برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

كوره های القایی

 کوره القایی یکی از ابزارهای گرمایشی بدون تماس مواد است. در این کوره ها از جریان با فرکانس بالا برای گرم کردن مواد هادی الکتریکی استفاده می شود. از آنجا که این روش بدون تماس است، لذا باعث آلودگی یا ایجاد ناخالصی در بار نمی شود. در طراحی سیستم اینورتر رزونانس موازی برای تغدیه کوره های القایی، انتخاب مناسب خازن برای مدار رزونانس بسیار مهم است. انتخاب این خازن بر فرکانس رزونانس، توان خروجی ، ضریب قدرت، ضریب کیفیت و کارایی کوره اثر دارد. در این مقاله علاوه بر مدل سازی دقیق اینورتر و یکسوساز، روش مناسبی برای انتخاب مقدار بهینه خازن ارائه می شود؛ به گونه ای که علی رغم محدودیت ولتاژ اجباری موجود، بیشینه توان خروجی کوره و حداقل توان تلف شده در خازن حاصل شود. همچنین نقش مقاومت معادل سری خازن در انتخاب خازن بررسی می شود. در نهایت برای اجرای الگوریتم پیشنهادی، با تعیین خازن بهینه برای کوره ذوب، مدل کامل کوره و سیستم تغذیه آن شبیه سازی و اثر مقدار خازن پیشنهادی ارزیابی می شود.

كوره های القایی در مقایسه با كوره های سوخت فسیلی دارای مزایای فراوانی از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و تلفات گرمایی كمتر و ... است . همچنین در كوره هایی كه در آنها از روشهای دیگر ، غیر القاء استفاده می شود ، اندازه كوره بسیار بزرگ بوده و در زمان راه اندازی و خاموش كردن آنها طولانی است .

عبور جریان از یك سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ ، اساس كار كوره های القایی را تشكیل می دهد . در این كوره ها از حرارت ایجاد شده توسط تلفات فوكو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا هرگونه عملیات حرارتی استفاده می شود .

نخستین كوره القایی كه مورد بهره برداری قرار گرفت از شبكه اصلی قدرت تغذیه میشد و هیچگونه تبدیل فركانسی صورت نمی گرفت . با توجه به اینكه افزایش فركانس تغذیه كوره موجب كاهش ابعاد آن و بالا رفتن توان (تلفات) می شود ، برای رسیدن به این هدف ، در ابتدا منابع تغذیه موتور ژنراتوری مورد استفاده واقع گردید .

هر چند با این منابع می توان فركانس را تا حدودی بالا برد ، ولی محدودیت فركانس و عدم قابلیت تغییر آن و در نهایت عدم تطبیق سیستم تغذیه با كوره ، دو عیب اساسی این سیستمها به شمار میرفت . با توجه به این معایب ورود عناصر نیمه هادی به حیطه صنعت موجب گردید منابع تغذیه استاتیك جایگزین منابع قبلی شوند .

در سال 1831 میلادی مایكل فارادی (Faraday) با ارائه این مطلب كه اگر از سیم پیچ اولیه ای جریان متغیری عبور كند ، در سیم پیچ ثانویه مجاورش نیز جریان القاء میشود ، تئوری گرمایش القایی را بنا نهاد . علت اصلی این پدیده القاء ، تغییرات شار در مدار بسته ثانویه است كه از جریان متناوب اولیه ناشی میشود . نزدیك به یكصد سال این اصل در موتورها، ژنراتورها ، ترانسفورماتور ها ، وسایل ارتباط رادیویی و ... بكار گرفته می شد و هر اثر گرمایی در مدارهای مغناطیسی به عنوان یك عنصر نا مطلوب شناخته می شد .

در راستای مقابله با اثرات حرارتی در مدارهای مغناطیسی و الكتریكی از سوی مهندسین گامهای موثری برداشته شد . آنها توانستند با مورق نمودن هستهِ مغناطیسی موتورها و ترانسفورماتورها ، جریان فوكو(Eddy Current) را كه عامل تلفات حرارتی بود مینیمم نمایند .

به دنبال آزمایشات فارادی ، قوانین متعددی پیشنهاد شد . قوانین لنز (Lenz) و نیومن (Neuman) نشان دادند كه جریان القاء‌ شده با شار القایی مخالفت كرده و به طور مستقیم با فركتنس متناسب می باشد . فوكو (Focault) در سال 1863 در مقاله ای تحت عنوان "القاء جریان در هسته" (The Induction Of Current in Cores) كه توسط هویساید (Heviside) منتشر گردید نظریه ای راجع به جریان فوكو ارائه داد و در رابطه با انتقال انرژی از یك كویل به یك هسته توپر بحث نمود . علاوه بر افراد فوق ، تامسون (Thomson) نیز در ارائه نظریه گرمایش از طریق القاء سهم بسزایی داشت .

در اواخر قرن نوزدهم استفاده از تلفات فوكو و هیسترزیس به عنوان منبع گرمایش القائی از طرف مهندسین مطرح شد . همچنین در اوایل قرن اخیر در كشورهای فرانسه ، سوئد و ایتالیا بر اساس استفاده از خازنهای جبران كننده توان راكتیو پیشنهاداتی برای كوره های القایی بدون هسته ارائه شد . در این پیشنهادات بیشتر ذوب فلزات در فركانسهای میانی مورد نظر بود .

دكتر نورث روپ (Northrup) ایده كوره با فركانس میانی را برای موارد صنعتی گسترش داد . در روزهای نخستین ، بر اثر نبود امكانات از جمله خازنهای با ظرفیت كافی و قابل اطمینان ، توسعه و پیشرفت متوقف شد . بعدها در سال 1927 كمپانی كوره های الكتریكی (Electrical Furnace CO. [EFCO.]) نخستین كوره الكتریكی با فركانس میانی را در شفیلد انگلستان و به منظور آهنگری و گرمادهی موضعی فلزات جهت اتصال به یكدیگر ، نصب كرد .

بعد از این ، تعداد و اندازه این كوره ها رو به افزایش گذاشته است . لازم به ذكر است كه مزیتهای دیگر كوره های القایی همچون دقت زیاد برای گرم كردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحی سطحی در طی پیشرفتهای بعدی ( در سالهای جنگ جهانی دوم ) بیشتر آشكار شد . در گرمایش القایی عدم نیاز به منبع خارجی گرم كننده ، تلفات گرمایی كمتر شده و تمیزی شرایط كار تامین میگردد . در این روش همچنین نیازی به تماس فیزیكی بار و كویل نبوده و علاوه بر این چگالی توان بالا در مدت زمان گرمایش كم به آسانی قابل دسترس می باشد .

در ابتدا كوره های القایی مستقیماً از شبكه قدرت تغذیه می شدند كه بنوبه خود گام موفقی در استفاده از توان الكتریكی جهت عملیات حرارتی بحساب میآمد .

از آنجائیكه تلفات فوكو و هیسترزیس با فركانس نسبت مستقیم دارند و اینكه ابعاد كویل كوره با بالا رفتن فركانس كاهش می یابد ، مهندسین به فكر تغذیه كوره در فركانسهای بالاتر از فركانس شبكه قدرت افتادند . اولین قدم در این راه استفاده از فركانسهای دو برابر و سه برابر كه از هارمونیكهای دوم و سوم بدست می آمدند ، بود .

این هارمونیكها بر خلاف طبیعت مخرب خود در این نوع كاربرد سودمند تشخیص داده شدند . پائین بودن راندمان در استفاده از هارمونیكهای فوق موجب گردید طراحان روش دیگری را مورد استفاده قرار دهند در این مرحله سیستم موتورـژنراتور توسعه یافت كه با استفاده از این سیستم توانستند فركانس تغذیه را تا صدها هرتز افزایش دهند . در كوره های القایی افزایش فركانس باعث كاهش عمق نفوذ جریان القایی میگردد لذا در عملیات حرارتی سطحی كه سختكاری سطح فلز ، مورد نظر می باشد از كوره های القایی با فركانس بالا استفاده می شود .

با ورود عناصر نیمه هادی مانند تریستورها ، ترانزیستورها و موسفت ها به حیطه صنعت محدودیت فركانس و عدم تغییر آن ، در تغذیه كوره ها مرتفع شد .



از لحاظ سیستم قدرت میتوان سیستمهای القایی را به چهار دسته اساسی تقسیم نمود :

الف ) سیستمهای منبع (Supply Systems)در این سیستمها كه فركانس كار آنها بین 50 تا 60 هرتز و 150 تا 540 هرتز می باشد احتیاجی به تبدیل فركانس نیست و با توجه به فركانس كار ،‌ عمق نفوذ جریان زیاد بوده و حدود 10 تا 100 میلیمتر می باشد . همچنین مقدار توان لازم تا حدود چندین صد مگا وات نیز میرسد .

ب ) سیستمهای موتورـژنراتور (Motor-Generator Systems)

فركانس این سیستمها از 500 هرتز تا 10 كیلو هرتز می باشد . در این سیستمها تبدیل فركانس لازم بوده و این عمل بوسیله ژنراتورهای كوپل شده با موتورهای القایی صورت می پذیرد . همچنین در این سیستمها توان به وسیله ماشینهای 500 كیلو وات تامین میگردد و برای بدست آوردن توانهای بالاتر ،‌ از سری كردن ماشینها استفاده میشود . عمق نفوذ در این سیستمها به خاطر بالاتر بودن فركانس نسبت به سیستمها منبع ، كمتر بوده و در حدود 1 تا 10 میلیمتر است .

ج ) سیستمهای مبدل نیمه هادی (Solid-State Converter Systems)

در این سیستمها فركانس در محدوده HZ 500 تا KHZ 100 بوده و تبدیل فركانس به طرق گوناگونی صورت میپذیرد . در این سیستمها از سوئیچهای نیمه هادی استفاده میشود و توان مبدل بستگی به نوع كاربرد آن تا حدود MW 2 میتواند برسد .

د ) سیستمهای فركانس رادیویی (Radio-Frequency System) فركانس كار در این سیستم در محدوده KHZ 100 تا MHZ 10 می باشد . از این سیستمها برای عمق نفوذ جریان بسیار سطحی، در حدود 1/0 تا 2 میلیمتر استفاده می گردد و در آن از روش گرمایی متمركز با سرعت تولید بالا استفاده میگردد

http://spowpowerplant.blogfa.com/post-859.aspx

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :