Puntos clave
- Un convertidor SCR regula la potencia parcializando la forma de onda y controla solo la tensión; un convertidor IGBT de media frecuencia regula tensión y frecuencia y rectifica la onda trifásica completa.
- En metales de baja permeabilidad como el acero inoxidable, el cobre y el aluminio, el IGBT acopla la potencia de forma fiable, de modo que las fusiones son más rápidas con menos elementos quemados.
- El IGBT funciona de forma más eficiente en total y mantiene un factor de potencia superior a 0,95 en todo momento, de modo que los bancos de condensadores que una línea SCR necesita para la corrección desaparecen, y la rectificación de onda completa no devuelve armónicos superiores a la red.
- Para un horno nuevo, especifique IGBT desde el principio; para una línea SCR instalada, haga el retrofit del convertidor y conserve el cuerpo y la bobina. Todos los nuevos convertidores CIME son IGBT, de 1 a 8,5 MW.
El convertidor son dos generaciones
Detrás de cada horno de inducción hay un convertidor que transforma la energía de red en la corriente de media frecuencia que la bobina necesita. Ese convertidor existe en dos generaciones. La más antigua utiliza dispositivos SCR y regula la potencia parcializando la forma de onda del rectificador. La moderna utiliza dispositivos IGBT, rectifica la onda trifásica completa y la conmuta limpiamente. El cuerpo del horno puede ser idéntico; el convertidor es lo que decide con qué rapidez funde, cuánto cuesta operarlo y lo limpio que es el suministro que consume. El SCR llegó primero y sigue en servicio en muchas líneas instaladas; el IGBT es la tecnología de media frecuencia sobre la que se construye hoy todo nuevo convertidor.
La diferencia no es un detalle de la ficha técnica. El convertidor que utiliza una fundición se nota en el tiempo de fusión de sus metales más difíciles, en la factura energética a fin de mes y en si la compañía eléctrica llega a quejarse alguna vez de la calidad de la potencia consumida. Vale la pena entender qué cambia realmente entre uno y otro.
Nota
El SCR regula solo por tensión; el IGBT regula tensión y frecuencia. Muchos hornos siguen funcionando con accionamientos SCR y siguen operativos, pero todos los nuevos convertidores CIME son IGBT, de 1 a 8,5 MW.
Qué cambia con IGBT, y por qué importa
Cinco cosas cambian cuando el convertidor es IGBT en lugar de SCR, y cada una corresponde a una cifra que el responsable de una fundición ya vigila.
Velocidad de fusión en metales difíciles. Un accionamiento SCR regula por tensión; un convertidor IGBT regula tensión y frecuencia, de modo que acopla la potencia en la carga de forma fiable incluso a medida que el metal cambia de estado. En metales de baja permeabilidad magnética, el acero inoxidable, el cobre y el aluminio, eso significa fusiones más rápidas con menos elementos quemados. En el taller se traduce en productividad y rendimiento en justo las calidades más lentas de fundir.
Eficiencia energética. Un convertidor IGBT funciona de forma más eficiente en total que el accionamiento SCR al que sustituye, y mantiene esa eficiencia en todo el rango de potencia y no solo a plena salida. La energía es el mayor coste variable en la fusión, de modo que cada punto de eficiencia se acumula en cada tonelada colada.
Calidad de la potencia en la red. Un convertidor SCR tiene que parcializar el rectificador para regular la tensión, y esa parcialización es lo que genera armónicos superiores, que contaminan el suministro y pueden perturbar otros equipos de la misma red. Un convertidor IGBT rectifica la onda trifásica completa sin parcialización, de modo que la corriente continua se mantiene en su máximo y no se devuelven armónicos superiores a la red. Eso protege los equipos vecinos y mantiene a la fundición al margen de las penalizaciones por calidad de potencia que una compañía eléctrica puede aplicar por un suministro distorsionado.
Factor de potencia. El convertidor IGBT mantiene un factor de potencia superior a 0,95 en todo momento. La potencia reactiva se mantiene baja, de modo que los bancos de condensadores de corrección que una línea SCR necesita desaparecen, junto con su mantenimiento y las penalizaciones por bajo factor de potencia que una compañía eléctrica puede aplicar.
Arranque fiable y potencia constante. La tecnología IGBT arranca al 100% incluso en frío y a plena carga, y mantiene la salida constante sin importar cuánto metal haya en el crisol ni lo desgastado que esté el revestimiento. Los tiempos de fusión se mantienen predecibles durante toda la campaña en lugar de decaer a medida que el baño se vacía o el refractario adelgaza.
La misma bobina, el mismo crisol, dos generaciones de convertidor. Rectifique la onda completa en lugar de parcializarla, y el horno funde más rápido, funciona más limpio y cuesta menos alimentar.
De un vistazo
Los mismos cinco cambios, leídos como lo que una fundición obtiene de cada convertidor. Para la comparación de ingeniería en paralelo y cómo pasar de uno a otro, consulte De SCR a IGBT: retrofit del convertidor.
Línea nueva o línea instalada
La decisión se bifurca en dos. Para un horno nuevo, especifique IGBT desde el principio: hoy no hay motivo para comprar un accionamiento SCR. Para una línea SCR instalada, el horno en sí está bien, así que el paso no es una máquina nueva sino un retrofit del convertidor, conservando el cuerpo, la bobina y la infraestructura del taller y cambiando solo el accionamiento. Ambas vías alcanzan el mismo rendimiento moderno.
El retrofit es la vía de menor capex en equipos que una fundición ya posee, y es donde vuelven la eficiencia, el factor de potencia y la capacidad sin reconstruir la línea. Para saber exactamente cuándo y cómo realizar esa modernización, consulte De SCR a IGBT: retrofit del convertidor; para el propio convertidor, incluido el servicio de retrofit, consulte la Alimentación eléctrica IGBT, y para su lugar en la plataforma más amplia, la tecnología central.
Punto clave
El convertidor es la parte más económica de un horno para modernizar y la que más cambia. Ya sea especificado nuevo o instalado mediante retrofit en una línea existente, el IGBT es lo que inclina la velocidad de fusión, la energía y la calidad de la potencia a favor de una fundición.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un convertidor de horno de inducción IGBT y uno SCR?
Un convertidor SCR regula la potencia parcializando la forma de onda del rectificador, lo que controla solo la tensión e inyecta armónicos superiores a la red. Un convertidor IGBT de media frecuencia rectifica la onda trifásica completa y la conmuta limpiamente, regulando tanto la tensión como la frecuencia. El resultado es una fusión más rápida de los metales de baja permeabilidad, mayor eficiencia global, un factor de potencia superior a 0,95 sin bancos de condensadores y sin armónicos superiores.
¿Un convertidor IGBT realmente funde más rápido que el SCR?
En metales de baja permeabilidad magnética como el acero inoxidable, el cobre y el aluminio, sí. Un accionamiento SCR regula solo por tensión, mientras que un convertidor IGBT regula tensión y frecuencia, de modo que la potencia se acopla en la carga de forma fiable en lugar de desvanecerse a medida que el metal cambia de estado. Las fusiones son más rápidas con menos elementos quemados. En el hierro fundido, que se acopla con facilidad, la diferencia es menor, pero se mantienen las ventajas de eficiencia y de calidad de potencia.
¿Por qué un convertidor IGBT no necesita bancos de condensadores?
Un convertidor IGBT de media frecuencia mantiene un factor de potencia superior a 0,95 en todo momento, de modo que la potencia reactiva que una línea SCR tiene que corregir con bancos de condensadores sencillamente no existe. Eso elimina los bancos de condensadores y su mantenimiento de la sala eléctrica, y evita las penalizaciones por bajo factor de potencia que una compañía eléctrica puede aplicar.
¿Debo elegir IGBT para un horno nuevo o hacer el retrofit de una línea SCR existente?
Para un horno nuevo, especifique IGBT desde el principio. Para una línea SCR instalada, no necesita un horno nuevo: haga el retrofit del convertidor y conserve el cuerpo, la bobina y la infraestructura del taller. Ambas vías alcanzan el mismo rendimiento moderno; el retrofit es la vía de menor capex en equipos que ya posee.
Mi horno SCR sigue funcionando, ¿merece la pena modernizarlo?
Un horno SCR efectivamente sigue fundiendo, y no hay ningún motivo de seguridad para cambiarlo. El argumento a favor del IGBT es económico: fusiones más rápidas en metales difíciles, menos energía por tonelada, sin bancos de condensadores y sin armónicos en la red. Como un retrofit conserva el cuerpo y la bobina y sustituye únicamente el convertidor, esos ahorros suelen amortizar la modernización sin el coste de una línea nueva.
Referencias y fuentes
- Foundry Trade Journal, artículo técnico sobre alimentación eléctrica de hornos de inducción, 2006.
- Cast Metal Times, convertidores IGBT de media frecuencia en la práctica coreless, 2004.
- CIME S.r.l., documentación interna de ingeniería de convertidores, Turín.