مقدمه: نیازمندیهای صنعت الکترووینینگ
الکترووینینگ فرآیندی است که در آن فلزات (مانند مس، روی، نیکل، کبالت) از طریق الکترولیز از محلول آبی (الکترولیت) روی کاتد رسوب میکنند. نیازهای اصلی منبع برق در این فرآیند عبارتند از:
ولتاژ DC پایین و جریان بسیار بالا (مثلاً هزاران آمپر در ولتاژهای ۰ تا صدها ولت).
قابلیت تنظیم دقیق ولتاژ و جریان برای بهینهسازی راندمان و کیفیت فلز تولیدی.
قابلیت اطمینان و استحکام بسیار بالا برای کارکرد ۲۴ ساعته و ۳۶۵ روزه.
راندمان انرژی بالا به دلیل هزینههای سرسامآور برق در این صنایع.
۱. رکتیفایرهای تریستوری (Thyristor Rectifiers)
این نوع رکتیفایرها که با نام رکتیفایرهای کنترل شده با سیلیکون (SCR) نیز شناخته میشوند، رایجترین و مدرنترین تکنولوژی در این زمینه هستند.
اصول کار:
از خانواده تریستورها (مانند SCR) به عنوان عنصر کنترل اصلی استفاده میکنند.
با اعمال یک پالس به گیت (Gate) تریستور در لحظهای مشخص از سیکل ولتاژ AC، زمان هدایت (Firing Angle) کنترل میشود.
با تغییر این زاویه، میانگین ولتاژ خروجی DC به صورت پیوسته از صفر تا حداکثر مقدار قابل تنظیم است.
مزایا در الکترووینینگ:
راندمان بسیار بالا (۹۵٪ تا ۹۸٪): تریستورها در حالت هدایت افت ولتاژ کمی دارند که منجر به تلفات انرژی کم میشود.
کنترل بسیار دقیق: امکان تنظیم دقیق و سریع جریان خروجی با دقت بهتر از ۱٪ فراهم میکند. این برای کنترل کیفیت فلز رسوب کرده حیاتی است.
قابلیت اتوماسیون: به راحتی میتوان آنها را توسط سیستمهای DCS یا PLC برای بهینهسازی فرآیند کنترل کرد.
قابلیت اطمینان بالا: طراحی جامد (Solid-State) و بدون قطعات مکانیکی متحرک، عمر طولانی و نگهداری کمتری require میکند.
انعطافپذیری: میتوانند در محدوده وسیعی از توانها (از چند صد کیلووات تا دهها مگاوات) ساخته شوند.
معایب و چالشها:
هارمونیکهای (Harmonics) جریان: روش کلیدزنی فاز (Phase Angle Control) که برای کنترل ولتاژ استفاده میشود، جریان ورودی را به شدت اعوجاج میدهد. این امر کیفیت برق شبکه را کاهش داده و نیاز به فیلترهای هارمونیک بزرگ و پرهزینه دارد.
ضریب توان (Power Factor) متغیر: ضریب توان در ولتاژهای خروجی پایین، بسیار کاهش مییابد که بازدهی استفاده از شبکه برق را کم میکند. برای جبران آن معمولاً از بانکهای خازنی با راکتورهای تنظیمشونده (Tuned) استفاده میشود.
هزینه اولیه بالا: اگرچه در بلندمدت مقرون به صرفه هستند.
۲. رکتیفایرهای اشباع (Saturated Reactor Rectifiers)
این تکنولوژی، یک تکنولوژی قدیمیتر اما بسیار باثبات و قابل اطمینان است. این رکتیفایرها از ترکیب یک رکتیفایر دیودی غیرقابل کنترل و یک رآکتور اشباع شونده (Saturable Reactor) برای کنترل ولتاژ خروجی استفاده میکنند.
اصول کار:
بخش اصلی یک پل دیودی است که همیشه حداکثر ولتاژ خروجی را تولید میکند.
در مسیر جریان AC ورودی یا DC خروجی، یک سلف (رآکتور) با هسته آهنی قرار میگیرد.
در حالت عادی، این رآکتور با ایجاد راکتانس (مقاومت سلفی)، از عبور جریان جلوگیری میکند.
با اعمال یک جریان DC کوچک به سیمپیچ کنترل (Control Winding) رآکتور، هسته آن اشباع میشود.
هنگامی که هسته اشباع شد، راکتانس آن به شدت کاهش یافته و اجازه میدهد جریان اصلی به راحتی از مدار عبور کند.
با کنترل جریان DC سیم پیچ کنترل، میزان اشباع و در نتیجه ولتاژ خروجی DC کنترل میشود.
مزایا:
سیگنال خروجی تمیز (Sinusoidal): از آنجایی که دیودها همیشه کامل هدایت میکنند، جریان ورودی شکل سینوسی خود را حفظ میکند. در نتیجه هارمونیکهای بسیار کمتری تولید میشود.
ضریب توان بالا: ضریب توان در تمام محدوده کاری تقریباً ثابت و نزدیک به ۱ است.
مقاومت در برابر اتصال کوتاه: به دلیل محدودیت ذاتی جریان توسط رآکتور، در برابر اتصال کوتاه بسیار مقاوم هستند.
طول عمر بسیار طولانی: ساختار ساده و مستحکم مکانیکی-الکتریکی.
معایب:
راندمان پایینتر (۸۵٪ تا ۹۲٪): تلفات مس و آهن در رآکتور بزرگ و همچنین تلفات در مدار کنترل DC، راندمان کلی را کاهش میدهد.
کنترل کندتر: پاسخدهی آن به تغییرات فرمان، به دلیل خاصیت سلف، کندتر از رکتیفایرهای تریستوری است.
حجم و وزن بسیار بزرگ: رآکتورهای اشباع، قطعاتی بزرگ، سنگین و پر هزینه هستند.
مصرف توان در حالت بیباری (No-Load): حتی وقتی جریان خروجی صفر است، رآکتور مقداری توان مصرف میکند.
نتیجهگیری برای صنعت الکترووینینگ:
رکتیفایرهای تریستوری به دلیل راندمان انرژی بالاتر و قابلیت کنترل دقیقتر، گزینه استاندارد و غالب در پروژههای جدید و نوسازی هستند. چالش هارمونیک آنها نیز با فیلترهای پیشرفته قابل مدیریت است.
رکتیفایرهای اشباع امروزه کمتر استفاده میشوند، اما هنوز در برخی واحدهای قدیمی که قابلیت اطمینان فوقالعاده و سادگی را بر بهرهوری انرژی ترجیح میدهند، در حال کار هستند.
بدون دیدگاه