Exigences fondamentales en matière d'alimentation électrique pour les fours de fusion à haute fréquence

L'alimentation électrique d'un four de fusion haute fréquence (souvent appelé "Alimentation Moyenne Fréquence" ou "Alimentation à Conversion de Fréquence") n'est pas qu'une simple unité d'alimentation, mais un système complet de conversion et de contrôle de l'énergie électrique. Ses exigences peuvent être résumées dans les domaines clés suivants :

1. Exigences en matière de puissance et de capacité

• Puissance nominale suffisante: La puissance nominale de l'alimentation (kilowatts, kW) doit correspondre à la capacité du four (kilogrammes par fusion) et à la vitesse de fusion requise (kilogrammes par heure).

  • Règle empirique: Généralement, une configuration de 300-500 kW par tonne est nécessaire pour une vitesse de fusion raisonnable. Par exemple, un four de 500 kg nécessite généralement une alimentation de 150 kW à 250 kW.

  • Une puissance insuffisante entraîne des vitesses de fusion très lentes, une faible efficacité de production et une consommation d'énergie accrue par unité.

• Capacité de régulation de la puissance: L'alimentation doit avoir une large plage et une fonctionnalité de régulation de puissance en douceur.

  • Phase de démarrage: Une puissance plus faible est nécessaire pour éviter un impact excessif de la force électromagnétique sur la charge froide et pour protéger le revêtement du four.

  • Phase de fusion: Fonctionnement à pleine puissance pour une fusion rapide.

  • Phase de maintien/affinage: Une puissance réduite est requise pour un contrôle précis de la température.

2. Exigences en matière de fréquence

• Le choix de la fréquence est crucial: La fréquence de sortie (Hertz, Hz) de l'alimentation affecte directement l'"effet d'agitation" et le rendement thermique de la fusion.

  • Haute fréquence (généralement 1 kHz - 10 kHz):

    • Avantages: Effet de peau fort, vitesse de chauffage rapide, particulièrement adapté aux fours de petite capacité (<500 kg) et à la fusion de matériaux à haute résistivité (par exemple, or, argent, cuivre, fer-chrome-aluminium). Rendement thermique élevé.

    • Inconvénients: Force d'agitation électromagnétique relativement faible.

  • Moyenne fréquence (généralement 150 Hz - 1 kHz):

    • Avantages: Forte force d'agitation électromagnétique, propice à une composition uniforme de l'alliage, à l'uniformité de la température et à la flottation des scories. Convient aux fours de plus grande capacité et à la fusion de acier, fer, etc.

    • Inconvénients: Rendement de chauffage légèrement inférieur à celui de la haute fréquence pour les petites tailles de charge.

• Stabilité de la fréquence: L'alimentation doit maintenir une fréquence de sortie stable lors des changements de charge (charge du four) pour assurer des conditions de résonance continues et un transfert d'énergie efficace.

3. Exigences en matière de qualité et de rendement énergétique

• Rendement élevé de conversion de puissance: Le rendement de conversion intrinsèque (CA → CC → CA) de l'alimentation elle-même doit être aussi élevé que possible (généralement >95 %) pour réduire les pertes d'énergie pendant le fonctionnement.

• Facteur de puissance élevé: Les alimentations haute fréquence modernes utilisent couramment la compensation par condensateur pour garantir que le facteur de puissance du système reste supérieur à 0,95. Cela réduit non seulement les pertes dues à la puissance réactive et diminue la charge de la ligne, mais évite également les pénalités de la compagnie d'électricité.

• Faible pollution harmonique: Les circuits redresseurs utilisant des redresseurs commandés au silicium (SCR) ou des IGBT génèrent des harmoniques, qui sont réinjectés dans le réseau et peuvent affecter d'autres équipements. Les alimentations de haute qualité doivent être équipées de dispositifs de filtrage d'entrée ou utiliser des technologies comme la redressement à 12 impulsions/24 impulsions pour répondre aux exigences strictes du réseau en matière de distorsion harmonique (THD), telles que la conformité aux normes IEEE 519.

4. Exigences en matière de stabilité et de protection

• Forte adaptabilité à la charge: Pendant le processus de fusion, la forme, l'état et les caractéristiques électromagnétiques de la charge changent constamment. L'alimentation doit suivre et maintenir automatiquement l'état de résonance du circuit de charge pour assurer une puissance de sortie stable.

• Système de protection complet: L'alimentation doit avoir de multiples fonctions de protection, qui sont la pierre angulaire d'un fonctionnement sûr. Celles-ci incluent :

  • Protection contre les surintensités: Empêche les dommages aux composants d'alimentation dus aux courts-circuits ou aux surcharges.

  • Protection contre les surtensions: Protège contre les fluctuations du réseau ou les surtensions opérationnelles.

  • Protection contre la perte de phase: Empêche l'alimentation de fonctionner avec une phase manquante.

  • Protection contre la pression/température de l'eau: Verrouillée avec le système de refroidissement pour garantir que les composants clés comme les IGBT, les condensateurs et les bobines ne sont pas endommagés par la surchauffe.

  • Protection contre les courts-circuits/circuits ouverts de la charge: Gère les conditions de fonctionnement extrêmes.

5. Exigences en matière de connexion au réseau

• Tension d'entrée: Selon le niveau de puissance, les valeurs nominales courantes sont 380V, 660V, 10kV, etc. L'alimentation doit fonctionner normalement dans une plage de fluctuation de tension du réseau de ±10%.

• Capacité du réseau: La capacité du transformateur de l'usine doit être suffisante pour supporter le courant d'appel élevé lorsque le four de fusion démarre et fonctionne. Sinon, cela peut provoquer une forte baisse de la tension du réseau, affectant d'autres équipements sur la même ligne.

Brève comparaison des différents types d'alimentation

Liste de contrôle pratique pour la sélection d'une alimentation

Lors de la sélection ou de l'évaluation d'une alimentation pour votre four de fusion, tenez compte des questions suivantes :

• Définir les besoins de production:

  • Quels métaux seront principalement fondus ? Quelle est leur résistivité ? (Détermine l'orientation de la fréquence)

  • Quelle est la capacité maximale par fusion ? Quel est le cycle de fusion cible ? (Détermine la taille de la puissance)

• Évaluer les performances de l'alimentation:

  • La puissance nominale et la plage de fréquences de sortie de l'alimentation répondent-elles à mes besoins ?

  • Quels sont le rendement de conversion et le facteur de puissance de l'alimentation ? (Impact direct sur les coûts d'électricité)

  • Un équipement de filtrage est-il inclus pour répondre aux normes harmoniques du réseau ?

• Vérifier la protection et la compatibilité:

  • Les fonctions de protection sont-elles complètes (surintensité, surtension, température de l'eau, etc.) ?

  • L'alimentation est-elle compatible avec le corps de mon four existant (bobine, condensateurs) ?

  • L'interface de contrôle est-elle conviviale ? Peut-elle être facilement intégrée à mon système de production ?

• Vérifier les conditions externes:

  • La tension du réseau et la capacité du transformateur de mon usine peuvent-elles prendre en charge le fonctionnement de cette alimentation ?

  • La qualité et le débit du système d'eau de refroidissement peuvent-ils répondre aux exigences de dissipation thermique de l'alimentation ?

Conclusion

En résumé, un four de fusion haute fréquence nécessite que son alimentation ait une puissance et une fréquence appropriées, un rendement de conversion de puissance extrêmement élevé, des performances de sortie stables et des fonctions de protection complètes et fiables. Choisir une alimentation qui correspond parfaitement à votre processus de production est essentiel pour obtenir un fonctionnement efficace, économe en énergie, sûr et économique. Dans les applications modernes, l'Alimentation moyenne fréquence IGBT est devenue la solution privilégiée pour la plupart des scénarios en raison de ses excellentes performances globales.