المكونات والوظائف الأساسية لفرن التردد المتوسط

هذه مقدمة تفصيلية للمكونات والوظائف الأساسية للتردد المتوسط (مف) فرن الحث.

فرن الحث ذو التردد المتوسط ​​هو نوع من الأفران الكهربائية التي تستخدم مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. يقوم بتحويل تردد الطاقة (50/60هرتز) التيار المتردد (تكييف) إلى التردد المتوسط (عادة 150 هرتز إلى 10 كيلو هرتز) تكييف. ثم يولد هذا التيار مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا في ملف الحث, الذي يحفز تيارات إيدي في الشحنة المعدنية داخل الفرن, مما تسبب في تسخينه ويذوب.

وتشمل مكوناته الأساسية بشكل رئيسي الأنظمة الأربعة التالية, والتي تعمل بشكل متضافر وكلها لا غنى عنها.

1. إمدادات الطاقة ذات التردد المتوسط – ال “قلب” النظام

يعد مصدر الطاقة MF هو العنصر الأكثر أهمية في الفرن. وظيفتها هي تحويل قوة ثلاث مراحل تكرار (50هرتز) التيار المتردد إلى أ مرحلة واحدةتردد متوسط (على سبيل المثال, 1كيلو هرتز, 2.5كيلو هرتز, 8كيلو هرتز) تكييف لتنشيط الملف التعريفي. بدونها, التدفئة التعريفي أمر مستحيل.

سير العمل لمصدر الطاقة MF الحديث (غالبا ما تسمى “SCR إمدادات الطاقة” أو “IGBT مزود الطاقة”) على النحو التالي:

• تصحيح:
  • عنصر: جسر المعدل (تتكون عادة من الثايرستور/SCRs).
  • وظيفة: يحول التيار المتردد ثلاثي الطور بتردد 50 هرتز إلى تيار مباشر نابض (العاصمة).
• تصفية:
  • عناصر: مفاعل التصفية (مغو كبير) والمكثفات.
  • وظيفة: يعمل على تنعيم DC النابض إلى DC مستقر نسبيًا, توفير مستقرة “مادة خام” لدائرة العاكس اللاحقة.
• الانقلاب:
  • عنصر: جسر العاكس (تتكون من الثايرستور/SCRs أو وحدات IGBT). هذا هو جوهر التكنولوجيا.
  • وظيفة: “القطع” أو “مقلوب” العاصمة المستقرة إلى تيار متردد أحادي الطور بتردد محدد (على سبيل المثال, 1000هرتز). يمكن تعديل هذا التردد بناءً على متطلبات الذوبان.
• نظام التحكم:
  • عناصر: لوحة دائرة التحكم, بلك, إلخ.
  • وظيفة: هذا هو “مخ” من مصدر الطاقة. يتحكم في الثايرستور’ زاوية إطلاق النار, ينظم تردد العاكس, ويراقب النظام (للجهد الزائد, الإفراط في التيار, ضغط المياه, درجة حرارة الماء), تمكين تنظيم الطاقة الدقيق وضمان سلامة النظام بأكمله.

2. لفائف التعريفي – ال “المنفذ” الطاقة

الملف التعريفي هو المكون الرئيسي لتحويل الطاقة. وظيفتها هي تحويل تردد متوسط إنتاج الطاقة الكهربائية من مصدر الطاقة إلى طاقة المجال المغناطيسي المتناوب.

• بناء:
  • عادة ما يتم جرحه بدقة من جوفاء, أنبوب نحاسي مستطيل (النحاس T2) مع سمك جدار موحد.
  • لماذا جوفاء? الملف نفسه يولد حرارة جول هائلة ($ف = أنا ^ 2R$) عند حمل تيار كبير ويجب تبريده بالقوة باستخدام الماء المتداول.
• مبدأ العمل:
  • يتدفق تيار كبير متوسط ​​التردد عبر الملف التعريفي.
  • وفقا لقانون الحث الكهرومغناطيسي, يتم إنشاء مجال مغناطيسي قوي وعالي التردد داخل الملف.
  • يخترق هذا المجال المغناطيسي الشحنة المعدنية (مادة) تقع في وسط الملف.
  • تحفز خطوط التدفق المغناطيسي المتناوبة تيارات دائرية مغلقة داخل الشحنة المعدنية, المعروف باسم تيارات إيدي.
  • التيارات الدوامية, يتدفق ضد المقاومة الكهربائية للمعادن, توليد حرارة جول عالية للغاية, مما يتسبب في تسخين المعدن بسرعة وذوبانه.
• وظيفة إضافية (التحريك الكهرومغناطيسي):
  • التفاعل بين المجال المغناطيسي الناتج عن التيار MF والتيارات الدوامة يخلق قوة إثارة (تأثير التحريك الكهرومغناطيسي) على المعدن المنصهر.
  • المزايا: يؤدي إجراء التحريك هذا إلى جعل درجة الحرارة والتركيب الكيميائي للمعدن المنصهر أكثر تجانسًا, مما يسهل التفريغ وإزالة الشوائب, وبالتالي تحسين جودة المعدن.

3. جسم الفرن – ال “إناء” للذوبان

جسم الفرن هو الهيكل الميكانيكي الذي يحتوي على المعدن المنصهر, يدعم الملف التعريفي, ويسهل الصب والصب. ويتكون في المقام الأول من الأجزاء التالية:

• بطانة حرارية / بوتقة:
  • وظيفة: هذا هو “بوتقة” الذي يحمل مباشرة المعدن المنصهر ذو درجة الحرارة العالية. وهي مصنوعة من مواد حرارية (مثل رمل الكوارتز, الألومينا, أو المغنيسيا) التي إما صدمت (شكلت) في مكان داخل الفرن أو مسبقة الصب.
  • متطلبات: يجب أن يتحمل درجات حرارة عالية للغاية (>1600°C), مقاومة التآكل الكيميائي والصدمة الحرارية من المعدن المنصهر, وتمتلك خصائص عزل ممتازة لمنع حدوث دوائر قصيرة بين الملف والمعدن.
• نير:
  • بناء: تتكون من صفائح مغلفة من فولاذ السيليكون عالي النفاذية, تم تشكيلها لتناسب بإحكام حول الجزء الخارجي من الملف التعريفي.
  • وظائف (مهم للغاية):
    • تقييد المجال المغناطيسي: يوفر مسارًا منخفض التردد لخطوط التدفق المغناطيسي الناتجة عن الملف, إجبار المجال المغناطيسي على التركيز بدرجة عالية داخل غرفة الفرن وتقليل التسرب المغناطيسي إلى الخارج.
    • تحسين الكفاءة: إن تقليل التسرب المغناطيسي يعادل زيادة كفاءة التحويل الكهروحراري, توفير الطاقة.
    • حماية قذيفة الفرن: يمنع التدفق المغناطيسي الضال من تسخين غلاف الفرن (خاصة في أفران القشرة الفولاذية), وبالتالي تجنب ارتفاع درجة الحرارة, تشوه, وضمان السلامة.
• فرن قذيفة:
  • وظيفة: الإطار الخارجي للفرن, تستخدم لتأمين الملف التعريفي والنير, ولدعم الوزن الكامل لجسم الفرن.
  • أنواع:
    • فرن الألمنيوم: هيكل بسيط نسبيا, تكلفة أقل, ويواجه المزيد من التسرب المغناطيسي.
    • فرن القشرة الفولاذية: هيكل قوي, محمية بشكل جيد من قبل النير, كفاءة أعلى, وعمر خدمة أطول. هذا هو الاختيار السائد لأفران MF الحديثة ذات الحجم المتوسط ​​والكبير.
• آلية إمالة:
  • وظيفة: يستخدم لإمالة جسم الفرن بالكامل بعد اكتمال الذوبان, السماح بسكب المعدن المنصهر في مغرفة أو قالب.
  • استمارة: يتم تشغيلها عادةً بواسطة محطة هيدروليكية وأسطوانات هيدروليكية (أو علبة تروس تخفيض) لتحقيق إمالة سلسة ويمكن السيطرة عليها.

4. نظام التبريد – ال “ضمان السلامة” للتشغيل

فرن MF عبارة عن جهاز تحويل عالي الطاقة يولد كمية هائلة من الحرارة. نظام التبريد هو شريان الحياة الذي يضمن التشغيل الآمن والمستمر للمعدات. إذا فشل التبريد, سيتم تدمير المعدات على الفور.

• المكونات المراد تبريدها:
  • MF إمدادات الطاقة: أجهزة الطاقة في الداخل, مثل الثايرستور (SCRs) و IGBTs, توليد حرارة شديدة أثناء التشغيل.
  • لفائف التعريفي: تولد الحرارة من تيارها الخاص (خسارة I²R) ويمتص أيضًا الحرارة المشعة من البطانة ذات درجة الحرارة العالية.
  • الكابلات: الكابلات المبردة بالماء التي تربط مصدر الطاقة بالفرن.
• تكوين النظام:
  • مضخة مياه: يوفر القوة للتداول.
  • برج التبريد / مبادل حراري: مكون تبديد الحرارة الأساسي. يطلق الحرارة من الماء إلى الغلاف الجوي.
  • خزان المياه: لتخزين المياه والتخزين المؤقت.
  • أنابيب, الصمامات, وأجهزة الاستشعار: تشكيل حلقة الدورة الدموية وتوفير مراقبة في الوقت الحقيقي لدرجة حرارة الماء, ضغط, ومعدل التدفق.
• متطلبات المفتاح (تداول حلقة مغلقة):
  • لأن المكونات المبردة بالماء داخل ملف الحث وخزانة الطاقة ذات إمكانات كهربائية عالية, الماء النقي أو منزوع الأيونات (الحلقة الداخلية) يجب أن تستخدم. وهذا يمنع تراكم الحجم (والتي يمكن أن تمنع الأنابيب) والتسرب الكهربائي عالي الجهد.
  • يتم تبريد هذا الماء النقي عادةً عبر أ طبق مبادل حراري, والتي بدورها يتم تبريدها بواسطة المياه الصناعية الخارجية المتداولة (الحلقة الخارجية, في كثير من الأحيان باستخدام برج التبريد). يُعرف هذا باسم أ “نظام التبريد ذو الحلقة المغلقة.”

ملخص

المكونات الأربعة الأساسية لل فرن متوسط ​​التردد لكل منها دور متميز:

• ال مزود الطاقة يخلق “الطاقة الكهربائية ذات التردد المتوسط.”
• ال لفائف التعريفي المتحولين “الطاقة الكهربائية” داخل “طاقة المجال المغناطيسي,” الذي يدفع بعد ذلك “الطاقة الحرارية الحالية الدوامة.”
• ال جسم الفرن يوفر “وعاء ذوبان” و “الدعم الهيكلي.”
• ال نظام التبريد يزيل كل الحرارة المهدرة الناتجة عن المكونات, ضمان “عملية آمنة ومستقرة” للنظام بأكمله.