Los hornos de inducción son esenciales en cualquier metalurgia y se utilizan para diversos fines, como el tratamiento térmico. Sin embargo, lo más importante de su funcionamiento radica en los sistemas de alimentación eléctrica del horno, los cuales realizan las principales tareas que conducen a la generación de calor y a un proceso de fusión fácil.
Utilizada principalmente para la generación intensa de calor, la fuente de alimentación de un horno de inducción tiene algunas ventajas, pero no las entenderás hasta que conozcas el principio de funcionamiento de la fuente de alimentación.
Por lo tanto, en este artículo de ElectroHeat Induction veremos todos estos aspectos para asegurarnos que conozcas más sobre el suministro de alimentación eléctrica para este tipo de hornos.
Sistemas de alimentación eléctrica del horno de inducción y su propósito
El horno de inducción es un dispositivo utilizado para producir calor para derretir o fundir metales. Tiene un crisol que contiene el metal con una bobina instalada alrededor de este. La bobina se conecta al suministro eléctrico, el cual proporciona energía.
La fuente de alimentación del equipo viene con un amplio rango de frecuencias y una opción de control de capacidad; la fuente de alimentación tiene una forma protección contra voltaje excesivo o bajo voltaje.
El suministro de energía del horno de inducción fue desarrollado para apoyar y asegurar un rendimiento óptimo. La fuente de alimentación del horno de inducción convierte una frecuencia trifásica en una potencia monofásica a la frecuencia deseada.
El propósito de la fuente de alimentación es minimizar el consumo de energía mientras se tiene un trabajo de fusión más eficiente.
Comprender la construcción de la fuente de alimentación del horno de inducción
Antes de entender la construcción de los sistemas de alimentación eléctrica del horno de inducción, debes conocer bien los componentes internos y sus roles. Para obtener la potencia de salida deseada, el suministro de energía tiene varias partes principales, las cuales trabajan en conjunto.
Las bobinas y los inductores son el núcleo de la unidad de suministro de energía. Su función es formar un bobinado del transformador de alta frecuencia. El bobinado es tanto primario como secundario. La bobina primaria recibe la energía eléctrica, y la secundaria trabaja para transferirla a la cámara, que crea un poderoso campo electromagnético. La bobina primaria obtiene energía de una fuente externa.
Los siguientes componentes importantes son los capacitores y sus bancos, que regulan el suministro de energía. Los bancos almacenan energía para liberarla en ráfagas controladas más tarde mientras aseguran una salida estable. Cuando la energía se controla cuidadosamente, ayuda al suministro de energía a entregar la potencia efectiva requerida según la demanda del horno de inducción.
Por último, los rectificadores y los inversores convierten la CA (corriente alterna) en CC (corriente continua), o en algunas situaciones, la CC a CA.
Principalmente, es un rectificador que convierte la CA en CC que luego se suministra al inversor (este proceso asegura una utilización eficiente de la energía). Al mismo tiempo, el inversor es el que convierte la CC en CA, que es la mejor para alimentar la bobina primaria (para convertir eficientemente la potencia entre dos formas, es eficiente utilizar inversores y rectificadores).
A continuación, se muestra un diagrama del circuito de la fuente de alimentación utilizada en la calefacción por inducción:
Circuito de alimentación para aplicaciones de calentamiento y fusión por inducción
¿Cómo funcionan los sistemas de alimentación eléctrica del horno de inducción?
Ahora que ya conoces la comprensión fundamental de la construcción de una unidad de suministro de energía para horno de inducción, veremos sus principios de funcionamiento. El proceso se puede simplificar en algunos pasos clave:
Suministro de entrada – La fuente de energía es un convertidor estático de frecuencia de línea a frecuencia media/alta. Normalmente, la energía industrial está disponible en frecuencia de línea, trifásica. Sin embargo, los hornos de inducción requieren energía de alta frecuencia para alimentar a la bobina de inducción para aplicaciones de calentamiento/fusión.
Rectificación – El suministro entrante trifásico se alimenta a un rectificador de onda completa trifásico. Este rectificador convierte el suministro de CA en un suministro de CC. Durante la operación, los tiristores del convertidor permanecen activados en un ángulo de disparo máximo, asegurando un suministro continuo de CC al inversor mientras la energía esté encendida. La reactancia de CC filtra el suministro rectificado para suavizar aún más el suministro de CC.
Filtrado – Un filtro L/C filtra las ondulaciones de alta frecuencia y asegura una alimentación de CC suave. Este filtrado evita que las perturbaciones no deseadas regresen a la red principal.
Inversión (conversión de CC a CA) – La alimentación de corriente continua (CC) filtrada se envía a un inversor transistorizado, que la convierte de nuevo en una alimentación de corriente alterna (CA) a la frecuencia alta deseada.
Salida al horno de inducción – Esa potencia se entrega a la bobina primaria (a través del conjunto de bobina e inductor). Esto lleva a un campo magnético que induce la corriente en la carga metálica, lo que lleva al calentamiento y fusión del metal. El inversor puede regular la potencia entregada a la bobina de inducción. La frecuencia de conmutación del inversor varía para cambiar la potencia de salida. La frecuencia de conmutación se ajusta automáticamente al valor requerido en función de la potencia que demande el operador.
Beneficios del suministro de energía del horno de inducción
Los sistemas de alimentación eléctrica de un horno de inducción ofrece varias ventajas significativas en aplicaciones industriales. Algunos de estos beneficios son:
Alta eficiencia
Los sistemas de alimentación eléctrica hornos de inducción son conocidos por su alta eficiencia energética. Las fuentes de energía de los hornos de inducción cuentan con rectificadores controlados por silicio fuertes que generan la frecuencia y el amperaje necesarios para la fusión por lotes.
“Estas unidades de potencia incorporan rectificadores controlados por silicio resistentes que pueden generar tanto la frecuencia como el amperaje necesarios para la fusión por lotes y que son capaces de alcanzar niveles de eficiencia eléctrica superiores al 97%, una mejora sustancial respecto a la eficiencia del 85% típica de los suministros de energía por inducción de la década de 1970. Los nuevos diseños permiten la máxima utilización de la potencia del horno durante todo el ciclo de fusión con un buen control de la agitación.”
Control preciso
La fuente de energía permite un control preciso del proceso de calentamiento. Al ajustar la frecuencia, el voltaje y la corriente suministrada al horno de inducción, los operadores pueden lograr un control preciso de la temperatura y mantener las propiedades metalúrgicas deseadas del metal fundido.
Fusión y tratamiento térmico más rápidos
Los hornos de inducción con unidades de suministro de energía eficientes ofrecen capacidades rápidas de fusión y tratamiento térmico. El intenso campo electromagnético generado por la fuente de energía facilita un calentamiento rápido, reduciendo el tiempo de procesamiento en comparación con los métodos tradicionales (hornos a gas).
Amigable con el medio ambiente
Los hornos que utilizan la combustión para producir calor generan subproductos que no son limpios y afectan negativamente al medio ambiente. Un horno de inducción utiliza una fuente de energía eléctrica y no requiere combustión. Es un método limpio porque utiliza el calentamiento por inducción que produce calor para fundir el material.
Conclusión
Los sistemas de alimentación eléctrica del horno de inducción son un componente crítico que impulsa el funcionamiento eficiente de los hornos. Al aprovechar el poder de la inducción electromagnética, estas unidades permiten la fusión y el tratamiento térmico de diversos metales. Comprender la construcción de la unidad de suministro de energía, sus principios de funcionamiento y sus beneficios es esencial para optimizar su rendimiento y garantizar procesos metalúrgicos productivos y sostenibles.
Ya sea para fundir acero, aluminio u otros metales, la unidad de suministro de energía del horno de inducción juega un papel crucial en la configuración del futuro de la metalurgia moderna.
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Referencias:
Induction Furnace – An Overview – International Journal of Engineering and Technology Vol.3