پایان نامه کوره های القایی در فرکانس شبکه

خلاصه

کلمات کلیدی: گرمایش القائی – کوره القائی – کوره بدون هسته – کوره کانالی – متعادل کردن بار – تصحیح ضریب قدرت

امروزه کوره های القائی یکی ازاساسی ترین نیازهای صنعت می باشد و درواقع می توان گفت بسیاری ازصنایع به نوعی به این نوع کوره ها وابستگی دارند. این کوره ها انواع مختلفی دارند که دراین پایان نامه سعی شده است یکی ازپرکاربرد ترین آنها ، کوره های القائی ذوب با فرکانس شبکه مورد بررسی قرارگیرد.

دراین پایان نامه سعی برتدوین دانش فنی درزمینه کوره های القائی ذوب با فرکانس شبکه بوده است تا در آینده مورد استفاده صنعتگران ودانش پژوهان قرارگیرد . مسائلی ازقبیل انواع کوره های ذوب ، حفاظت کوره ها ، مساله تصحیح ضریب قدرت ومتعادل کردن بار دراین پایان نامه موردیوجه قرارگرفته است .

ابتدا سعی شده است . اصول کلی گرمایش القائی با استفاده از قانون الکترومغناطیس فاردای ودرواقع طرز کار کلی کوره القائی بیان گردد. درادامه ، انواع کوره های القائی ذوب با فرکانس شبکه مورد بررسی قرارمی گیرند ونحوه عملکرد هریک بیان می شود . سپس تجهیزات جانبی این نوع کوره ها مورد توجه قرارمی گیرد. پس از آن بررسی مدارهای مورد استفاده به منظور جبران سازی ضریب قدرت ومتعادل سازی پرداخته می شود. درانتها نحوه انتخاب پارامترهای این نوع کوره ها بیان می گردد. به منظور حصول نتایج

فصل اول

مقدمه

صنعت متالوژی یا به عبارت دیگر صنعت ریخته گری وعلم یکی ازکهن ترین علو وصنایعی است که بشربه آن پرداخته است ودرآن پیشرفت کرده است . مهمترین مساله ای که دراین زمینه ازدیرباز وجود داشته وذهن بشر به آن معطوف بوده است مساله ذوب کردن مواد مختلف می باشد که برای ساخت ابزارآلات ووسایل مختلف مجبور به انجام آن بوده است .

شاید به جرات بتوان ادعا کرد که استفاده ازنیروی الکتریسته برای ذوب کردن مواد، نقطه عطف صنعت متالوژی بوده است . دراین زمینه کوره های القائی، پرکاربردترین کوره ها در این زمینه بوده اند که با استفاده ازایجاد گرما توسط نیروی مغناطیسی کارمی کنند و مزایای پرشماری نسبت به سایر روشها ذوب دارند که درفصل دوم بدان می پردازیم .

تاریخچه مختصری ازگرمایش القائی ( 5)

تاریخ کشف پدیده القای مغناطیسی به سال 1831 م برمی گردد. درنوامبر آن سال مایکل فاردای دو سیم پیچ را برروی یک حلقه آهنی پیچید ونشان داد که هنگامی که یک جریان متناوب را به یکی از دو سیم پیچ وصل کنیم یک ولتاژ دردیگری القا می شود . این کشف ،‌منجربه تولید ترانسفورماتور وتجهیزات وابسته به آن گردید وتا مدت ها تمامی سعی وتلاش متخصصان برگسترش وتوسعه این نوع تجهیزات متمرکز شده بود.

درسالهای پایان قرن نوزدهم بود که کاربردهای عملی گرمایش القائی شناخته شد واولین کاربرد شناخته شده ، ذوب فلزات بود در آغاز ازکوره هائی با بوته فلزی استفاده می شد ولی این روش به علت معایب زیاد به سرعت منسوخ شد وپس از آن سه تن ازمتخصصین به نامهای فرانتی[1] ،کولبی2 وکلین3 روش ذوب را توسعه دادند ودرواقع اولین کوره ذوب واقعی راساختند که جریان، مستقیما درمذاب القا می شد وبا فرکانس برق شهر کار می کرد. درآغاز این نوع کوره ها به صورت یک اجاق حلقوی شکل بودند که مشکلات فراوانی منجمله مشکلات ناشی از نیروهای مکانیکی حاصل از تداخل جریان فوکوی القائی درذوب و جریا ن سیم پیچ اولیه را داشتند. مشکل دیگر این نوع کوره ها اثر « فشار 4» بود که باعث می شد ذوب از هم کسیخته شود وبنابراین مسیرالکتریکی که برای القائی لازم است قطع می شد وگرمایش متوقف می گشت . این مشکل درمورد ذوب فلزات غیرآهنی به مراتب حادتر بود.

درسال های اولیه قرن بیستم کوره های حلقوی کنارگذاشته شدند وشخص دیگری به نام نورث راپ1 یک کوره استوانه ای شکل با یک منبع تغذیه فرکانس بالا ساخت . فرکانس

بالا توسط روشهای ابتدائی مانند استفاده ازژنراتور جرقه2 تولید می شد که هزینه های زیادی داشت ومقرون به صرفه نبود ولی به هرحال این نوع کوره ها اولین نوع کوره های القائی بدون هسته3 بودند . درسال 1922 م مشکل زیاد بودن هزینه ، با پیشرفت موتور- ژنراتور ،‌که قابلیت تولید چند صد کیلو وات را درفرکانس های بالا( تا حدود 960 هرتز) داشت تا حد زیادی کم شد . درسال 1960 م مبدل های نیمه ها دی فرکانس ، جایگزین موتور- ژنراتورها شدند .

به دنبال استفاده از گرمایش القائی به منظور ذوب فلزات ، سایرکاربردهای گرمایش القائی شدیدا مورد تقاضا واقع شد . این تقاضاها شامل سخت کاری فولاد وعملیات حرارتی قطعات حساس بود . درسال 1927 م شرکت فولاد میدوال4 برای اولین بار ازاین تکنیک برای سخت کاری فولاد استفاده کرد . درسال 1930 م نیز شرکت میل لنگ سازی اوهایو5 به منظور استحکام بیشتر میل لنگ های خود ازگرمایش القائی به منظور عملیات حرارتی برروی میل لنگ استفاده کرد .

جنگ جهانی دوم یک حرکت جدی برای توسعه واستفاده ازگرمایش القائی را باعث شد که مشخصا برای تولید اجزاء توپ، خمپاره ، گلوله وهمچنین تولید اجزا مختلف تانک ها و زره پوش ها مورد استفاده قرارمی گرفت وباعث پیشرفت چشمگیری دراین صنعت شد .

بسیاری از پیشرفت های اخیر دراین صنعت ناشی از پیشرفت مبدل های فرکانسی نیمه هادی که درسال 1967 م ساخته شد می باشد. دردهه های اخیر راندمان این نوع مبدل ها افزایش چشمگیری داشته است وبه حدود 95 درصد ( برحسب مقدارانرژی که ازفرکانس شبکه به فرکانس مورد نظر تبدیل می کنند ) رسیده است .

طبقه بندی کوره های القائی ازنظرفرکانس

کوره های القائی انواع مختلفی دارند که برای کاربردهای مختلفی ساخته شده اند. دراکثر منابع ومراجع این کوره ها براساس فرکانسی که توسط آن تغذیه می شوند طبقه بندی شده اند بین ترتیب که معمولا به سه گروه زیردسته بندی می شوند.

الف – کوره های القائی فرکانس شبکه

1- T[1] Ferranti

2- CoIby

3- KjIIin

4- Pinch effect

1- North rup

2- Spark –gap generator

3- CreIess Furnace

4- MidvaIe CoreIess SteeI Co

5- Ohio Crankshaft Co