Requisitos de alimentación eléctrica fundamentales para hornos de fusión de alta frecuencia

La fuente de alimentación para un horno de fusión de alta frecuencia (a menudo llamada "Fuente de Alimentación de Frecuencia Media" o "Fuente de Alimentación de Conversión de Frecuencia") no es solo una simple unidad de potencia, sino un sistema completo de conversión y control de energía eléctrica. Sus requisitos se pueden resumir en las siguientes áreas clave:

1. Requisitos de Potencia y Capacidad

• Potencia Nominal Suficiente: La potencia nominal de la fuente de alimentación (kilovatios, kW) debe coincidir con la capacidad del horno (kilogramos por colada) y la velocidad de fusión requerida (kilogramos por hora).

  • Regla Empírica: Típicamente, se necesita una configuración de 300-500 kW por tonelada para una velocidad de fusión razonable. Por ejemplo, un horno de 500 kg generalmente requiere una fuente de alimentación de 150 kW a 250 kW.

  • Potencia Insuficiente conduce a velocidades de fusión muy lentas, baja eficiencia de producción y mayor consumo de energía por unidad.

• Capacidad de Regulación de Potencia: La fuente de alimentación debe tener un amplio rango y una funcionalidad de regulación de potencia suave.

  • Fase de Arranque: Se necesita menos potencia para evitar el impacto excesivo de la fuerza electromagnética en la carga fría y para proteger el revestimiento del horno.

  • Fase de Fusión: Funcionamiento a plena potencia para una fusión rápida.

  • Fase de Mantenimiento/Refinado: Se requiere una potencia reducida para un control preciso de la temperatura.

2. Requisitos de Frecuencia

• La Selección de Frecuencia es Crítica: La frecuencia de salida (Hertz, Hz) de la fuente de alimentación afecta directamente el "efecto de agitación" y la eficiencia térmica de la fusión.

  • Alta Frecuencia (Típicamente 1 kHz - 10 kHz):

    • Ventajas: Fuerte efecto piel, velocidad de calentamiento rápida, especialmente adecuado para hornos de pequeña capacidad (<500 kg) y la fusión de materiales de alta resistividad (por ejemplo, oro, plata, cobre, hierro-cromo-aluminio). Alta eficiencia térmica.

    • Desventajas: Fuerza de agitación electromagnética relativamente débil.

  • Frecuencia Media (Típicamente 150 Hz - 1 kHz):

    • Ventajas: Fuerte fuerza de agitación electromagnética, propicia para una composición uniforme de la aleación, uniformidad de la temperatura y flotación de la escoria. Adecuado para hornos de mayor capacidad y la fusión de acero, hierro, etc.

    • Desventajas: Eficiencia de calentamiento ligeramente inferior en comparación con la alta frecuencia para tamaños de carga pequeños.

• Estabilidad de la Frecuencia: La fuente de alimentación debe mantener una frecuencia de salida estable durante los cambios en la carga (carga del horno) para garantizar condiciones resonantes continuas y una transferencia de energía eficiente.

3. Requisitos de Calidad y Eficiencia de la Energía

• Alta Eficiencia de Conversión de Potencia: La eficiencia de conversión intrínseca (CA → CC → CA) de la propia fuente de alimentación debe ser lo más alta posible (típicamente >95%) para reducir la pérdida de energía durante el funcionamiento.

• Alto Factor de Potencia: Las fuentes de alimentación de alta frecuencia modernas utilizan comúnmente compensación de capacitores para garantizar que el factor de potencia del sistema permanezca por encima de 0.95. Esto no solo reduce las pérdidas de potencia reactiva y disminuye la carga de la línea, sino que también evita las penalizaciones de la compañía de suministro de energía.

• Baja Contaminación Armónica: Los circuitos rectificadores que utilizan Rectificadores Controlados de Silicio (SCR) o IGBT generan armónicos, que se retroalimentan a la red y pueden afectar a otros equipos. Las fuentes de alimentación de alta calidad deben estar equipadas con dispositivos de filtro de entrada o utilizar tecnologías como la rectificación de 12 pulsos/24 pulsos para cumplir con los estrictos requisitos de la red para la distorsión armónica (THD), como el cumplimiento de las normas IEEE 519.

4. Requisitos de Estabilidad y Protección

• Fuerte Adaptabilidad a la Carga: Durante el proceso de fusión, la forma, el estado y las características electromagnéticas de la carga cambian constantemente. La fuente de alimentación debe rastrear y mantener automáticamente el estado resonante del circuito de carga para garantizar una salida de potencia estable.

• Sistema de Protección Integral: La fuente de alimentación debe tener múltiples funciones de protección, que son la piedra angular de la operación segura. Estos incluyen:

  • Protección contra Sobrecorriente: Evita daños a los componentes de potencia debido a cortocircuitos o sobrecargas.

  • Protección contra Sobrevoltaje: Protege contra las fluctuaciones de la red o sobretensiones operativas.

  • Protección contra Pérdida de Fase: Evita que la fuente de alimentación funcione con una fase faltante.

  • Protección contra Presión/Temperatura del Agua: Interconectado con el sistema de refrigeración para garantizar que los componentes clave como los IGBT, los capacitores y las bobinas no se dañen por sobrecalentamiento.

  • Protección contra Cortocircuito/Circuito Abierto de Carga: Maneja condiciones de funcionamiento extremas.

5. Requisitos de Conexión a la Red

• Voltaje de Entrada: Dependiendo del nivel de potencia, las clasificaciones comunes son 380V, 660V, 10kV, etc. La fuente de alimentación debe funcionar normalmente dentro de un rango de fluctuación de voltaje de red de ±10%.

• Capacidad de la Red: La capacidad del transformador de la fábrica debe ser suficiente para soportar la alta corriente de irrupción cuando el horno de fusión arranca y funciona. De lo contrario, puede causar una fuerte caída en el voltaje de la red, afectando a otros equipos en la misma línea.

Breve Comparación de Diferentes Tipos de Fuentes de Alimentación

Lista de Verificación Práctica para Seleccionar una Fuente de Alimentación

Al seleccionar o evaluar una fuente de alimentación para su horno de fusión, considere las siguientes preguntas:

• Definir las Necesidades de Producción:

  • ¿Qué metal(es) se fundirán principalmente? ¿Cuál es su resistividad? (Determina la orientación de la frecuencia)

  • ¿Cuál es la capacidad máxima por colada? ¿Cuál es el ciclo de fusión objetivo? (Determina el tamaño de la potencia)

• Evaluar el Rendimiento de la Fuente de Alimentación:

  • ¿La potencia nominal y el rango de frecuencia de salida de la fuente de alimentación satisfacen mis necesidades?

  • ¿Cuáles son la eficiencia de conversión y el factor de potencia de la fuente de alimentación? (Impacta directamente en los costos de electricidad)

  • ¿Se incluye el equipo de filtrado necesario para cumplir con los estándares armónicos de la red?

• Verificar la Protección y la Compatibilidad:

  • ¿Son completas las funciones de protección (sobrecorriente, sobrevoltaje, temperatura del agua, etc.)?

  • ¿Es la fuente de alimentación compatible con mi cuerpo de horno existente (bobina, capacitores)?

  • ¿Es la interfaz de control fácil de usar? ¿Se puede integrar fácilmente en mi sistema de producción?

• Verificar las Condiciones Externas:

  • ¿El voltaje de la red y la capacidad del transformador de mi fábrica pueden soportar el funcionamiento de esta fuente de alimentación?

  • ¿La calidad y el caudal del sistema de agua de refrigeración cumplen con los requisitos de disipación de calor de la fuente de alimentación?

Conclusión

En resumen, un horno de fusión de alta frecuencia requiere que su fuente de alimentación tenga potencia y frecuencia apropiadas, una eficiencia de conversión de potencia extremadamente alta, un rendimiento de salida estable y funciones de protección completas y confiables. Elegir una fuente de alimentación que coincida perfectamente con su proceso de producción es clave para lograr un funcionamiento eficiente, de ahorro de energía, seguro y económico. En las aplicaciones modernas, la Fuente de Alimentación de Frecuencia Media IGBT se ha convertido en la solución preferida para la mayoría de los escenarios debido a su excelente rendimiento general.