Punti chiave
- Un convertitore SCR regola la potenza parzializzando la forma d'onda, controllando solo la tensione; un convertitore IGBT a media frequenza regola tensione e frequenza e raddrizza l'intera onda trifase.
- Sui metalli a bassa permeabilità come acciaio inossidabile, rame e alluminio, l'IGBT accoppia la potenza in modo affidabile, così le fusioni sono più rapide con meno elementi bruciati.
- L'IGBT gira in modo più efficiente complessivamente e mantiene un fattore di potenza sopra 0,95 in ogni momento, così i banchi di condensatori che una linea SCR richiede per la rifasatura scompaiono, e la raddrizzatura a onda intera non reimmette armoniche superiori in rete.
- Per un forno nuovo, specifica l'IGBT fin dall'inizio; per una linea SCR installata, esegui il retrofit del convertitore e conserva il corpo e la bobina. Tutti i nuovi convertitori CIME sono IGBT, da 1 a 8,5 MW.
Il convertitore è due generazioni
Dietro ogni forno a induzione c'è un convertitore che trasforma la potenza di rete nella corrente a media frequenza di cui la bobina ha bisogno. Quel convertitore esiste in due generazioni. Quella più datata usa dispositivi SCR e regola la potenza parzializzando la forma d'onda del raddrizzatore. Quella moderna usa dispositivi IGBT, raddrizza l'intera onda trifase e la commuta in modo pulito. Il corpo forno può essere identico; è il convertitore a decidere quanto rapidamente fonde, quanto costa farlo funzionare e quanto pulita è l'alimentazione che assorbe. L'SCR è arrivato per primo ed è ancora in servizio su molte linee installate; l'IGBT è la tecnologia a media frequenza su cui oggi è costruito ogni nuovo convertitore.
La differenza non è un dettaglio su una scheda tecnica. Quale convertitore fa girare una fonderia si vede nel tempo di fusione dei suoi metalli più difficili, nella bolletta energetica a fine mese e nel fatto che il fornitore di rete si lamenti o meno della qualità della potenza assorbita. Vale la pena capire cosa cambia davvero tra i due.
Nota
L'SCR regola con la sola tensione; l'IGBT regola tensione e frequenza. Molti forni girano ancora su azionamenti SCR e funzionano ancora, ma ogni nuovo convertitore CIME è IGBT, da 1 a 8,5 MW.
Cosa cambia l'IGBT, e perché conta
Cinque cose cambiano quando il convertitore è IGBT anziché SCR, e ognuna corrisponde a un numero che un responsabile di fonderia già tiene d'occhio.
Velocità di fusione sui metalli difficili. Un azionamento SCR regola con la tensione; un convertitore IGBT regola tensione e frequenza, così accoppia la potenza alla carica in modo affidabile anche quando il metallo cambia stato. Sui metalli a bassa permeabilità magnetica, acciaio inossidabile, rame e alluminio, questo significa fusioni più rapide con meno elementi bruciati. In reparto sono produttività e resa proprio sulle qualità più lente da fondere.
Efficienza energetica. Un convertitore IGBT gira in modo più efficiente complessivamente rispetto all'azionamento SCR che sostituisce, e mantiene quell'efficienza su tutto il range di potenza e non solo a piena uscita. L'energia è il maggiore costo variabile nella fusione, così ogni punto di efficienza si somma su ogni tonnellata colata.
Qualità della potenza in rete. Un convertitore SCR deve parzializzare il raddrizzatore per regolare la tensione, e quella parzializzazione è ciò che genera armoniche superiori, che inquinano l'alimentazione e possono disturbare altre apparecchiature sulla stessa rete. Un convertitore IGBT raddrizza l'intera onda trifase senza parzializzazione, così la tensione continua resta al suo massimo e nessuna armonica superiore viene reimmessa in rete. Questo protegge le apparecchiature vicine e tiene la fonderia al riparo dalle penali sulla qualità della potenza che un fornitore di rete può addebitare per un'alimentazione distorta.
Fattore di potenza. Il convertitore IGBT mantiene un fattore di potenza sopra 0,95 in ogni momento. La potenza reattiva resta bassa, così i banchi di rifasatura di cui una linea SCR ha bisogno scompaiono, insieme alla loro manutenzione e alle penali per basso fattore di potenza che un fornitore di rete può applicare.
Avviamento affidabile e potenza costante. La tecnologia IGBT si avvia al 100% anche da freddo a pieno carico, e mantiene l'uscita costante a prescindere da quanto metallo c'è nel crogiolo o da quanto è usurato il rivestimento. I tempi di fusione restano prevedibili per tutta la campagna invece di calare man mano che il bagno si svuota o il refrattario si assottiglia.
Stessa bobina, stesso crogiolo, due generazioni di convertitore. Raddrizza l'intera onda invece di parzializzarla, e il forno fonde più rapidamente, gira più pulito e costa meno da alimentare.
In sintesi
Gli stessi cinque cambiamenti, letti come ciò che una fonderia ottiene da ciascun convertitore. Per il confronto ingegneristico affiancato e come passare dall'uno all'altro, vedi il retrofit da SCR a IGBT.
Linea nuova o linea installata
La decisione si divide in due strade. Per un forno nuovo, specifica l'IGBT fin dall'inizio: non c'è motivo di comprare un azionamento SCR oggi. Per una linea SCR installata, il forno in sé va bene, quindi la mossa non è una macchina nuova ma un retrofit del convertitore, che conserva il corpo, la bobina e l'infrastruttura d'officina e cambia solo l'azionamento. Entrambe le strade raggiungono le stesse prestazioni moderne.
Il retrofit è la strada a minor capex su un impianto che una fonderia già possiede, ed è dove efficienza, fattore di potenza e capacità tornano senza ricostruire la linea. Per capire esattamente quando e come fare questo aggiornamento, vedi il retrofit da SCR a IGBT; per il convertitore vero e proprio, incluso il servizio di retrofit, vedi l' alimentatore IGBT, e per dove si colloca nella piattaforma più ampia, la tecnologia di base.
Punto chiave
Il convertitore è la parte di un forno meno costosa da modernizzare e quella che cambia di più. Che sia specificato nuovo o installato in retrofit su una linea esistente, l'IGBT è ciò che volge velocità di fusione, energia e qualità della potenza a favore di una fonderia.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra un convertitore IGBT e un convertitore SCR per forno a induzione?
Un convertitore SCR regola la potenza parzializzando la forma d'onda del raddrizzatore, il che controlla solo la tensione e inietta armoniche superiori in rete. Un convertitore IGBT a media frequenza raddrizza l'intera onda trifase e la commuta in modo pulito, regolando sia la tensione sia la frequenza. Il risultato è una fusione più rapida dei metalli a bassa permeabilità, un'efficienza complessiva più alta, un fattore di potenza sopra 0,95 senza banchi di condensatori e nessuna armonica superiore.
Un convertitore IGBT fonde davvero più rapidamente dell'SCR?
Sui metalli a bassa permeabilità magnetica come acciaio inossidabile, rame e alluminio, sì. Un azionamento SCR regola con la sola tensione, mentre un convertitore IGBT regola tensione e frequenza, così la potenza si accoppia alla carica in modo affidabile invece di svanire quando il metallo cambia stato. Le fusioni sono più rapide con meno elementi bruciati. Sulla ghisa, che si accoppia facilmente, il divario è minore ma restano i vantaggi di efficienza e qualità della potenza.
Perché un convertitore IGBT non ha bisogno di banchi di condensatori?
Un convertitore IGBT a media frequenza mantiene un fattore di potenza sopra 0,95 in ogni momento, così la potenza reattiva che una linea SCR deve correggere con i banchi di condensatori semplicemente non c'è. Questo elimina i banchi di condensatori e la loro manutenzione dalla cabina elettrica, ed evita le penali per basso fattore di potenza che un fornitore di rete può applicare.
Devo scegliere l'IGBT per un forno nuovo o eseguire il retrofit di una linea SCR esistente?
Per un forno nuovo, specifica l'IGBT fin dall'inizio. Per una linea SCR installata, non serve un forno nuovo: esegui il retrofit del convertitore e conserva il corpo, la bobina e l'infrastruttura d'officina. Entrambe le strade raggiungono le stesse prestazioni moderne; il retrofit è la strada a minor capex su un impianto che già possiedi.
Il mio forno SCR funziona ancora, quindi vale la pena aggiornarlo?
Un forno SCR fonde ancora, e non c'è alcun motivo di sicurezza per cambiarlo. La ragione a favore dell'IGBT è economica: fusioni più rapide sui metalli difficili, meno energia per tonnellata, nessun banco di condensatori e nessuna armonica in rete. Poiché un retrofit conserva il corpo e la bobina e sostituisce solo il convertitore, quei risparmi di solito ripagano l'aggiornamento senza il costo di una linea nuova.
Riferimenti e fonti
- Foundry Trade Journal, articolo tecnico sugli alimentatori per forni a induzione, 2006.
- Cast Metal Times, convertitori IGBT a media frequenza nella pratica coreless, 2004.
- CIME S.r.l., documentazione interna di ingegneria dei convertitori, Torino.