Выпрямитель для нагрева на SCR

Если брать тиристорные выпрямители для нагрева – тут вечно путаница между простым регулированием и стабильностью под нагрузкой. Многие думают, что SCR-система решит все проблемы, но без правильного подхода к охлаждению и компенсации реактивной мощности даже дорогие схемы горят на третьем месяце эксплуатации.

Что на самом деле означает тиристорное управление

Когда мы в 2018-м ставили первый выпрямитель на базе Т-161 от ООО Хэбэй Тонгке по производству электрооборудования, столкнулись с классической ошибкой – пытались добиться плавного регулирования только за счет угла открытия тиристоров. На бумаге КПД был 0.92, а на практике при 40% нагрузки начинались провалы по напряжению.

Пришлось пересматривать всю схему компенсации. Добавили дроссели с переключением отклика в 10 мс – это дало прирост по стабильности дуги в индукционных печах. Кстати, документация с сайта https://www.tongke.ru тогда сильно выручила – там были реальные графики нагрузочных характеристик, а не рекламные картинки.

Сейчас уже очевидно, что ключевой параметр – не максимальный ток, а как система держит выпрямитель для нагрева на SCR при резком изменении импеданса нагрузки. У того же Т-161 заложен запас по току в 15%, но если не учитывать температуру переходов тиристоров – этот запас съедается за два цикла работы.

Проблемы охлаждения в промышленных условиях

Летом 2020 на алюминиевом заводе в Красноярске столкнулись с деградацией модулей после 2000 часов работы. Виноватым оказался не сам выпрямитель для нагрева на SCR, а расположение воздухозаборников – они забивались абразивной пылью через три недели.

Пришлось разрабатывать двухступенчатую систему фильтрации с обратной продувкой. Интересно, что в каталоге ООО Хэбэй Тонгке по производству электрооборудования нашли готовое решение для пыльных сред – серию RSN с принудительным обдувом через лабиринтные каналы. Но пришлось дорабатывать крепления фильтров – штатные не держали вибрацию.

Тут важный момент: многие производители дают параметры для чистых цехов, а в реальности возле прокатных станов температура вокруг шкафа может достигать 55°C. При таких условиях стандартные алюминиевые радиаторы просто не успевают отводить тепло от силовых тиристоров.

Особенности настройки системы управления

Самый сложный момент – балансировка петли регулирования. Когда мы тестировали выпрямители для индукционного нагрева, оказалось что ПИД-регулятор должен иметь переменные коэффициенты в зависимости от температуры заготовки.

На установке закалки валов в Нижнем Новгороде пришлось вводить две отдельные кривые регулирования – для температур ниже 600°C и выше. Иначе при переходе через точку Кюри начинались автоколебания с амплитудой до 30% от номинального тока.

Кстати, в современных моделях от Тонке уже встроена адаптивная настройка, но ее нужно активировать отдельно – по умолчанию стоит стандартный ПИД-регулятор. На их сайте https://www.tongke.ru есть технические заметки по калибровке, но они спрятаны в разделе документации к источникам постоянного тока.

Реальные кейсы замены устаревшего оборудования

В прошлом году переводили кузнечный цех с морально устаревших вентильных преобразователей на тиристорные системы. Основная проблема была не в самом выпрямителе для нагрева на SCR, а в согласовании с механическими прессами – при одновременной работе возникали просадки напряжения.

Решение нашли через установку буферных конденсаторных батарей и перераспределение циклов работы. Интересно, что по спецификации ООО Хэбэй Тонгке по производству электрооборудования их выпрямители серии THF как раз рассчитаны на работу в сетях с периодическими бросками нагрузки – там стоит специальная логика пропуска импульсов при резком падении напряжения.

После модернизации энергопотребление снизилось на 18%, но пришлось пожертвовать скоростью нагрева – теперь цикл дольше на 12 секунд. Для поковки ответственных деталей это некритично, а вот для массового производства пришлось бы ставить два модуля параллельно.

Перспективы развития технологии

Сейчас активно тестируем гибридные схемы где выпрямитель для нагрева на SCR работает в паре с IGBT-инвертором. Это дает выигрыш по КПД на частичных нагрузках – как раз то что нужно для печей с частой сменой режимов.

Из интересного – у китайских коллег из Тонке появились модели с предсказательной регулировкой на основе нейросетей. Пока рано говорить о результатах, но на тестовых прогонах удалось снизить перерегулирование температуры с 5% до 1.8% при скачкообразном изменении массы заготовки.

Думаю следующий шаг – интеграция систем диагностики с предиктивным обслуживанием. Уже сейчас их оборудование передает данные о температуре переходов тиристоров, но нет анализа трендов деградации. Если добавить такую функцию – можно будет планировать замену модулей до выхода из строя.

В целом тиристорные выпрямители еще долго будут актуальны для нагрева – особенно там где нужна надежность а не максимальный КПД. Новые SiC-технологии пока слишком дороги для массового применения в металлургии.