التحكم الذكي في إمداد الطاقة بنظام الحث الكهرومغناطيسي

تم اقتراح طريقة تحكم ذكية لتحسين أداء مزود الطاقة للتدفئة بالحث الكهرومغناطيسي، والتي يمكن أن تنظم درجة حرارة البوتقة بشكل مناسب، كما يتم تقديم هيكل طوبولوجيا مصدر الطاقة للتدفئة بالحث الكهرومغناطيسي، كما ويتم تحليل مبدأ عملها، بحيث يتكون مصدر الطاقة من ست وحدات طاقة منفصلة.

تحليل التحكم الذكي في إمداد الطاقة بنظام الحث الكهرومغناطيسي

في الآونة الأخيرة، ومع تقدم إلكترونيات القدرة وتكنولوجيا أشباه الموصلات، أدى ظهور تحويل التردد عالي الطاقة وعالي الكفاءة إلى تعزيز تطوير تقنية التسخين بالحث لتسخين الفولاذ بشكل كبير، كما تشير ممارسة تقنية الصب المستمر إلى أن الصب بدرجة حرارة ثابتة مع ارتفاع درجة حرارة منخفضة يلعب دوراً مهمًا في تحسين الجودة والتشغيل المستقر للبلاطة.

كما يعد تيار الإدخال لمصدر الطاقة للتدفئة بالحث الكهرومغناطيسي الوسيط وسيلة لتحويل الطاقة ويؤثر على جودة الطاقة للشبكات العامة، وحالياً يتعلق ناتجها بالتحكم في درجة حرارة البوتقة، كما يعتبر مصدر الطاقة للتدفئة بالحث الكهرومغناطيسي اللولبي مهماً لإنتاج منتجات فولاذية خاصة في عملية الصب المستمر.

كما أن هناك واحدة من أكثر الطرق فعالية لتحسين الإنتاجية وهيكل التصلب وجودة المنتج تتوافق مع التحكم في درجة حرارة الفولاذ المصهور، لذلك يركز المزيد من الباحثين على البحث عن مصدر حرارة خارجي للتعويض عن انخفاض درجة حرارة الماء الفولاذي في البوتقة والتحكم بدقة في درجة الحرارة المثلى والحفاظ على درجة حرارة الماء الفولاذي في جهاز التبلور ثابتاً، لذلك تم تطوير أشكال مختلفة من إمدادات الطاقة لنظام التدفئة بالحث الكهرومغناطيسي في العقود الأخيرة.

الهيكل الطوبولوجي لرصد العاكس التردد الكهربائي

كذلك تم اقتراح هيكل طوبولوجي لعاكس رنيني عالي التردد من نوع الجهد المنخفض مع وحدة مكثف تحويل إضافي، كما يتكون الهيكل التقليدي لمزود الطاقة للتدفئة بالحث الكهرومغناطيسي من مقوم وعاكس متعدد الرنين متسلسل، كما تم اقتراح عاكس بسيط من الفئة (D) بتردد ثابت للتسخين بالحث عالي التردد الكهربائي، كذلك تم اقتراح هيكل جديد لعاكس رنيني عالي التردد بجهد صفري بتبديل ناعم.

كذلك تم اقتراح طوبولوجيا إمداد الطاقة الجديدة، والتي تتيح التسخين التعريفي عالي الأداء باستخدام استرداد الطاقة المغناطيسية، وذلك لإضافة إمكانية تحكم مستقلة للتردد والتيار الكهربائي، بحيث تم تقديم عاكس رنين عالي التردد بتبديل الجهد الصفري مع طور تيار مُعدَّل نبض مزدوج متكيف مع قدرة الحمل للتحكم في تطبيقات التسخين بالحث.

حالياً تعتمد معظم إمدادات طاقة التسخين في الصين على الهيكل الطوبولوجي التقليدي، والذي يتكون من محول متعدد اللفات ومعدل الصمام الثنائي ثلاثي الأطوار ومحول الجسر (H) المتتالي، وعلى وجه التحديد يمكن بسهولة تحقيق تحويل (AC-AC) من ثلاث مراحل إلى مرحلة واحدة، ومع ذلك في عملية الصب المستمر بأكملها.

كما يُظهر (tundish) فقداً حرارياً بدرجات متفاوتة؛ خاصة خلال فترات الصب غير الطبيعية مثل المرحلة الأولية من الصب وتبادل المغرفة ونهاية الصب، مما يؤدي حتماً إلى انخفاض كبير في درجة الحرارة، وفي الوقت نفسه يتوافق الماء الفولاذي مع الحمل غير الخطي وتختلف مقاومته باختلاف وزن ودرجة حرارة ماء الفولاذ المسخن، بحيث لا تتم معالجة معظم إمدادات طاقة التسخين بالحث الكهرومغناطيسي بشكل جيد بسبب هذه العوامل.

مزود الطاقة لنظام التسخين بالحث الكهرومغناطيسي Tundish

كما يتم تشغيل نظام التسخين بالحث الكهرومغناطيسي اللولبي بواسطة مصدر طاقة عالي التردد متتابع متغير التردد إلى ملف الحث، وبالتالي يتم تكوين مجال كهرومغناطيسي يولد تياراً كبيراً في المغرفة لتحقيق تسخين الفولاذ المصهور، كما يوضح الشكل التالي (1) طوبولوجيا مصدر طاقة التسخين الكهرومغناطيسي عالي الطاقة المتتالي ذو التردد المتغير المتتالي.

كما أن هناك ست وحدات طاقة، بحيث تم اعتماد المقوم ثلاثي الطور للمرحلة الأمامية وعاكس الجسر الكامل أحادي الطور للمرحلة الخلفية في كل وحدة طاقة، والتي يتم توفيرها من خلال الملف الثانوي للمحول، كذلك اللف الثانوي في اتصال دلتا لتقليل التيار التوافقي المدخلات، كما تم تحسين درجة التوحيد والتكرار لنظام الطاقة بالكامل من خلال اعتماد مفهوم تصميم وحدات الطاقة.

كما أنه من المريح جداً إخراج كل وحدة طاقة من الحامل واستبدالها، مما يعزز أمان وموثوقية النظام، وعلى العكس من ذلك عندما يتقلب مصدر الطاقة؛ فإنه يضمن استقرار جهد جانب التيار المستمر ويزيد من كثافة النقل لوحدة الطاقة الكهربائية.

في الشكل التالي السابق تكون (LS) هي محاثة التوصيل على جانب إدخال التيار المتردد (usx ، isx)، حيث (x =a,b,c)، وهي جهد دخل التيار المتردد ثلاثي الطور والتيار على التوالي (C1 ، C2) هما مكثفات السلسلة على جانب المعدل و (C) هو مكثف تعويض الطاقة التفاعلية من جانب الحمل، وهناك ست وحدات طاقة متتالية، كما وتم اعتماد إستراتيجية تعديل إزاحة الطور الحامل. نفترض أن جهد الوحدة الفرعية يتوافق مع (uc) ويمكن أن يصل جهد الخرج إلى (27) مستوى من (−13uc) إلى (13uc).

إمداد الطاقة الكهربائية لنظام التسخين بالحث الكهرومغناطيسي Tundish

تتكون إستراتيجية التحكم العامة لإمدادات الطاقة ذات التردد المتغير المتتالي عالي الطاقة لنظام التسخين بالحث الكهرومغناطيسي اللولبي من الأجزاء الثلاثة التالية:

• التحكم في مقوم المرحلة الأمامية: يمكن استخدام وحدة الطاقة (1) في الشكل (1) كدائرة مقوم في المقدمة:

حيث أن (ua ، ub ، uc) هي الفولتية الطورية للعاكس.

حيث أن (sRx) يساوي (1) و (1) لتوصيلات ذراع الجسر العلوي والسفلي على التوالي، كما يتم التعبير عن إشارات تبديل المعدل على النحو التالي:

• التحكم في العاكس الكهربائي العكسي: يمكن استخدام العاكس أحادي الطور ذو المرحلة الخلفية للتحكم في تيار الخرج والتسخين الزائد الحراري للصلب المصهور، ومع ذلك؛ فإن المعاوقة المكافئة للصلب المصهور المحمّل، أي المقاومة المكافئة (Rst) والحث (Lst) تتغير مع درجة الحرارة، وبالتالي يتأثر تيار الخرج منخفض التردد، مما يؤثر بشكل أكبر على درجة حرارة الفولاذ المصهور.

على العكس من ذلك وأثناء صب البوتقة؛ يؤدي تبديد حرارة الفولاذ المصهور إلى البيئة إلى تقليل درجة حرارة البوتقة، وبالتالي؛ فإن درجة حرارة الفولاذ المصهور في حالة غير مستقرة وتنحرف عن درجة الحرارة المستهدفة، لذلك من الضروري دمج وحدة التحكم السحابية للحصول على العلاقة بين درجة حرارة الفولاذ المصهور والتغير في التيارات الناتجة.

يظهر مخطط التحكم في عاكس المرحلة الخلفية في الشكل التالي (3)، حيث أن يرمز (PWM) إلى تعديل عرض النبضة، كما يتم تشغيل إشارات النبض (s11 − s14 ، s61 s64) بواسطة جهاز تبديل الطاقة في كل عاكس عبر تعديل إزاحة المرحلة الحاملة.

وبالنهاية نقترح خوارزمية تحكم ذكية تعتمد على التحكم السحابي، والتي يتم تطبيقها على نظام تسخين بالحث الكهرومغناطيسي، كما يتم إعطاء هيكل طوبولوجيا لإمدادات الطاقة المتتالية عالية الطاقة لنظام التسخين بالحث الكهرومغناطيسي، بحيث يتكون مصدر الطاقة من ست وحدات طاقة، كما ويتكون كل منها من مقوم ثلاثي الطور وعاكس أحادي الطور. يمكن الحصول على جهد تيار مستمر ثابت من المعدل ثلاثي الطور الذي يتم توفيره للعاكس.