Principais conclusões
- Um conversor SCR regula a potência parcializando a forma de onda, controlando apenas a tensão; um conversor IGBT de média frequência regula tensão e frequência e retifica a onda trifásica completa.
- Em metais de baixa permeabilidade como aço inoxidável, cobre e alumínio, o IGBT acopla a potência de forma confiável, então as fusões são mais rápidas com menos elementos queimados.
- O IGBT opera de forma mais eficiente no total e mantém um fator de potência acima de 0,95 o tempo todo, de modo que os bancos de capacitores que uma linha SCR precisa para correção desaparecem, e a retificação de onda completa não devolve harmônicas superiores à rede.
- Para um forno novo, especifique IGBT desde o início; para uma linha SCR instalada, faça o retrofit do conversor e mantenha o corpo e a bobina. Todos os novos conversores CIME são IGBT, de 1 a 8,5 MW.
O conversor são duas gerações
Por trás de todo forno de indução há um conversor que transforma a energia da rede na corrente de média frequência que a bobina precisa. Esse conversor vem em duas gerações. A mais antiga usa dispositivos SCR e regula a potência parcializando a forma de onda do retificador. A moderna usa dispositivos IGBT, retifica a onda trifásica completa e a comuta de forma limpa. O corpo do forno pode ser idêntico; o conversor é o que decide quão rápido ele funde, quanto custa operá-lo e quão limpa é a alimentação que ele consome. O SCR veio primeiro e ainda está em serviço em muitas linhas instaladas; o IGBT é a tecnologia de média frequência sobre a qual todo novo conversor é construído hoje.
A diferença não é um detalhe de uma ficha técnica. Qual conversor uma fundição opera aparece no tempo de fusão de seus metais mais difíceis, na conta de energia no fim do mês e em se a concessionária alguma vez reclama da qualidade da energia consumida. Vale a pena entender o que realmente muda entre os dois.
Nota
O SCR regula apenas pela tensão; o IGBT regula tensão e frequência. Muitos fornos ainda operam com acionamentos SCR e continuam funcionando, mas todos os novos conversores CIME são IGBT, de 1 a 8,5 MW.
O que o IGBT muda, e por que isso importa
Cinco coisas mudam quando o conversor é IGBT em vez de SCR, e cada uma corresponde a um número que um gestor de fundição já acompanha.
Velocidade de fusão em metais difíceis. Um acionamento SCR regula pela tensão; um conversor IGBT regula tensão e frequência, então acopla a potência à carga de forma confiável mesmo quando o metal muda de estado. Em metais de baixa permeabilidade magnética, aço inoxidável, cobre e alumínio, isso significa fusões mais rápidas com menos elementos queimados. No chão de fábrica, é produtividade e rendimento exatamente nas ligas mais lentas de fundir.
Eficiência energética. Um conversor IGBT opera de forma mais eficiente no total do que o acionamento SCR que substitui, e mantém essa eficiência em toda a faixa de potência, e não apenas em plena saída. A energia é o maior custo variável na fusão, então cada ponto de eficiência se acumula a cada tonelada vazada.
Qualidade de energia da rede. Um conversor SCR precisa parcializar o retificador para regular a tensão, e essa parcialização é o que gera harmônicas superiores, que poluem a alimentação e podem perturbar outros equipamentos na mesma rede. Um conversor IGBT retifica a onda trifásica completa sem parcialização, de modo que a corrente contínua permanece no máximo e nenhuma harmônica superior é devolvida à rede. Isso protege os equipamentos vizinhos e mantém a fundição livre das penalidades por qualidade de energia que uma concessionária pode cobrar por uma alimentação distorcida.
Fator de potência. O conversor IGBT mantém um fator de potência acima de 0,95 o tempo todo. A potência reativa permanece baixa, de modo que os bancos de capacitores de correção que uma linha SCR precisa desaparecem, junto com sua manutenção e as penalidades por baixo fator de potência que uma concessionária pode aplicar.
Partida confiável e potência constante. A tecnologia IGBT parte a 100% mesmo a frio em plena carga, e mantém a saída constante independentemente de quanto metal há no cadinho ou de quão desgastado está o revestimento. Os tempos de fusão permanecem previsíveis ao longo de toda a campanha em vez de diminuírem à medida que o banho se esvazia ou o refratário afina.
Mesma bobina, mesmo cadinho, duas gerações de conversor. Retifique a onda completa em vez de parcializá-la, e o forno funde mais rápido, opera mais limpo e custa menos para alimentar.
Em resumo
As mesmas cinco mudanças, lidas como o que uma fundição obtém de cada conversor. Para a comparação de engenharia lado a lado e como passar de um para o outro, veja SCR para IGBT: retrofit do conversor.
Linha nova ou linha instalada
A decisão se divide em dois caminhos. Para um forno novo, especifique IGBT desde o início: não há razão para comprar um acionamento SCR hoje. Para uma linha SCR instalada, o forno em si está bom, então a mudança não é uma máquina nova, mas um retrofit do conversor, mantendo o corpo, a bobina e a infraestrutura da fábrica e trocando apenas o acionamento. Ambos os caminhos alcançam o mesmo desempenho moderno.
O retrofit é o caminho de menor capex em equipamentos que uma fundição já possui, e é onde a eficiência, o fator de potência e a capacidade voltam sem reconstruir a linha. Para saber exatamente quando e como fazer essa atualização, veja SCR para IGBT: retrofit do conversor; para o próprio conversor, incluindo o serviço de retrofit, veja a fonte de potência IGBT, e para onde ele se encaixa na plataforma mais ampla, a tecnologia central.
Ponto-chave
O conversor é a parte mais barata de um forno para modernizar e a que mais muda. Seja especificado novo ou instalado via retrofit em uma linha existente, o IGBT é o que vira a velocidade de fusão, a energia e a qualidade de energia a favor de uma fundição.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre um conversor de forno de indução IGBT e um SCR?
Um conversor SCR regula a potência parcializando a forma de onda do retificador, o que controla apenas a tensão e injeta harmônicas superiores na rede. Um conversor IGBT de média frequência retifica a onda trifásica completa e a comuta de forma limpa, regulando tanto a tensão quanto a frequência. O resultado é uma fusão mais rápida de metais de baixa permeabilidade, mais eficiência global, um fator de potência acima de 0,95 sem bancos de capacitores e sem harmônicas superiores.
Um conversor IGBT realmente funde mais rápido que o SCR?
Em metais de baixa permeabilidade magnética como aço inoxidável, cobre e alumínio, sim. Um acionamento SCR regula apenas pela tensão, enquanto um conversor IGBT regula tensão e frequência, de modo que a potência se acopla à carga de forma confiável em vez de enfraquecer conforme o metal muda de estado. As fusões são mais rápidas com menos elementos queimados. No ferro fundido, de fácil acoplamento, a diferença é menor, mas as vantagens de eficiência e de qualidade de energia permanecem.
Por que um conversor IGBT não precisa de bancos de capacitores?
Um conversor IGBT de média frequência mantém um fator de potência acima de 0,95 o tempo todo, de modo que a potência reativa que uma linha SCR precisa corrigir com bancos de capacitores simplesmente não existe. Isso elimina os bancos de capacitores e sua manutenção da sala elétrica, e evita as penalidades por baixo fator de potência que uma concessionária pode aplicar.
Devo escolher IGBT para um forno novo ou fazer o retrofit de uma linha SCR existente?
Para um forno novo, especifique IGBT desde o início. Para uma linha SCR instalada, você não precisa de um forno novo: faça o retrofit do conversor e mantenha o corpo, a bobina e a infraestrutura da fábrica. Ambos os caminhos alcançam o mesmo desempenho moderno; o retrofit é o caminho de menor capex em equipamentos que você já possui.
Meu forno SCR ainda funciona, então vale a pena atualizar?
Um forno SCR de fato ainda funde, e não há motivo de segurança para trocá-lo. O argumento a favor do IGBT é econômico: fusões mais rápidas em metais difíceis, menos energia por tonelada, sem bancos de capacitores e sem harmônicas na rede. Como um retrofit mantém o corpo e a bobina e troca apenas o conversor, essas economias normalmente pagam a atualização sem o custo de uma linha nova.
Referências e fontes
- Foundry Trade Journal, artigo técnico sobre fontes de potência para fornos de indução, 2006.
- Cast Metal Times, conversores IGBT de média frequência na prática coreless, 2004.
- CIME S.r.l., documentação interna de engenharia de conversores, Torino.