة الفرن بواسطة نظام هيدروليكي مع اسطوانتين مرتبتين على جانبي جسم الفرن للرفع، مع إنجاز عودة الفرن بالجاذبية. تم تجهيز المحطة الهيدروليكية بمحركات مزدوجة ومضخات مزدوجة - واحدة قيد الخدمة والأخرى في وضع الاستعداد، مع قدرة تبديل تلقائي. خزان الوقود مغلق بالكامل وملحوم لمنع تسرب الزيت الهيدروليكي.
نطاق زاوية الإمالة من 0 إلى 95 درجة، مع تشغيل سلس بدون صدمات أو زحف، وسرعة قابلة للتعديل، والقدرة على التثبيت في أي موضع. يتم التحكم في عملية الإمالة عبر صمامات يدوية، وهي مناسبة لعمليات الصب التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في حجم صب الألمنيوم المصهور.
تفصيل تكوين لهذه المعدات هو أنها توفر قالب بوتقة بدلاً من بوتقة جرافيت جاهزة. يتكون قالب البوتقة من لوح حديد بسمك 3 مم ويستخدم للتحكم في شكل وحجم موضع البطانة المقاومة للحرارة أثناء التشكيل. يجب على المستخدم اختيار مادة البطانة وطريقة الرص/التلبيد وفقًا للمعدن المحدد الذي يتم صهره وعملية الصب - وهو اختلاف على مستوى تشغيل المستخدم مقارنة بالحلول التي توفر بوتقات جرافيت جاهزة مباشرة. تضمن وظيفة تحديد الموضع لقالب البوتقة الاتساق الأبعادي لتجويف البطانة، وبالتالي الحفاظ على مسافة الاقتران بين بوتقة الفرن وملف الحث ثابتة ضمن نطاق التصميم.
تتكون الكابلات المبردة بالماء من سلك نحاسي خالٍ من الأكسجين متعدد الخيوط من نوع TU1، مغلف بأنبوب مطاطي مقاوم للحريق عالي القوة، مع موصلات مشكلة على البارد تضمن مقاومة التلامس وقوة الشد. يتطلب جانب إمداد الطاقة معدل تدفق مياه تبريد لا يقل عن 8 متر مكعب / ساعة، بينما يتطلب جانب جسم الفرن لا يقل عن 12 متر مكعب / ساعة. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة مياه الخرج في جانب إمداد الطاقة 35 درجة مئوية، وفي جانب جسم الفرن 45 درجة مئوية، مع الحفاظ على ضغط مياه الدخل بين 0.15 و 0.35 ميجا باسكال.
يستخدم نظام تبريد المياه طريقة تبريد مغلقة بالكامل بالدوران باستخدام الماء المقطر كوسيط دوران. الميزة الأساسية لدوران الماء المقطر تكمن في تجنب تلف التسخين الزائد لإمداد الطاقة، والثايرستورات، والمكثفات، ووحدات IGBT، وملف الحث الناتج عن ترسب القشور؛ بالإضافة إلى ذلك، لا يحتوي الماء المقطر على مكونات موصلة أيونية، لذلك لن تتضرر مكونات التبريد بسبب التحليل الكهربائي. لا يتطلب النظام بركة مياه أو برج تبريد، ويشغل مساحة أرضية دنيا، ويستهلك كمية قليلة من مياه التعبئة.
يتكون نظام التبريد من ثلاثة أجزاء: الماكينة الرئيسية، خزان المياه، وصندوق التحكم. تشمل الماكينة الرئيسية الغلاف، والمبرد النحاسي، ونظام العادم، ونظام الرش، وفاصل المياه، وحلقة التجميع، ومضخة الرش. يشمل خزان المياه المضخة الرئيسية (واحدة قيد الخدمة، وواحدة في وضع الاستعداد)، وخزان مياه من الفولاذ المقاوم للصدأ، وخزانة كهربائية، ونظام التحكم في درجة الحرارة، ونظام التحكم في الضغط. يتيح صندوق التحكم التشغيل عن بعد لنظام تبريد المياه، وعرض درجة حرارة المياه، والسماح بإعداد التشغيل المتأخر بعد ساعات العمل.
تتعلق دراسة الحالة هذه بفرن صهر بالحث متوسط التردد، طراز WDL-KGPS-500، بسعة اسمية 0.5 طن وسعة قصوى 0.6 طن، مصمم لتطبيقات صهر الألمنيوم. تستخدم المعدات التسخين بالحث متوسط التردد وهي مجهزة بنظام إمالة هيدروليكي لتفريغ الألمنيوم المصهور.
أبرز ميزة تكوين لهذه المعدات هي نظام توافق الشبكة الخاص بها: يتم تغذية جانب إمداد الطاقة بجهد 440 فولت / 3 مراحل / 60 هرتز، بينما يحدد جهد دخل إمداد الطاقة متوسط التردد بـ 380 فولت. هذا يعني أن المعدات مخصصة لمناطق شبكة 60 هرتز (مثل كوريا الجنوبية، وأجزاء من أمريكا الوسطى والجنوبية، والشرق الأوسط)، وتتطلب محولًا أو وحدة تكييف جهد إما داخل أو خارج خزانة إمداد الطاقة لخفض جهد الشبكة 440 فولت إلى 380 فولت قبل تغذية إمداد الطاقة متوسط التردد. هذا التكييف المزدوج لكل من الجهد والتردد هو معلمة يجب تأكيدها مسبقًا أثناء مرحلة التصميم الكهربائي لمشاريع التصدير.
يعتمد نظام إمداد الطاقة على إمداد الطاقة متوسط التردد القائم على الثايرستور KGPS، بقدرة اسمية 400 كيلوواط، وجهد خرج متوسط التردد 2400 فولت، وتردد خرج 1000 هرتز. يتجاوز معامل القدرة 0.9، ومعدل نجاح بدء التشغيل 100%. قسم المقوم هو جسر ثلاثي المراحل كامل التحكم مع هيكل مقوم بست نبضات ثلاثي المراحل وعاكس متصل بالتوازي.
تستخدم دائرة التحكم بنية لوحة دوائر رقمية من الجيل الثامن، تتميز بتكيف واسع النطاق للتردد، وتحكم ثابت في الطاقة، وبدء تشغيل ناعم بدون ضغط بتردد متذبذب، وتغذية راجعة مزدوجة مغلقة للجهد والتيار. يعني بدء التشغيل بدون ضغط بتردد متذبذب أن النظام يقوم بمسح الترددات تلقائيًا أثناء بدء التشغيل، وإنشاء تذبذب متوسط التردد عند العثور على نقطة رنين الحمل - مما يتجنب الحساسية لتغيرات معلمات الحمل المتأصلة في طرق بدء التشغيل ذات الإثارة المنفصلة.
يشمل نظام الحماية ظروف التيار الزائد، والجهد الزائد، والتيار المنخفض، والجهد المنخفض، وفقدان الماء، وفقدان الطور. عندما يتجاوز أي معلمة حماية الحد المحدد، يقوم النظام تلقائيًا بحظر خرج النبض وفصل طاقة الدائرة الرئيسية. تتضمن لوحة خزانة إمداد الطاقة قراءات كاملة للجهد والتيار والطاقة بالإضافة إلى مؤشرات حالة التشغيل.
توفر خزانة المكثفات تعويضًا متوازيًا متوسط التردد، مما يقلل من خسائر نقل الطاقة التفاعلية على خطوط التوزيع. يتم مطابقة سعة بنك المكثفات مع التردد الرنيني لملف الحث، مما يضمن التشغيل بالقرب من نقطة الرنين في ظل الظروف الاسمية.
ملف الحث هو المكون الأساسي لتحويل الطاقة، مصنوع من نحاس T2/TU1 بسماكة جدار 4 مم. عند تنشيطه، يولد الملف مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا بتردد 1000 هرتز يحث تيارات دوامية في الشحنة المعدنية داخل بوتقة الفرن، مما يولد حرارة. يعتمد تصميم الملف على مبادئ المجال الكهرومغناطيسي ويتم التحقق منه من خلال برامج كمبيوتر مخصصة، مع التحكم في الانحراف بين طاقة التشغيل الفعلية وطاقة التصميم في حدود 5%.
يتم معالجة العزل بين اللفات باستخدام تقنيات عزل متقدمة، مع تقنية تثبيت مخصصة تقلل من الاهتزاز المحوري للملف. يتم رش الجدار الداخلي للملف بمواد عازلة مستوردة مقاومة لدرجات الحرارة العالية، ويتم تركيب نظام إنذار تسرب بطانة الفرن - عندما يتسرب الألمنيوم المصهور إلى طبقة الملف، يكتشف النظام ذلك مبكرًا ويشير إلى الحالة، مما يمنع حوادث اختراق الفرن. يتم تطبيق طلاء مقاوم للحريق بسماكة 10 إلى 15 مم على السطح الداخلي للملف، مما يخدم كلاً من تسهيل بناء بطانة الفرن ومنع التشوه الحراري للبطانة.
تتميز النيرات المغناطيسية بتصميم مقطع هلالي، مصفحة من صفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على البارد ومثبتة بمشابك من الفولاذ المقاوم للصدأ. سطح التلامس بين النير والسطح الخارجي للملف منحني، مما يوفر تلامسًا سطحيًا بدلاً من تلامس خطي، مما يحقق كفاءة تثبيت أفضل ويقلل من تسرب التدفق المغناطيسي. يتم تقوية صفائح فولاذ السيليكون بمشابك مخصصة بدلاً من البراغي، مما يزيد من المساحة المغناطيسية الفعالة ويقلل من التسخين الموضعي. تقوم النيرات المغناطيسية في نفس الوقت بحجب تسرب التدفق المغناطيسي، ومنع تسخين جسم الفرن، ودعم وتثبيت ملف الحث.
يتم تشغيل إمالة الفرن بواسطة نظام هيدروليكي مع اسطوانتين مرتبتين على جانبي جسم الفرن للرفع، مع إنجاز عودة الفرن بالجاذبية. تم تجهيز المحطة الهيدروليكية بمحركات مزدوجة ومضخات مزدوجة - واحدة قيد الخدمة والأخرى في وضع الاستعداد، مع قدرة تبديل تلقائي. خزان الوقود مغلق بالكامل وملحوم لمنع تسرب الزيت الهيدروليكي.
نطاق زاوية الإمالة من 0 إلى 95 درجة، مع تشغيل سلس بدون صدمات أو زحف، وسرعة قابلة للتعديل، والقدرة على التثبيت في أي موضع. يتم التحكم في عملية الإمالة عبر صمامات يدوية، وهي مناسبة لعمليات الصب التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في حجم صب الألمنيوم المصهور.
تفصيل تكوين لهذه المعدات هو أنها توفر قالب بوتقة بدلاً من بوتقة جرافيت جاهزة. يتكون قالب البوتقة من لوح حديد بسمك 3 مم ويستخدم للتحكم في شكل وحجم موضع البطانة المقاومة للحرارة أثناء التشكيل. يجب على المستخدم اختيار مادة البطانة وطريقة الرص/التلبيد وفقًا للمعدن المحدد الذي يتم صهره وعملية الصب - وهو اختلاف على مستوى تشغيل المستخدم مقارنة بالحلول التي توفر بوتقات جرافيت جاهزة مباشرة. تضمن وظيفة تحديد الموضع لقالب البوتقة الاتساق الأبعادي لتجويف البطانة، وبالتالي الحفاظ على مسافة الاقتران بين بوتقة الفرن وملف الحث ثابتة ضمن نطاق التصميم.
تتكون الكابلات المبردة بالماء من سلك نحاسي خالٍ من الأكسجين متعدد الخيوط من نوع TU1، مغلف بأنبوب مطاطي مقاوم للحريق عالي القوة، مع موصلات مشكلة على البارد تضمن مقاومة التلامس وقوة الشد. يتطلب جانب إمداد الطاقة معدل تدفق مياه تبريد لا يقل عن 8 متر مكعب / ساعة، بينما يتطلب جانب جسم الفرن لا يقل عن 12 متر مكعب / ساعة. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة مياه الخرج في جانب إمداد الطاقة 35 درجة مئوية، وفي جانب جسم الفرن 45 درجة مئوية، مع الحفاظ على ضغط مياه الدخل بين 0.15 و 0.35 ميجا باسكال.
يستخدم نظام تبريد المياه طريقة تبريد مغلقة بالكامل بالدوران باستخدام الماء المقطر كوسيط دوران. الميزة الأساسية لدوران الماء المقطر تكمن في تجنب تلف التسخين الزائد لإمداد الطاقة، والثايرستورات، والمكثفات، ووحدات IGBT، وملف الحث الناتج عن ترسب القشور؛ بالإضافة إلى ذلك، لا يحتوي الماء المقطر على مكونات موصلة أيونية، لذلك لن تتضرر مكونات التبريد بسبب التحليل الكهربائي. لا يتطلب النظام بركة مياه أو برج تبريد، ويشغل مساحة أرضية دنيا، ويستهلك كمية قليلة من مياه التعبئة.
يتكون نظام التبريد من ثلاثة أجزاء: الماكينة الرئيسية، خزان المياه، وصندوق التحكم. تشمل الماكينة الرئيسية الغلاف، والمبرد النحاسي، ونظام العادم، ونظام الرش، وفاصل المياه، وحلقة التجميع، ومضخة الرش. يشمل خزان المياه المضخة الرئيسية (واحدة قيد الخدمة، وواحدة في وضع الاستعداد)، وخزان مياه من الفولاذ المقاوم للصدأ، وخزانة كهربائية، ونظام التحكم في درجة الحرارة، ونظام التحكم في الضغط. يتيح صندوق التحكم التشغيل عن بعد لنظام تبريد المياه، وعرض درجة حرارة المياه، والسماح بإعداد التشغيل المتأخر بعد ساعات العمل.
