پایان نامه تحليل اغتشاشات ناشي از مراحل مختلف كاركرد كوره هاي قوس الكتريكي بر ژنراتورهاي محلي سيستم هاي قدرت
مقدمه
کوره القایی؛ کارگاهی کوچک و پرسود
امروزه با توجه به پیشرفت روزافزون کشور در تمامی زمینهها و نیز افزایش روند ساختوساز در سراسر کشور، نیاز به فولاد و محصولات آن در کشور، روز به روز در حال گسترش میباشد. در حال حاضر، به رغم آنکه بسیاری از کارخانههای فولاد فعال هستند، اما به دلیل کمبود بسیار شدید فولاد، دولت ناگزیر از واردات آن در حجم بسیار انبوه است. از این رو دولت نگاه ویژهای به روشهای تولید فولاد در قالب طرحهای کوچک و زودبازده دارد.
یکی از جدیدترین و مدرنترین روشهای تولید شمش فولاد، استفاده کورههای القایی ذوب میباشد. هم اکنون بسیاری از کشورهای اروپایی از کورههای القایی جهت ذوب فلزات و تولید فولاد استفاده میکنند. این کورهها استفاده از جریان برق، آهن قراضه و یا شمش فلزات را ذوب کرده و ماده مذاب حاصل پس از تخلیه در قالبهای تعبیه شده به صورت شمش فولاد تولید میشود. شمش فولاد تهیه شده از این روش در کارخانههای نورد جهت تولید انواع میل گرد، نبشی، ناودانی مورد استفاده قرار میگیرد.
نکته قابل توجه در مورد کورههای القایی، سرعت ذوبگیری بسیار بالای آن در مقایسه با کورههای فسیلی (کورههای دوار) میباشد. از دیگر مزایای کورههای القایی نسبت به کورههای قدیمی میتوان به اشتغال فضای بسیارکمتر، عدم آلودگی محیطزیست، راندمان بسیار بالا و اپراتوری بسیار آسان اشاره کرد. کورههای القایی در ظرفیتهای متنوع از تناژ پایین تا بالا تولید میشوند که این امر موجب گردیده این صنعت جدید در مقیاس کارگاهی تا کارخانهای قابل اجرا باشد. البته قابل ذکر است در مورد کورههای با ظرفیت بالا، میتوان از خطوط مداوم بیلت فولادی استفاده کرد. در این روش تولید ماده مذاب حاصل از کورههای القایی به خط مداوم ریختهگری منتقل شده و بیلت در اندازههای طویل از آن خارج میشود.
استفاده از کورههای القایی به علت سرعت کارکرد بالا در صنایع قطعهسازی نیز گسترش فراوانی یافته است، بطوری که هم اکنون بسیاری از واحدهای ریختهگری و تولید قطعه در حال جایگزینی کورههای قدیمی با کورههای القایی میباشند که این امر در افزایش سود دهی این واحدها نقشی مهم و حیاتی دارد.
فصل اول :
تعریف ، تاریخچه و انواع کوره های القایی
1-1-کوره های القایی
کوره های القایی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی دارای مزایای فراوانی از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و تلفات گرمایی کمتر می باشند. درکوره هایی که درآنها از روشهای دیگر، غیر القاء استفاده می شود، اندازه کوره بسیار بزرگ بوده و در زمان راه اندازی و خاموش کردن آنها طولانی است. عبور جریان از یک سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ ، اساس کارکوره های القایی را تشکیل می دهد. در این کوره ها از حرارت ایجاد شده توسط تلفات فوکو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا هرگونه عملیات حرارتی استفاده می شود.
نخستین کوره القایی که مورد بهره برداری قرار گرفت از شبکه اصلی قدرت تغذیه می شد و هیچگونه تبدیل فرکانسی در آن صورت نمی گرفت. با توجه به اینکه افزایش فرکانس تغذیه کوره موجب کاهش ابعاد آن و بالا رفتن توان می شود، برای رسیدن به این هدف، در ابتدا منابع تغذیه موتور ژنراتوری مورد استفاده واقع گردید. هر چند با این منابع می توان فرکانس را تا حدودی بالا برد، ولی محدودیت فرکانس و عدم قابلیت تغییر آن و در نهایت عدم تطبیق سیستم تغذیه با کوره، دو عیب اساسی این سیستم ها بشمار می رفت. با توجه به این معایب ورود عناصر نیمه هادی به حیطه صنعت موجب گردید منابع تغذیه استاتیک جایگزین منابع قبلی شوند .
در سال 1831 میلادی مایکل فارادی ( ) با ارائه این مطلب که اگر از سیم پیچ اولیه ای جریان متغیری عبور کند ، در سیم پیچ ثانویه مجاورش نیز جریان القاء می شود، تئوری گرمایش القایی را بنا نهاد. علت اصلی این پدیده القاء ، تغییرات شار در مدار بسته ثانویه است که از جریان متناوب اولیه ناشی می شود. نزدیک به یکصد سال این اصل در موتورها، ژنراتورها، ترانسفورماتور ها، وسایل ارتباط رادیویی وبکار گرفته می شد و هر اثر گرمایی در مدارهای مغناطیسی به عنوان یک عنصر نا مطلوب شناخته می شد.
در راستای مقابله با اثرات حرارتی در مدارهای مغناطیسی و الکتریکی از سوی مهندسین گام های موثری برداشته شد. آنها توانستندبامورق نمودن هستهِ مغناطیسی موتورهاوترانسفورماتورها،جریان فوکو را که عامل تلفات حرارتی بود به حد مینیمم رسانند.
به دنبال آزمایشات فارادی ، قوانین متعددی پیشنهاد شد. قوانین لنز و نیومن نشان دادند که جریان القاء شده با شار القایی مخالفت کرده و به طور مستقیم با فرکانس متناسب می باشد . فوکو در سال 1863 در مقاله ای تحت عنوان القاء جریان در هسته که توسط هویساید منتشر گردید نظریه ای راجع به جریان فوکو ارائه داد و در رابطه با انتقال انرژی از یک کویل به یک هسته توپر بحث نمود. علاوه بر افراد فوق ، تامسون نیز در ارائه نظریه گرمایش از طریق القاء سهم بسزایی داشت. در اواخر قرن نوزدهم استفاده از تلفات فوکو و هیسترزیس به عنوان منبع گرمایش القائی از طرف مهندسین مطرح شد. همچنین در اوایل قرن اخیر در کشورهای فرانسه سوئدو ایتالیا بر اساس استفاده از خازن های جبران کننده توان راکتیو پیشنهاداتی برای کوره های القایی بدون هسته ارائه شد. در این پیشنهادات بیشتر ذوب فلزات در فرکانس های میانی مورد نظر بود.
دکتر نورث روپ ایده کوره با فرکانس میانی را برای موارد صنعتی گسترش داد. در روزهای نخستین، بر اثر نبود امکانات از جمله خازن های با ظرفیت کافی و قابل اطمینان، توسعه و پیشرفت متوقف شد. بعدها در سال 1927 کمپانی کوره های الکتریکی نخستین کوره الکتریکی با فرکانس میانی را در شفیلد انگلستان و به منظور آهنگری و گرمادهی موضعی فلزات جهت اتصال به یکدیگر، نصب کرد. بعد از این ، تعداد و اندازه این کوره ها رو به افزایش گذاشته است. لازم به ذکر است که مزیت های دیگر کوره های القایی همچون دقت زیاد برای گرم کردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحی سطحی در طی پیشرفت های بعدی بیشتر آشکار شد. در گرمایش القایی عدم نیاز به منبع خارجی گرم کننده، تلفات گرمایی کمتر شده و تمیزی شرایط کار تامین می گردد. در این روش همچنین نیازی به تماس فیزیکی بار و کویل نبوده و علاوه بر این چگالی توان بالا در مدت زمان گرمایش کم به آسانی قابل دسترس می باشد .
در ابتدا کوره های القایی مستقیماً از شبکه قدرت تغذیه می شدند که به نوبه خود گام موفقی در استفاده از توان الکتریکی جهت عملیات حرارتی بحساب می آمد. از آنجائیکه تلفات فوکو و هیسترزیس با فرکانس نسبت مستقیم دارند و اینکه ابعاد کویل کوره با بالا رفتن فرکانس کاهش می یابد، مهندسین به فکر تغذیه کوره در فرکانس های بالاتر از فرکانس شبکه قدرت افتادند. اولین قدم در این راه استفاده از فرکانس های دو برابر و سه برابر که از هارمونیک های دوم و سوم بدست می آمدند، بود. این هارمونیک ها بر خلاف طبیعت مخرب خود در این نوع کاربرد سودمند تشخیص داده شدند.
1-2- سیستم های القایی
از لحاظ سیستم قدرت می توان سیستم های القایی را به چهار دسته اساسی تقسیم نمود :
1-2-1- سیستم های منبع
در این سیستم ها که فرکانس کار آنها بین 50 تا 60 هرتز و 150 تا 540 هرتز می باشد احتیاجی به تبدیل فرکانس نیست و با توجه به فرکانس کار ، عمق نفوذ جریان زیاد بوده و حدود 10 تا 100 میلیمتر می باشد. همچنین مقدار توان لازم تا حدود چندین صد مگا وات نیز می رسد .
1-2-2- سیستم های موتور- ژنراتور
فرکانس این سیستم ها از 500 هرتز تا 10 کیلو هرتز می باشد. در این سیستم ها تبدیل فرکانس لازم بوده و این عمل بوسیله ژنراتورهای کوپل شده با موتورهای القایی صورت می پذیرد. همچنین در این سیستم ها توان به وسیله ماشین های 500 کیلو وات تامین می گردد. عمق نفوذ در این سیستم ها به خاطر بالاتر بودن فرکانس نسبت به سیستم های منبع، کمتر بوده و در حدود 1 تا 10 میلیمتر است .
1-2-3- سیستم های مبدل نیمه هادی
دراین سیستمها فرکانس درمحدوده تا بوده وتبدیل فرکانس به طرق گوناگونی صورت می پذیرد. در این سیستم ها از سوئیچ های نیمه هادی استفاده می شود و توان مبدل بستگی به نوع کاربرد آن تا حدود می تواند برسد .
1-2-4- سیستم های فرکانس رادیویی
فرکانس کار در این سیستم در محدوده تا می باشد. از این سیستم ها برای عمق نفوذ جریان بسیار سطحی، در حدود 1/0 تا 2 میلیمتر استفاده می گردد و در آن از روش گرمایی متمرکز با سرعت تولید بالا استفاده می گردد.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.