Kuparivalimon valu-uunin loistehon kompensointi eri virtalähdekäytössä

Abstract

Tämän insinöörityön tavoitteena oli analysoida Aurubis Finland Oy:n kuparivalimon valu-uunin eli kaksikouruinduktiouunin kulumista ja kulumisen vaikutuksia uunin sijaiskytkentään sekä laskea siihen liittyviä kompensointilaskuja kahdessa eri virtalähdekäytössä. Valu-uunin kuluminen muuttaa sen sähköisiä arvoja ja näin pienentää uunista saatavilla olevaa tehoa.

Opinnäytetyön tietoperustassa perehdyttiin aluksi sähkötekniikan eri käsitteisiin ja teoriaan, kuten sähkötehoon, loistehon kompensointiin, kompensointilaitteisiin, induktiokuumennukseen, induktiouuneihin sekä valimotekniikkaan. Tietoperustan jälkeen käytiin läpi toimeksiantajan toimintaympäristö ja laitteisto. Lopuksi analysoitiin uunin kulumista sekä kompensointia molemmissa sähkökäytöissä ja annettiin kehitysehdotukset laskelmineen molempiin tapauksiin.

Opinnäytetyö onnistui hyvin. Kehittämistehtävää pystyttiin analysoimaan kokonaisvaltaisesti ja kaikki annetut tavoitteet saavutettiin. Opinnäytetyön kehitysehdotuksia ja tuloksia tullaan hyödyntämään toimeksiantajalla sekä niiden perusteella tehdään muutoksia järjestelmiin. Kehitysehdotuksissa suunniteltiin ja laskettiin valu-uunin kulumisen mukaan säädettävä kompensointi molempiin sähkökäyttöihin. Pääsähkökäyttönä normaalituotannossa käytettävälle IGBT-muuttajalle suunniteltiin kolmiportainen lisäkompensointi ja sen häiriötilanteiden varalta olevalle varamuuntajakäytölle neliportainen kompensointi. Tuloksissa ilmeni, että IGBT-muuttajakäytössä virtakiskosto ei kestä lisäkompensoinnin tuomaa lisävirtaa, joten tuloksissa ehdotettiin kompensointiportaiden lisäksi vahvistuksia virtakiskostoihin. Varamuuntajakäytössä kompensointi suunniteltiin niin, että uuni- ja kompensointipiiri on aina parhaimmassa mahdollisessa tehokertoimessa olemassa olevilla kahdeksalla kondensaattoriparistolla. Tämän lisäksi ehdotettiin parannuksia varamuuntajakäyttöön muun muassa sähköturvallisuuden, mittaroinnin, sähkönlaadun ja käyttövarmuuden osalta.

The purpose of this thesis was to analyse the wearing of holding furnace, i.e., 2-channel induction furnace and the wearing effects on the furnace’s equivalent circuit and to make compensation calculations in two different power supply cases in Aurubis Finland Oy’s copper foundry. The wearing of holding furnace changes it’s electrical values and thus reduces the available power from the furnace.

First different electrical engineering concepts, including electric power, compensation of reactive power, compensation equipment, induction heating, induction furnaces and foundry engineering were studied. After the inspection of these basic concepts, the client’s operational environment and equipment were observed. Finally, the furnace’s wearing and compensation on both power supply usages were analysed, alongside with end results with suggestions for both cases.

The thesis succeeded well. The target of development could be analysed comprehensively and all the set goals were achieved. The end results included compensation design and calculus for both holding furnace’s power supply usages; the IGBT-converter main usage and the backup emergency operation transformer. The IGBT-converter usage included additional 3-step compensation design. However, the main bus bar turned out to be insufficient for additional current that the additional compensation presents in IGBT-converter usage. Thus, the end results had beside the design, a suggestion for bus bar strengthening. The end results for the direct-drive emergency operation transformer included 4-step compensation design for best possible power factor available in the use of existing 8-capacitor batteries. In addition to this, suggestions were made to improve electrical safety, measuring capability and operating reliability.