I. ภูมิหลังโครงการและข้อกำหนดอุปกรณ์

กรณีศึกษานี้เกี่ยวข้องกับเตาหลอมเหนี่ยวนำความถี่กลาง รุ่น WDL-KGPS-500 ความจุพิกัด 0.5 ตัน และความจุสูงสุด 0.6 ตัน ออกแบบมาสำหรับการหลอมอลูมิเนียม อุปกรณ์นี้ใช้การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำความถี่กลาง และติดตั้งระบบเอียงแบบไฮดรอลิกสำหรับการปล่อยอลูมิเนียมหลอมเหลว

คุณสมบัติการกำหนดค่าที่โดดเด่นที่สุดของอุปกรณ์นี้คือรูปแบบความเข้ากันได้กับกริด: ด้านแหล่งจ่ายไฟได้รับพลังงานที่ 440V/3P/60Hz ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตแหล่งจ่ายไฟความถี่กลางระบุไว้ที่ 380V ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์นี้มีไว้สำหรับภูมิภาคกริด 60Hz (เช่น เกาหลีใต้ บางส่วนของอเมริกากลางและใต้ และตะวันออกกลาง) โดยต้องใช้หม้อแปลงหรือหน่วยปรับแรงดันไฟฟ้าภายในหรือภายนอกตู้แหล่งจ่ายไฟเพื่อลดแรงดันไฟฟ้ากริด 440V ลงเหลือ 380V ก่อนที่จะป้อนแหล่งจ่ายไฟความถี่กลาง การปรับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ทั้งสองนี้เป็นพารามิเตอร์ที่ต้องยืนยันล่วงหน้าระหว่างขั้นตอนการออกแบบทางไฟฟ้าสำหรับโครงการส่งออก

II. ระบบแหล่งจ่ายไฟความถี่กลาง KGPS

ระบบแหล่งจ่ายไฟใช้แหล่งจ่ายไฟความถี่กลางแบบไทริสเตอร์ KGPS กำลังพิกัด 400 kW แรงดันไฟฟ้าขาออกความถี่กลาง 2400 โวลต์ และความถี่ขาออก 1000 Hz ตัวประกอบกำลังเกิน 0.9 และอัตราความสำเร็จในการสตาร์ท 100% ส่วนของวงจรเรียงกระแสเป็นสะพานควบคุมเต็มรูปแบบสามเฟสพร้อมโครงสร้างวงจรเรียงกระแสหกพัลส์สามเฟสและอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อแบบขนาน

วงจรควบคุมใช้สถาปัตยกรรมแผงวงจรดิจิทัลรุ่นที่แปด มีความสามารถในการปรับความถี่ได้กว้าง การควบคุมกำลังคงที่ การสตาร์ทแบบนุ่มนวลด้วยความถี่กวาดแรงดันศูนย์ และการป้อนกลับแรงดัน-กระแสแบบวงปิดคู่ การสตาร์ทแบบแรงดันศูนย์ความถี่กวาดหมายความว่าระบบจะสแกนความถี่โดยอัตโนมัติระหว่างการสตาร์ท โดยสร้างการสั่นของความถี่กลางเมื่อพบจุดเรโซแนนซ์ของโหลด – หลีกเลี่ยงความไวต่อการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์โหลดที่มีอยู่ในวิธีการสตาร์ทแบบแยกกระตุ้น

ระบบป้องกันครอบคลุมสภาวะกระแสเกิน แรงดันเกิน กระแสต่ำ แรงดันต่ำ น้ำขาด และเฟสขาด เมื่อพารามิเตอร์การป้องกันใดๆ เกินเกณฑ์ที่ตั้งไว้ ระบบจะบล็อกเอาต์พุตพัลส์โดยอัตโนมัติและตัดการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟวงจรหลัก แผงตู้แหล่งจ่ายไฟมีค่าแรงดัน กระแส และกำลังเต็มรูปแบบ พร้อมด้วยไฟแสดงสถานะการทำงาน

ตู้ตัวเก็บประจุให้การชดเชยแบบขนานความถี่กลาง ลดการสูญเสียการส่งกำลังรีแอกทีฟบนสายส่งกำลัง ความจุของแบงค์ตัวเก็บประจุจะถูกจับคู่กับความถี่เรโซแนนซ์ของขดลวดเหนี่ยวนำ เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานใกล้จุดเรโซแนนซ์ภายใต้สภาวะพิกัด

III. การออกแบบขดลวดเหนี่ยวนำและการป้องกันแกนแม่เหล็ก

ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบหลักในการแปลงพลังงาน สร้างจากทองแดง T2/TU1 ที่มีความหนาผนัง 4 มม. เมื่อมีพลังงาน ขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็กสลับ 1000 Hz ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไหลวนในประจุโลหะภายในเตาหลอม ทำให้เกิดความร้อน การออกแบบขดลวดอิงตามหลักการสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและได้รับการตรวจสอบผ่านซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์เฉพาะ โดยมีการเบี่ยงเบนระหว่างกำลังการทำงานจริงและกำลังออกแบบควบคุมภายใน 5%

ฉนวนระหว่างรอบจะถูกประมวลผลโดยใช้เทคนิคฉนวนขั้นสูง พร้อมเทคโนโลยีการจับยึดเฉพาะที่ช่วยลดการสั่นตามแนวแกนของขดลวด ผนังด้านในของขดลวดจะถูกพ่นด้วยวัสดุฉนวนทนความร้อนสูงนำเข้า และติดตั้งระบบเตือนการรั่วไหลของเตาหลอม – เมื่ออลูมิเนียมหลอมเหลวรั่วไหลเข้าสู่ชั้นขดลวด ระบบจะตรวจจับได้ตั้งแต่เนิ่นๆ และส่งสัญญาณสภาวะดังกล่าว ป้องกันไม่ให้เตาหลอมแตก เคลือบสารทนไฟหนา 10 ถึง 15 มม. จะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวด้านในของขดลวด ทำหน้าที่ทั้งอำนวยความสะดวกในการก่อสร้างผนังเตาหลอมและป้องกันการเสียรูปเนื่องจากความร้อนของผนัง

แกนแม่เหล็กมีโครงสร้างรูปเสี้ยว ลามิเนตจากแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็นและจับยึดด้วยสปลินต์สแตนเลส พื้นผิวสัมผัสระหว่างแกนและพื้นผิวด้านนอกของขดลวดจะโค้ง ทำให้เกิดการสัมผัสแบบพื้นผิวแทนการสัมผัสแบบเส้นตรง ทำให้มีประสิทธิภาพการจับยึดที่ดีขึ้นและลดการรั่วไหลของฟลักซ์แม่เหล็ก แผ่นเหล็กซิลิคอนจะเสริมความแข็งแรงด้วยสปลินต์เฉพาะแทนสลักเกลียวทะลุ ทำให้พื้นที่แม่เหล็กมีประสิทธิภาพสูงสุดและลดความร้อนเฉพาะจุด แกนแม่เหล็กจะป้องกันการรั่วไหลของฟลักซ์แม่เหล็ก ป้องกันความร้อนของตัวเตาหลอม และรองรับและยึดขดลวดเหนี่ยวนำไปพร้อมกัน

IV. ระบบเอียงไฮดรอลิก

การเอียงเตาหลอมขับเคลื่อนด้วยระบบไฮดรอลิก โดยมีกระบอกสูบสองตัวจัดวางอยู่ทั้งสองด้านของตัวเตาหลอมสำหรับการยก และการคืนเตาหลอมจะทำโดยแรงโน้มถ่วง สถานีไฮดรอลิกติดตั้งมอเตอร์คู่และปั๊มคู่ – หนึ่งเครื่องใช้งานและอีกเครื่องสำรอง พร้อมความสามารถในการสลับอัตโนมัติ ถังน้ำมันเชื้อเพลิงปิดสนิทและเชื่อมเพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำมันไฮดรอลิก

ช่วงมุมเอียงคือ 0 ถึง 95 องศา พร้อมการทำงานที่ราบรื่นโดยไม่มีการกระแทกหรือคืบ ปรับความเร็วได้ และสามารถค้างตำแหน่งใดก็ได้ การทำงานเอียงถูกควบคุมผ่านวาล์วมือ เหมาะสำหรับกระบวนการหล่อที่ต้องการการควบคุมปริมาณการเทอลูมิเนียมหลอมเหลวอย่างแม่นยำ

V. แม่พิมพ์เบ้าหลอมและการก่อตัวผนังเตาหลอม

รายละเอียดการกำหนดค่าของอุปกรณ์นี้คือมีการจัดหาแม่พิมพ์เบ้าหลอมแทนเบ้าหลอมกราไฟต์สำเร็จรูป แม่พิมพ์เบ้าหลอมทำจากแผ่นเหล็กหนา 3 มม. และใช้เพื่อควบคุมรูปร่างและตำแหน่งปริมาตรของผนังเตาหลอมระหว่างการก่อตัว ผู้ใช้ต้องเลือกวัสดุผนังเตาหลอมและวิธีการอัด/เผาตามโลหะที่หลอมและกระบวนการหล่อ – ความแตกต่างในระดับการใช้งานของผู้ใช้เมื่อเทียบกับโซลูชันที่จัดหาเบ้าหลอมกราไฟต์สำเร็จรูปโดยตรง ฟังก์ชันการวางตำแหน่งของแม่พิมพ์เบ้าหลอมช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของมิติของช่องผนังเตาหลอม จึงรักษา ระยะห่างระหว่างเตาหลอมและขดลวดเหนี่ยวนำให้คงที่ภายในช่วงการออกแบบ

VI. ระบบหล่อเย็นด้วยน้ำและสายเคเบิลระบายความร้อน

สายเคเบิลระบายความร้อนด้วยน้ำสร้างจากลวดทองแดงไร้ออกซิเจนแบบหลายเส้น TU1 หุ้มด้วยท่อลูกฟอกทนไฟความแข็งแรงสูง พร้อมขั้วต่อแบบขึ้นรูปเย็นเพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานการสัมผัสและความแข็งแรงต่อแรงดึง ด้านแหล่งจ่ายไฟต้องการอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นไม่น้อยกว่า 8 ลบ.ม./ชม. ในขณะที่ด้านตัวเตาหลอมต้องการไม่น้อยกว่า 12 ลบ.ม./ชม. อุณหภูมิน้ำขาออกด้านแหล่งจ่ายไฟต้องไม่เกิน 35°C และด้านตัวเตาหลอมต้องไม่เกิน 45°C โดยแรงดันน้ำเข้าจะรักษาไว้ระหว่าง 0.15 ถึง 0.35 MPa

ระบบหล่อเย็นด้วยน้ำใช้วิธีการหล่อเย็นแบบหมุนเวียนแบบปิดสนิท โดยใช้น้ำอ่อนเป็นตัวกลางหมุนเวียน ข้อได้เปรียบหลักของการหมุนเวียนน้ำอ่อนคือการหลีกเลี่ยงความเสียหายจากความร้อนสูงเกินไปต่อแหล่งจ่ายไฟ ไทริสเตอร์ ตัวเก็บประจุ โมดูล IGBT และขดลวดเหนี่ยวนำที่เกิดจากการสะสมตะกรัน นอกจากนี้ น้ำอ่อนไม่มีส่วนประกอบที่นำไฟฟ้าเป็นไอออน ดังนั้นส่วนประกอบระบายความร้อนจะไม่เสียหายจากการอิเล็กโทรไลซิส ระบบนี้ไม่ต้องการสระน้ำหรือหอหล่อเย็น ใช้พื้นที่น้อยที่สุด และมีการใช้น้ำเสริมต่ำ

ระบบหล่อเย็นประกอบด้วยสามส่วน: เครื่องหลัก ถังน้ำ และกล่องควบคุม เครื่องหลักประกอบด้วยโครง ตัวระบายความร้อนทองแดง ระบบไอเสีย ระบบสเปรย์ ตัวแยกน้ำ วงแหวนรวบรวม และปั๊มสเปรย์ ถังน้ำประกอบด้วยปั๊มหลัก (หนึ่งเครื่องใช้งาน หนึ่งเครื่องสำรอง) ถังน้ำสแตนเลส ตู้ไฟฟ้า ระบบควบคุมอุณหภูมิ และระบบควบคุมแรงดัน กล่องควบคุมช่วยให้สามารถควบคุมระบบหล่อเย็นด้วยน้ำจากระยะไกล แสดงอุณหภูมิน้ำ และอนุญาตให้ตั้งค่าการทำงานล่าช้าหลังเลิกงาน