O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) é um dispositivo semicondutor que combina as vantagens dos MOSFETs e dos transístores bipolares, tornando-o ideal para aplicações de comutação de alta potência, como a fusão por indução.Neste contexto, os IGBTs regulam a potência das bobinas de indução, permitindo um controlo preciso da temperatura e uma fusão de metais eficiente em termos energéticos através da indução electromagnética.A tecnologia oferece vantagens significativas em relação aos métodos de fusão tradicionais, incluindo a redução do desperdício de energia, um funcionamento mais limpo e a capacidade de fundir vários metais de forma contínua.
Pontos-chave explicados:
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O que é o IGBT?
- Um dispositivo semicondutor híbrido que combina o controlo de tensão do MOSFET e o manuseamento de alta corrente do transístor bipolar.
- Funciona como um interrutor eletrónico eficiente para aplicações de alta potência.
- Principais caraterísticas:Comutação rápida, baixas perdas de condução e elevada capacidade de tensão/corrente.
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IGBT na fusão por indução
- Constitui o núcleo das fontes de alimentação dos fornos de indução modernos.
- Converte energia CA padrão em correntes precisas de média/alta frequência (tipicamente 1-10 kHz).
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Permite:
- Controlo preciso da temperatura (±5°C alcançáveis)
- Ciclos de aquecimento rápidos
- Eficiência energética (até 90% de eficiência térmica)
- Ao contrário dos sistemas tradicionais controlados por silício, os fornos baseados em IGBT produzem uma distorção harmónica mínima e poluição da rede eléctrica.
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Processo de indução electromagnética
- A corrente alternada gerada pelo IGBT passa através de bobinas de cobre arrefecidas a água.
- Cria um campo magnético alternado que penetra no material de carga.
- Induz correntes de Foucault que geram aquecimento resistivo (efeito Joule).
- O aquecimento adicional ocorre através de histerese magnética em materiais ferrosos.
- O aquecimento direto elimina as perdas de calor do cadinho, comuns nos fornos de retorta em atmosfera .
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Vantagens operacionais
- Versatilidade do material:Trabalha com aço (1600°C), cobre (1085°C), alumínio (660°C) e ligas.
- Funcionamento contínuo: capacidade de funcionamento 24/7 com sistemas de arrefecimento adequados.
- Controlo de precisão:As interfaces digitais permitem programar as curvas de aquecimento.
- Funcionamento limpo:Sem subprodutos de combustão em comparação com os fornos a combustível.
- Eficiência de espaço:Tamanho compacto em comparação com os sistemas de fusão tradicionais.
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Especificações técnicas
- Gama de frequências:1-20 kHz (frequência média)
- Densidade de potência: 500-10.000 kW/m³
- Eficiência típica: 85-92% eléctrica-térmica
- Taxas de fusão:100-5000 kg/h dependendo da configuração
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Comparação com alternativas
- Vs.Fornos baseados em SCR: 20-30% de eficiência superior
- Vs. arco elétrico: 50% menos consumo de energia
- Vs. fornos a gás: 70% menos emissões de CO₂
- Vs. aquecimento por resistência:Taxas de aquecimento mais rápidas
A integração da tecnologia IGBT revolucionou o processo de fusão por indução, proporcionando um controlo sem precedentes sobre o processo de fusão e reduzindo significativamente o consumo de energia e o impacto ambiental.Os sistemas modernos podem ajustar automaticamente a frequência e a potência de saída com base na fase de fusão (carga→fusão→superaquecimento), optimizando ainda mais o desempenho.Isto torna os sistemas baseados em IGBT particularmente valiosos para fundições que requerem um controlo preciso da composição da liga ou ambientes de fusão limpos.
Tabela de resumo:
| Caraterísticas | IGBT na fusão por indução |
|---|---|
| Eficiência | 85-92% eléctrica-térmica |
| Controlo da temperatura | Precisão de ±5°C |
| Gama de frequências | 1-20 kHz (frequência média) |
| Taxas de fusão | 100-5000 kg/h |
| Versatilidade de materiais | Aço, cobre, alumínio e ligas |
| Impacto ambiental | 70% menos CO₂ do que os fornos a gás |
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