Nghiên cứu tình huống này liên quan đến một lò nấu chảy cảm ứng tần số trung bình, model WDL-KGPS-500, với công suất định mức 0,5 tấn và công suất tối đa 0,6 tấn, được thiết kế cho ứng dụng nấu chảy nhôm. Thiết bị sử dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình và được trang bị hệ thống nghiêng thủy lực để xả nhôm nóng chảy.
Đặc điểm cấu hình đáng chú ý nhất của thiết bị này là sơ đồ tương thích lưới điện: phía nguồn điện được cấp ở điện áp 440V/3P/60Hz, trong khi điện áp đầu vào của nguồn điện tần số trung bình được chỉ định là 380V. Điều này có nghĩa là thiết bị được thiết kế cho các khu vực lưới điện 60Hz (như Hàn Quốc, một số khu vực ở Trung và Nam Mỹ, và Trung Đông), yêu cầu một máy biến áp hoặc bộ điều chỉnh điện áp bên trong hoặc bên ngoài tủ nguồn để hạ điện áp lưới 440V xuống 380V trước khi cấp cho nguồn điện tần số trung bình. Việc điều chỉnh kép cả điện áp và tần số này là một thông số cần được xác nhận trước trong giai đoạn thiết kế điện cho các dự án xuất khẩu.
Hệ thống nguồn điện sử dụng nguồn điện tần số trung bình dựa trên thyristor KGPS, với công suất định mức 400 kW, điện áp đầu ra tần số trung bình 2400 volt và tần số đầu ra 1000 Hz. Hệ số công suất vượt quá 0,9 và tỷ lệ khởi động thành công là 100%. Phần chỉnh lưu là cầu điều khiển toàn phần ba pha với cấu trúc chỉnh lưu sáu xung ba pha và bộ nghịch lưu mắc song song.
Mạch điều khiển sử dụng kiến trúc bảng mạch kỹ thuật số thế hệ thứ tám, có khả năng thích ứng dải tần rộng, điều khiển công suất không đổi, khởi động mềm quét tần số không áp, và phản hồi điện áp-dòng điện vòng kép. Khởi động không áp quét tần số có nghĩa là hệ thống tự động quét tần số trong quá trình khởi động, thiết lập dao động tần số trung bình khi tìm thấy điểm cộng hưởng tải – tránh nhạy cảm với sự thay đổi tham số tải vốn có trong các phương pháp khởi động kích thích riêng biệt.
Hệ thống bảo vệ bao gồm các tình trạng quá dòng, quá áp, dưới dòng, dưới áp, mất nước và mất pha. Khi bất kỳ thông số bảo vệ nào vượt quá ngưỡng cài đặt, hệ thống sẽ tự động chặn đầu ra xung và ngắt nguồn mạch chính. Bảng điều khiển tủ nguồn bao gồm các chỉ số đọc điện áp, dòng điện và công suất đầy đủ cùng với các chỉ báo trạng thái hoạt động.
Tủ tụ bù cung cấp bù song song tần số trung bình, giảm tổn thất truyền tải công suất phản kháng trên đường dây phân phối. Dung lượng của bộ tụ điện được điều chỉnh theo tần số cộng hưởng của cuộn cảm, đảm bảo hoạt động gần điểm cộng hưởng trong điều kiện định mức.
Cuộn cảm là bộ phận chuyển đổi năng lượng cốt lõi, được chế tạo từ đồng T2/TU1 với độ dày thành 4 mm. Khi được cấp điện, cuộn dây tạo ra từ trường xoay chiều 1000 Hz, cảm ứng dòng điện xoáy trong vật liệu nạp kim loại bên trong lò, tạo ra nhiệt. Thiết kế cuộn dây dựa trên nguyên lý trường điện từ và được xác minh thông qua phần mềm máy tính chuyên dụng, với độ lệch giữa công suất hoạt động thực tế và công suất thiết kế được kiểm soát trong vòng 5%.
Cách điện giữa các vòng dây được xử lý bằng các kỹ thuật cách điện tiên tiến, với công nghệ kẹp chuyên dụng giúp giảm rung động dọc của cuộn dây. Thành bên trong của cuộn dây được phun vật liệu cách điện chịu nhiệt độ cao nhập khẩu, và hệ thống cảnh báo rò rỉ lò được lắp đặt – khi nhôm nóng chảy thấm vào lớp cuộn dây, hệ thống sẽ phát hiện sớm và báo hiệu tình trạng, ngăn ngừa sự cố vỡ lò. Lớp phủ chịu lửa dày từ 10 đến 15 mm được áp dụng cho bề mặt bên trong của cuộn dây, vừa để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng lớp lót lò vừa để ngăn ngừa biến dạng nhiệt của lớp lót.
Y-sắt từ có cấu trúc hình lưỡi liềm, được ghép từ các tấm thép silicon cán nguội và được kẹp bằng các thanh giằng bằng thép không gỉ. Bề mặt tiếp xúc giữa y-sắt và bề mặt ngoài của cuộn dây được uốn cong, tạo ra tiếp xúc bề mặt thay vì tiếp xúc đường, đạt hiệu quả kẹp tốt hơn và giảm rò rỉ từ thông. Các tấm thép silicon được gia cố bằng các thanh giằng chuyên dụng thay vì bu lông xuyên qua, tối đa hóa diện tích từ hiệu dụng và giảm gia nhiệt cục bộ. Y-sắt từ đồng thời che chắn rò rỉ từ thông, ngăn ngừa gia nhiệt thân lò, và hỗ trợ, cố định cuộn cảm.
Việc nghiêng lò được điều khiển bằng hệ thống thủy lực với hai xi lanh bố trí hai bên thân lò để nâng, với việc trả lò về vị trí ban đầu bằng trọng lực. Trạm thủy lực được trang bị hai động cơ và hai bơm – một đang hoạt động và một đang chờ, với khả năng chuyển đổi tự động. Bình dầu được đóng kín hoàn toàn và hàn để ngăn ngừa rò rỉ dầu thủy lực.
Phạm vi góc nghiêng là 0 đến 95 độ, với hoạt động trơn tru không có va đập hoặc trượt, tốc độ có thể điều chỉnh và khả năng giữ ở bất kỳ vị trí nào. Hoạt động nghiêng được điều khiển thông qua van điều khiển bằng tay, phù hợp cho các quy trình đúc yêu cầu kiểm soát chính xác thể tích rót nhôm nóng chảy.
Một chi tiết cấu hình của thiết bị này là nó cung cấp khuôn nồi nấu thay vì nồi nấu than chì đã hoàn thiện. Khuôn nồi nấu được tạo từ tấm sắt dày 3 mm và được sử dụng để kiểm soát hình dạng và vị trí thể tích của lớp lót chịu lửa trong quá trình tạo hình. Người dùng phải chọn vật liệu lót và phương pháp đầm/nung theo kim loại cụ thể đang nấu chảy và quy trình đúc – đây là sự khác biệt ở cấp độ vận hành của người dùng so với các giải pháp cung cấp trực tiếp nồi nấu than chì đã hoàn thiện. Chức năng định vị của khuôn nồi nấu đảm bảo tính nhất quán về kích thước của khoang lót, do đó duy trì khoảng cách ghép nối giữa lò và cuộn cảm ổn định trong phạm vi thiết kế.
Cáp làm mát bằng nước được chế tạo từ dây đồng không oxy đa sợi TU1, bọc trong ống cao su chịu lửa cường độ cao, với đầu nối được định hình nguội đảm bảo điện trở tiếp xúc và độ bền kéo. Phía nguồn điện yêu cầu lưu lượng nước làm mát không dưới 8 m³/h, trong khi phía thân lò yêu cầu không dưới 12 m³/h. Nhiệt độ nước đầu ra ở phía nguồn điện không được vượt quá 35°C, và ở phía thân lò không được vượt quá 45°C, với áp suất nước đầu vào được duy trì trong khoảng 0,15 đến 0,35 MPa.
Hệ thống làm mát bằng nước sử dụng phương pháp làm mát tuần hoàn kín hoàn toàn với nước mềm làm môi trường tuần hoàn. Ưu điểm cốt lõi của tuần hoàn nước mềm là tránh hư hỏng do quá nhiệt cho nguồn điện, thyristor, tụ điện, mô-đun IGBT và cuộn cảm do cặn bám; ngoài ra, nước mềm không chứa các thành phần dẫn điện ion, do đó các bộ phận làm mát sẽ không bị hư hại do điện phân. Hệ thống không yêu cầu bể nước hoặc tháp giải nhiệt, chiếm ít không gian sàn và có mức tiêu thụ nước bổ sung thấp.
Hệ thống làm mát bao gồm ba phần: máy chính, bể nước và hộp điều khiển. Máy chính bao gồm vỏ, bộ làm mát bằng đồng, hệ thống xả, hệ thống phun, bộ tách nước, vòng thu gom và bơm phun. Bể nước bao gồm bơm chính (một đang hoạt động, một đang chờ), bể nước bằng thép không gỉ, tủ điện, hệ thống kiểm soát nhiệt độ và hệ thống kiểm soát áp suất. Hộp điều khiển cho phép vận hành từ xa hệ thống làm mát bằng nước, hiển thị nhiệt độ nước và cho phép cài đặt hoạt động trễ sau giờ làm việc.
Nghiên cứu tình huống này liên quan đến một lò nấu chảy cảm ứng tần số trung bình, model WDL-KGPS-500, với công suất định mức 0,5 tấn và công suất tối đa 0,6 tấn, được thiết kế cho ứng dụng nấu chảy nhôm. Thiết bị sử dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình và được trang bị hệ thống nghiêng thủy lực để xả nhôm nóng chảy.
Đặc điểm cấu hình đáng chú ý nhất của thiết bị này là sơ đồ tương thích lưới điện: phía nguồn điện được cấp ở điện áp 440V/3P/60Hz, trong khi điện áp đầu vào của nguồn điện tần số trung bình được chỉ định là 380V. Điều này có nghĩa là thiết bị được thiết kế cho các khu vực lưới điện 60Hz (như Hàn Quốc, một số khu vực ở Trung và Nam Mỹ, và Trung Đông), yêu cầu một máy biến áp hoặc bộ điều chỉnh điện áp bên trong hoặc bên ngoài tủ nguồn để hạ điện áp lưới 440V xuống 380V trước khi cấp cho nguồn điện tần số trung bình. Việc điều chỉnh kép cả điện áp và tần số này là một thông số cần được xác nhận trước trong giai đoạn thiết kế điện cho các dự án xuất khẩu.
Hệ thống nguồn điện sử dụng nguồn điện tần số trung bình dựa trên thyristor KGPS, với công suất định mức 400 kW, điện áp đầu ra tần số trung bình 2400 volt và tần số đầu ra 1000 Hz. Hệ số công suất vượt quá 0,9 và tỷ lệ khởi động thành công là 100%. Phần chỉnh lưu là cầu điều khiển toàn phần ba pha với cấu trúc chỉnh lưu sáu xung ba pha và bộ nghịch lưu mắc song song.
Mạch điều khiển sử dụng kiến trúc bảng mạch kỹ thuật số thế hệ thứ tám, có khả năng thích ứng dải tần rộng, điều khiển công suất không đổi, khởi động mềm quét tần số không áp, và phản hồi điện áp-dòng điện vòng kép. Khởi động không áp quét tần số có nghĩa là hệ thống tự động quét tần số trong quá trình khởi động, thiết lập dao động tần số trung bình khi tìm thấy điểm cộng hưởng tải – tránh nhạy cảm với sự thay đổi tham số tải vốn có trong các phương pháp khởi động kích thích riêng biệt.
Hệ thống bảo vệ bao gồm các tình trạng quá dòng, quá áp, dưới dòng, dưới áp, mất nước và mất pha. Khi bất kỳ thông số bảo vệ nào vượt quá ngưỡng cài đặt, hệ thống sẽ tự động chặn đầu ra xung và ngắt nguồn mạch chính. Bảng điều khiển tủ nguồn bao gồm các chỉ số đọc điện áp, dòng điện và công suất đầy đủ cùng với các chỉ báo trạng thái hoạt động.
Tủ tụ bù cung cấp bù song song tần số trung bình, giảm tổn thất truyền tải công suất phản kháng trên đường dây phân phối. Dung lượng của bộ tụ điện được điều chỉnh theo tần số cộng hưởng của cuộn cảm, đảm bảo hoạt động gần điểm cộng hưởng trong điều kiện định mức.
Cuộn cảm là bộ phận chuyển đổi năng lượng cốt lõi, được chế tạo từ đồng T2/TU1 với độ dày thành 4 mm. Khi được cấp điện, cuộn dây tạo ra từ trường xoay chiều 1000 Hz, cảm ứng dòng điện xoáy trong vật liệu nạp kim loại bên trong lò, tạo ra nhiệt. Thiết kế cuộn dây dựa trên nguyên lý trường điện từ và được xác minh thông qua phần mềm máy tính chuyên dụng, với độ lệch giữa công suất hoạt động thực tế và công suất thiết kế được kiểm soát trong vòng 5%.
Cách điện giữa các vòng dây được xử lý bằng các kỹ thuật cách điện tiên tiến, với công nghệ kẹp chuyên dụng giúp giảm rung động dọc của cuộn dây. Thành bên trong của cuộn dây được phun vật liệu cách điện chịu nhiệt độ cao nhập khẩu, và hệ thống cảnh báo rò rỉ lò được lắp đặt – khi nhôm nóng chảy thấm vào lớp cuộn dây, hệ thống sẽ phát hiện sớm và báo hiệu tình trạng, ngăn ngừa sự cố vỡ lò. Lớp phủ chịu lửa dày từ 10 đến 15 mm được áp dụng cho bề mặt bên trong của cuộn dây, vừa để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng lớp lót lò vừa để ngăn ngừa biến dạng nhiệt của lớp lót.
Y-sắt từ có cấu trúc hình lưỡi liềm, được ghép từ các tấm thép silicon cán nguội và được kẹp bằng các thanh giằng bằng thép không gỉ. Bề mặt tiếp xúc giữa y-sắt và bề mặt ngoài của cuộn dây được uốn cong, tạo ra tiếp xúc bề mặt thay vì tiếp xúc đường, đạt hiệu quả kẹp tốt hơn và giảm rò rỉ từ thông. Các tấm thép silicon được gia cố bằng các thanh giằng chuyên dụng thay vì bu lông xuyên qua, tối đa hóa diện tích từ hiệu dụng và giảm gia nhiệt cục bộ. Y-sắt từ đồng thời che chắn rò rỉ từ thông, ngăn ngừa gia nhiệt thân lò, và hỗ trợ, cố định cuộn cảm.
Việc nghiêng lò được điều khiển bằng hệ thống thủy lực với hai xi lanh bố trí hai bên thân lò để nâng, với việc trả lò về vị trí ban đầu bằng trọng lực. Trạm thủy lực được trang bị hai động cơ và hai bơm – một đang hoạt động và một đang chờ, với khả năng chuyển đổi tự động. Bình dầu được đóng kín hoàn toàn và hàn để ngăn ngừa rò rỉ dầu thủy lực.
Phạm vi góc nghiêng là 0 đến 95 độ, với hoạt động trơn tru không có va đập hoặc trượt, tốc độ có thể điều chỉnh và khả năng giữ ở bất kỳ vị trí nào. Hoạt động nghiêng được điều khiển thông qua van điều khiển bằng tay, phù hợp cho các quy trình đúc yêu cầu kiểm soát chính xác thể tích rót nhôm nóng chảy.
Một chi tiết cấu hình của thiết bị này là nó cung cấp khuôn nồi nấu thay vì nồi nấu than chì đã hoàn thiện. Khuôn nồi nấu được tạo từ tấm sắt dày 3 mm và được sử dụng để kiểm soát hình dạng và vị trí thể tích của lớp lót chịu lửa trong quá trình tạo hình. Người dùng phải chọn vật liệu lót và phương pháp đầm/nung theo kim loại cụ thể đang nấu chảy và quy trình đúc – đây là sự khác biệt ở cấp độ vận hành của người dùng so với các giải pháp cung cấp trực tiếp nồi nấu than chì đã hoàn thiện. Chức năng định vị của khuôn nồi nấu đảm bảo tính nhất quán về kích thước của khoang lót, do đó duy trì khoảng cách ghép nối giữa lò và cuộn cảm ổn định trong phạm vi thiết kế.
Cáp làm mát bằng nước được chế tạo từ dây đồng không oxy đa sợi TU1, bọc trong ống cao su chịu lửa cường độ cao, với đầu nối được định hình nguội đảm bảo điện trở tiếp xúc và độ bền kéo. Phía nguồn điện yêu cầu lưu lượng nước làm mát không dưới 8 m³/h, trong khi phía thân lò yêu cầu không dưới 12 m³/h. Nhiệt độ nước đầu ra ở phía nguồn điện không được vượt quá 35°C, và ở phía thân lò không được vượt quá 45°C, với áp suất nước đầu vào được duy trì trong khoảng 0,15 đến 0,35 MPa.
Hệ thống làm mát bằng nước sử dụng phương pháp làm mát tuần hoàn kín hoàn toàn với nước mềm làm môi trường tuần hoàn. Ưu điểm cốt lõi của tuần hoàn nước mềm là tránh hư hỏng do quá nhiệt cho nguồn điện, thyristor, tụ điện, mô-đun IGBT và cuộn cảm do cặn bám; ngoài ra, nước mềm không chứa các thành phần dẫn điện ion, do đó các bộ phận làm mát sẽ không bị hư hại do điện phân. Hệ thống không yêu cầu bể nước hoặc tháp giải nhiệt, chiếm ít không gian sàn và có mức tiêu thụ nước bổ sung thấp.
Hệ thống làm mát bao gồm ba phần: máy chính, bể nước và hộp điều khiển. Máy chính bao gồm vỏ, bộ làm mát bằng đồng, hệ thống xả, hệ thống phun, bộ tách nước, vòng thu gom và bơm phun. Bể nước bao gồm bơm chính (một đang hoạt động, một đang chờ), bể nước bằng thép không gỉ, tủ điện, hệ thống kiểm soát nhiệt độ và hệ thống kiểm soát áp suất. Hộp điều khiển cho phép vận hành từ xa hệ thống làm mát bằng nước, hiển thị nhiệt độ nước và cho phép cài đặt hoạt động trễ sau giờ làm việc.
