تهران القا

تفاوت کوره القایی سری و موازی

 

در مجموع در کوره های القایی از دو روش شامل روش سری و روش موازی جهت طراحی مدار تولید قدرت استفاده می شود که در بازار با توجه به مدار مورد استفاده به  کوره القایی  سری و کوره القایی موازی معروف هستند. در این مقاله قصد داریم به بررسی و معرفی کوره های القایی سری و موازی بپردازیم و تفاوت این دو مدار را شرح دهیم.

 

کوره القایی سری و موازی

 

کوره القایی مدار سری: کوره القایی مدار سری به آن دسته از کوره های القایی گفته می شود که خازن و کویل در آن ها به صورت سری در مدار قرار می گیرند. بنابراین در کوره های القایی سری، سلف و خازن با هم سذی بوده و لینک DC به صورت یک خازن بزرگ می باشد. ضمنا اینورتر نیزا از نوع VSI می باشد. در کوره های القایی سری ولتاژ به صورت موج مربعی و جریان به صورت موج سینوسی می باشد.

کوره القایی مدار موازی: کوره القایی مدار موازی به آن دسته از کوره های القایی گفته می شود که خازن و کویل در آن ها به صورت موازی در مدار قرار می گیرند. در کوره های القایی موازی، سلف و خازن با هم موازی بوده و لینک DC به صورت یک سلف بزرگ می باشد. ضمنا اینورتر نیز از نوع CSI‌ است. در این نوع از کوره ها ولتاژ به صورت موج سینوسی و جریان به صورت موج مربعی است.

 

* پیشنهاد ما مطالعه: کوره القایی چیست

 

تفاوت کوره های القایی سری و موازی در چیست؟

 

تفاوت کوره های القایی سری و موازی را می توان در فرآیند تشدید، اینورتر، بازده ذوب، نحوه اتصال به خطوط شبکه برق، ذخیره انرژی DC، در تلفات حرارتی تریستورهای اینورتر، در تعداد قطعات نیمه هادی و در در کنترل پذیری ذوب خلاصه نمود.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در فرآیند تشدید

مدار تشدید در یک مبدل تشدید شامل یک سلف و یک خازن و یک مقاومت است. دو مدار مورد استفاده از مبدل های تشدید، مدار تشدید سری و مدار تشدید موازی می باشد.

 

زمانی که تشدید اتفاق می افتد، سلف و خازن با یکدیگر انرژی مبادله می کنند و مقدار کل انرژی ذخیره شده در مدار تغییر نمی کند. مقدار کل انرژی در حالت تشدید مقداری ثابت است که این مقدار با مقدار انرژی ذخیره شده در سلف یا خازن در نقطه پیک یکسان است. در فرایند تشدید مقداری از انرژی در اثر مقاومت مدار تلف می شود و در نتیجه انرژی ذخیره شده در سلف در هر بار رزونانس کاهش می یابد.

در کوره هایی که دارای مدار سری هستند در فرکانس های پایین تر از فرکانس تشدید مدار خاصیت خازنی داشته و در فرکانس های بالاتر از فراکانس تشدید مدار خاصیت سلفی خواهد داشت. در مدار تشدید سری به علت سری بودن عناصر تشدید هر کدام که راکتانس بیشتری داشته باشد تعیین کننده خازنی بودن و یا سلفی بودن مدار هستند. با توجه به ویژگی فوق در مدار تشدید سری در ناحیه خازنی با افزایش فرکانس و نزدیک شدن آن به فرکانس تشدید، انرژی و جریان مدار افزایش می یابد اما در ناحیه سلفی با کاهش فرکانس و نزدیک شدن آن به فرکانس تشدید، انرژی و جریان مدار افزایش می یابد.

در مدار تشدید موازی  و در فرکانس های پایین تر از فرکانس تشدید مدار خاصیت سلفی داشته و در فرکانس های بالاتر از فرکانس تشدید مدار خاصیت خازنی خواهد داشت. در مدار تشدید موازی در ناحیه سلفی با افزایش فرکانس و نزدیک شدن آن به فرکانس تشدید، انرژی و ولتاژ مدار افزایش می یابد، اما در ناحیه خازنی با کاهش فرکانس منبع و نزدیک شدن آن به فرکانس تشدید، انرژی و ولتاژ مدار افزایش می یابد.

از این رو در کوره های القایی سری و موازی به علت عبور تمام جریان از تک تک المان ها، هر یک از عناصر خازنی و یا سلفی باید توانایی تحمل این جریان ها را داشته باشند. از دیدگاه عملی کوره های سری در فرکانس های پاینی و کوره های موازی در فرکانس های بالا کاربرد دارند. برای سیم پیچ های القاگر امپدانس بالا از توپولوژی سری و برای سیم پیچ ها القاگر امپدانس پایین از توپولوژی موازی استفاده می شود.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در اینورتر

عمده ترین تفاوت در کوره های القایی سری و موازی در بخش اینورتر کوره های القایی می باشد.  با روابط فیزیک می توان ثابت کرد که توان و ولتاژ خروجی در اینورتر کوره های موازی بیشتر از سری است. بعبارتی کوره های القایی موازی به دلیل این مزیت در کاربردهای القایی انتخاب مناسب تری محسوب می شوند که البته این طرح دارای معایبی است برای مثال زمانی که کوره در حال زینتر است، با کم و زیاد کردن پتانس کوره بهترین توان در پتانس بیشینه رخ می دهد  و ضریب توان کاهش می یابد و در نتیجه این امر بازده انرژی کاهش می یابد.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در بازده ذوب

بازده ذوب بیانگر نحوه مصرف انرژی در هر ذوب است. به بیان دیگر مقدار راندمان مصرف انرژی برق را نشان میدهد. اگر همه موارد طراحی و بکارگیری المانهای مناسب رعایت شود، بازده کوره سری ماکزیمم تا ۵ درصد میتواند بیشتر از کوره موازی باشد.هیچ یک از سازندگان این پارامتر را در مورد کوره های تولید شده خودشان ذکر نمی کنند. دلیل آن پیچیدگی اندازه گیری و عدم توانایی برای اثبات صحت مدعاست. اما از نظر کاربران کمتر بودن قیمت تمام شده برق برای هر کیلوگرم ذوب میتواند معیاری برای تشخیص وضعیت راندمان باشد.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در نحوه اتصال به خطوط شبکه برق

این پارامتر نشان دهنده بخش ورودی کوره است که شبکه برق به آن متصل می شود. مدارهای مختلفی برای ورودی وجود دارد که دو نوع معروف آنها عبارتند از : پل دیودی و پل تریستوری که از آنها به عنوان رکتیفایر نیز نام برده میشود. هر کدام از این مدارات مزایا و معایب خود را دارند. در رکتیفایر دیودی، هیچگونه کنترلی بر روی ولتاژ دریافتی از شبکه وجود ندارد. از طرفی مقدار ضریب قدرت میتواند در این مدار بزرگ باشد که مطلوب است. در عوض در رکتیفایر تریستوری ولتاژ خروجی بر حسب ولتاژ ورودی شبکه قابل تنظیم است، ولی ضریب قدرت در شرایطی که ولتاژ خروجی کمتر از ولتاژ ورودی باشد کوچکتر است که این امر نامطلوب است. با افزایش ولتاژ خروجی در رکتیفایر تریستوری عملکرد آن همانند رکتیفایر دیودی خواهد شد.

در کوره های سری معمولاً از توانهای پایین تا توان ۶۰۰ کیلو وات کوره یک تن)، از پل دیودی استفاده می شود. در کورههای موازی لازم است تا در تمام توانها از رکتیفایر تریستوری استفاده شود. در کوره های با تکنولوژی جدید، بخش ورودی از نوع رکتیفایر دیودی است. اما یک بخش دیگر به آن اضافه گردیده تا قابلیت تنظیم ولتاژ همانند کوره های موازی حفظ گردد. به همین دلیل بخش ورودی این کورها، مزایای هر دو کوره سری و موازی را دارد.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در ذخیره انرژی DC

در خروجی بخش رکتیفایر، معمولاً یک بخش ذخیره کننده انرژی وجود دارد که وظیفه آن تثبیت بیشتر قدرت خروجی و جلوگیری از نوسان میباشد. دو عنصر ذخیره کننده انرژی عبارتند از : سلف (چوک) و خازن، هر دو می توانند بخوبی انرژی را ذخیره کنند. نمی توان مزیت خاصی را نسبت به یکدیگر برای آنها ذکر کرد، بلکه بسته به نوع مدارات جانبی، یکی از این دو باید استفاده شود و نمی توان آنها را بجای یکدیگر بکار گرفت. ساخت خازن به تکنولوژی بالاتری نیاز دارد و طول عمر آن در مقایسه با سلف کمتر است.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در تلفات حرارتی تریستورهای اینورتر

تلفات حرارتی تریستورهای اینورتر بطور مستقیم با فرکانس و جریان و ولتاژ اینورتر در ارتباط است. در کوره های موازی، فرکانس کار کوره تغییرات کمی دارد. در کوره های سری تغییرات فرکانس بیشتر است. همچنین جریان در تریستورهای موازی از سه تا هفت برابر کمتر از کوره های سری است. این دو پارامتر باعث شده اند تا تلفات در تریستورهای کوره های سری، بیشتر باشند. در تکنولوژی جدید، فرکانس کار همانند کوره های موازی دارای تغییرات کمی است. گرچه مقدار فرکانس کار، کمتر از کوره های مشابه موازی است که باعث میشود تا تلفات کاهش یابد اما جریان بیشتر از کوره های موازی است.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در تعداد قطعات نیمه هادی

در کوره های موازی و سری مشابه، تعداد المانها در بخش ورودی یکسان است، اما نوع آنها فرق می کند. در کوره های سری از دیود و در کوره های موازی از تریستور استفاده میشود. تعداد تریستورها در بخش اینورتر، در هر دو کوره یکسان است. اما در کوره سری به تعداد تریستورها از دیود نیز استفاده میشود. کوره های موازی دارای یک تریستور اضافه در بخش اینورتر هستند که تنها در هنگام استارت اولیه از آن استفاده می شود.

• تفاوت کوره های القایی سری و موازی در کنترل پذیری ذوب

نحوه کنترل توان در کویل ذوب در کوره های سری، بدلیل آنکه از پل دیودی در ورودی استفاده شده است، امکان این وجود دارد تا اپراتور در صورت تمایل و در حین ذوب گیری، توان دستگاه را کم و زیاد کند. اما در کوره های موازی، بدلیل استفاده از رکتیفایر تریستوری در ورودی، بهتر است تا همیشه دستگاه با بالاترین توان کار کند. زیرا در صورتی که توان دستگاه در حین ذوب کاهش یابد توان راکتیو در ورودی بالا رفته و هزینه ذوب افزایش می یابد.

 

 

مقایسه انواع مختلف مدارهای تولید قدرت

 

• تغذیه مدار: در مدار موازی اینورتر با جریان الکتریکی و در مدار سری با ولتاژ تغذیه می شود.
• کنترل توان: در مدار موازی کنترل توان توسط تغییر ولتاژ dc و در مدار سری با تغییر فرکانس انجام می شود.
• ضریب توان: ضریب توان در مدار موازی متغیر و در مدار سری با توان ثابت در کلیه زمان ها بوده است.
• تغییر توان: در مدار موازی تغییر توان بر اساس نوسان ولتاژ خط و در مدار سری حفظ توان ثابت در حین اعمال ولتاژ نوسانی استفاده می شود.
• عبور جریان: در مدار موازی عبور جریان از تجهیزات تولید قدرت فقط به صورت Active از تجهیزات تولید قدرت انجام می شود و در مدار سری عبور جریان Reactive  به همراه جریان Active از تجهیزات تولید قدرت است.
• متاثر شدن توان از عوامل منفی: در مدار موازی متاثر شدن توان از عوامل منفی در ولتاژ  و در مدار سری از جریان و ولتاژ است.
• وجود اتصال کوتاه: در مدار سری وجود اتصال کوتاه در مدار منجر به خرابی در تجهیزات و در مدار موازی وجود مدار ضد اتصال کوتاه موجود است.

انعطاف پذیری: انعطاف پذیری مدار موازی کم جهت با کاربردهای مختلف و در مدار سری انعطاف پذیری بالا و با کاربردهای مختلف است.