मध्यम आवृत्ति प्रेरण भट्टियों का उपयोग फाउंड्री, फोर्जिंग संयंत्रों और धातु प्रसंस्करण सुविधाओं में पिघलाने, भंडारण करने और गर्म करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। विद्युत आपूर्ति किसी भी प्रेरण भट्टी प्रणाली का हृदय होता है, और इन्सुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर और सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टिफायर तकनीकों के बीच चुनाव प्रदर्शन, दक्षता और कुल लागत पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। इन दोनों विद्युत आपूर्ति प्रणालियों के बीच तकनीकी अंतरों को समझना उपकरण के चयन के लिए आवश्यक है।
सिलिकॉन नियंत्रित रेक्टिफायर (एससीआर) पावर सप्लाई कई दशकों से मध्यम आवृत्ति प्रेरण भट्टियों के लिए पारंपरिक तकनीक रही है। एससीआर उपकरण थायरिस्टर-आधारित अर्धचालक होते हैं जो गेट सिग्नल द्वारा सक्रिय होने पर धारा प्रवाहित करते हैं और धारा शून्य होने तक प्रवाहित होते रहते हैं। प्रेरण भट्टियों में, एससीआर को आमतौर पर छह-पल्स या बारह-पल्स ब्रिज रेक्टिफायर व्यवस्था में लगाया जाता है जो तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है, जिसे बाद में प्रेरण कॉइल को उत्तेजित करने के लिए मध्यम आवृत्ति प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जाता है। एससीआर पावर सप्लाई एक सुस्थापित तकनीक है जिसकी विश्वसनीयता दुनिया भर में हजारों प्रतिष्ठानों में सिद्ध हो चुकी है।
इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (IGBT) पावर सप्लाई, इंडक्शन हीटिंग अनुप्रयोगों के लिए सॉलिड-स्टेट पावर कन्वर्जन तकनीक की नई पीढ़ी का प्रतिनिधित्व करती हैं। IGBT वोल्टेज-नियंत्रित सेमीकंडक्टर उपकरण हैं जो बाइपोलर ट्रांजिस्टर की उच्च-धारा संचालन क्षमता को फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर की आसान गेट ड्राइव विशेषताओं के साथ जोड़ते हैं। आधुनिक IGBT-आधारित पावर सप्लाई सटीक रूप से नियंत्रित मध्यम आवृत्ति आउटपुट उत्पन्न करने के लिए पल्स-विड्थ मॉड्यूलेशन तकनीक का उपयोग करती हैं। IGBT की स्विचिंग आवृत्ति क्षमता SCR-आधारित प्रणालियों की तुलना में उच्च आवृत्तियों पर संचालन की अनुमति देती है, जिससे कुछ हीटिंग और मेल्टिंग अनुप्रयोगों में लाभ मिलता है।
दोनों तकनीकों की तुलना करते समय पावर फैक्टर और ग्रिड अनुकूलता महत्वपूर्ण कारक हैं। SCR आधारित बिजली आपूर्तियाँ स्वाभाविक रूप से लैगिंग पावर फैक्टर के साथ काम करती हैं, जो आमतौर पर ऑपरेटिंग पॉइंट और फायरिंग एंगल के आधार पर 0.85 से 0.92 तक होता है। बिजली आपूर्ति की पावर फैक्टर आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए आमतौर पर पावर फैक्टर करेक्शन कैपेसिटर की आवश्यकता होती है। IGBT आधारित बिजली आपूर्तियाँ, अपनी सक्रिय स्विचिंग प्रणाली के साथ, अतिरिक्त करेक्शन उपकरण के बिना 0.98 या उससे अधिक के पावर फैक्टर तक पहुँच सकती हैं। इससे बिजली आपूर्ति के लिए आवश्यक बुनियादी ढांचे में कमी आती है और बिजली की मांग पर लगने वाले शुल्क में काफी बचत हो सकती है।
दोनों तकनीकों की कार्यकुशलता परिचालन सीमा में भिन्न होती है। SCR पावर सप्लाई रेटेड पावर आउटपुट पर लगभग 92 से 95 प्रतिशत की अधिकतम दक्षता प्राप्त करती हैं। हालांकि, आंशिक लोड पर दक्षता में काफी गिरावट आती है क्योंकि SCR उपकरणों में चालकता हानि पावर स्तर की परवाह किए बिना अपेक्षाकृत स्थिर रहती है। IGBT पावर सप्लाई परिचालन स्थितियों की एक व्यापक श्रेणी में उच्च दक्षता बनाए रखती हैं, रेटेड लोड पर इनकी सामान्य दक्षता 94 से 97 प्रतिशत होती है और आंशिक लोड पर दक्षता में मामूली कमी आती है। परिवर्तनशील कार्यभार आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोगों के लिए, आंशिक लोड पर IGBT का लाभ समय के साथ महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत में परिणत हो सकता है।
स्टार्टअप और नियंत्रण विशेषताओं में दोनों तकनीकों के बीच उल्लेखनीय अंतर दिखाई देते हैं। SCR-आधारित प्रणालियों को स्थिर संचालन बनाए रखने के लिए विशिष्ट न्यूनतम लोड स्थितियों की आवश्यकता होती है, और फायरिंग कोण नियंत्रण तंत्र की प्रतिक्रिया गति में अंतर्निहित सीमाएँ होती हैं। IGBT-आधारित प्रणालियाँ शून्य पावर से सुचारू रूप से शुरू हो सकती हैं और आउटपुट मापदंडों के सटीक डिजिटल नियंत्रण के साथ पूर्ण आउटपुट तक तेज़ी से पहुँच सकती हैं। IGBT प्रणालियों का तेज़ प्रतिक्रिया समय उन अनुप्रयोगों के लिए लाभ प्रदान करता है जिनमें तीव्र पावर परिवर्तन की आवश्यकता होती है, जैसे कि बैच हीटिंग प्रक्रियाएँ या जब सटीक तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण हो।
अधिकांश मध्यम आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए IGBT तकनीक आवृत्ति सीमा और लचीलेपन के कारण उपयुक्त है। SCR-आधारित बिजली आपूर्तियाँ आमतौर पर निश्चित या सीमित रूप से समायोज्य आवृत्तियों पर काम करती हैं, जो आमतौर पर 500 से 2500 हर्ट्ज़ की सीमा में होती हैं। आवृत्ति अनुनाद टैंक सर्किट डिज़ाइन द्वारा निर्धारित होती है और संचालन के दौरान इसे आसानी से बदला नहीं जा सकता। IGBT-आधारित प्रणालियाँ व्यापक आवृत्ति सीमा में काम कर सकती हैं, जो आमतौर पर 500 से 10,000 हर्ट्ज़ तक होती है, और बदलते लोड की स्थितियों के अनुसार आवृत्ति को वास्तविक समय में समायोजित करने की क्षमता रखती हैं। यह लचीलापन उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से मूल्यवान है जहाँ ताप चक्र के दौरान लोड की विशेषताएँ बदलती हैं, जैसे कि जब चुंबकीय पदार्थ अपने क्यूरी तापमान से गुजरते हैं।
दोनों तकनीकों के भौतिक आकार और स्थापना संबंधी आवश्यकताएँ भिन्न-भिन्न होती हैं। SCR पावर सप्लाई में आमतौर पर DC चोक और AC लाइन रिएक्टर जैसे बड़े प्रेरक घटकों की आवश्यकता होती है, जिससे भौतिक आकार बढ़ जाता है। SCR उपकरण स्वयं बड़े हीट सिंक पर लगे होते हैं, जिन्हें जबरन वायु या जल शीतलन की आवश्यकता हो सकती है। IGBT पावर सप्लाई में उच्च स्विचिंग आवृत्तियों के कारण छोटे चुंबकीय घटक होते हैं और अर्धचालक उपकरणों के लिए कॉम्पैक्ट मॉड्यूल पैकेज का उपयोग किया जाता है। आधुनिक IGBT पावर सप्लाई, समकक्ष SCR-आधारित प्रणालियों की तुलना में 30 से 50 प्रतिशत तक पावर घनत्व में सुधार कर सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण कक्ष छोटे होते हैं और स्थापना लागत कम हो जाती है।
निरंतर उत्पादन वाले वातावरणों के लिए विश्वसनीयता और रखरखाव संबंधी विचार महत्वपूर्ण हैं। एससीआर तकनीक का लंबा इतिहास रहा है, इसके विफलता के तरीके अच्छी तरह से समझे गए हैं और इसके प्रतिस्थापन घटक आसानी से उपलब्ध हैं। एससीआर उपकरण यांत्रिक रूप से मजबूत होते हैं और विद्युत तनाव की घटनाओं के प्रति अपेक्षाकृत सहनशील होते हैं। आईजीबीटी तकनीक की विश्वसनीयता में पिछले दो दशकों में काफी सुधार हुआ है, आधुनिक मॉड्यूल उत्कृष्ट स्थायित्व प्रदान करते हैं। हालांकि, आईजीबीटी उपकरण वोल्टेज में अचानक होने वाले बदलावों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं और इसके लिए सावधानीपूर्वक सुरक्षा सर्किट की आवश्यकता होती है। दोनों तकनीकों को व्यापक निदान प्रणालियों से लाभ होता है जो घटकों की विफलता का पूर्वानुमान लगा सकती हैं, इससे पहले कि वे अनियोजित शटडाउन का कारण बनें।
शुरुआती लागत की तुलना में आमतौर पर बुनियादी इंस्टॉलेशन के लिए SCR तकनीक बेहतर साबित होती है। SCR पावर सप्लाई में इस्तेमाल होने वाले सेमीकंडक्टर उपकरण, समकक्ष IGBT मॉड्यूल की तुलना में कम महंगे होते हैं, और सर्किट की संरचना भी सरल होती है, जिसमें कम कंपोनेंट होते हैं। IGBT आधारित सिस्टम में अधिक परिष्कृत कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स, गेट ड्राइव सर्किट और सुरक्षा कंपोनेंट की आवश्यकता होती है। हालांकि, 10 से 15 साल के उपकरण जीवनकाल में कुल लागत पर विचार करते हुए, IGBT सिस्टम की ऊर्जा बचत, पावर फैक्टर लाभ और कम रखरखाव की आवश्यकता शुरुआती उच्च निवेश की भरपाई कर सकती है। विस्तृत लागत-लाभ विश्लेषण में स्थानीय बिजली दरों, पावर फैक्टर टैरिफ, अपेक्षित परिचालन घंटों और रखरखाव श्रम लागत पर विचार किया जाना चाहिए।
दोनों तकनीकों की उपयुक्तता अलग-अलग होती है। SCR-आधारित बिजली आपूर्ति उन बड़े क्षमता वाले पिघलने वाले संयंत्रों के लिए उपयुक्त है जहाँ भट्टी लगातार निर्धारित शक्ति पर या उसके आसपास चलती है। निरंतर पिघलने की प्रक्रिया चलाने वाली फाउंड्री को SCR तकनीक की सिद्ध विश्वसनीयता और कम प्रारंभिक लागत से लाभ होता है। IGBT-आधारित बिजली आपूर्ति उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से फायदेमंद है जिनमें परिवर्तनीय शक्ति स्तर, सटीक तापमान नियंत्रण, उच्च परिचालन आवृत्ति या कॉम्पैक्ट इंस्टॉलेशन की आवश्यकता होती है। ऊष्मा उपचार कार्य, विशेष मिश्र धातु पिघलाना और सीमित उपकरण कक्ष स्थान वाले संयंत्र IGBT तकनीक के लिए उपयुक्त हैं।
आईजीबीटी और एससीआर पावर सप्लाई तकनीक के बीच चयन विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं के गहन मूल्यांकन के आधार पर किया जाना चाहिए, जिसमें पावर स्तर, आवृत्ति आवश्यकताएँ, ड्यूटी साइकिल, उपयोगिता स्थितियाँ, स्थापना संबंधी बाधाएँ और बजट शामिल हैं। अनुभवी इंडक्शन हीटिंग इंजीनियरों से परामर्श करना और कई आपूर्तिकर्ताओं से विस्तृत तकनीकी प्रस्ताव प्राप्त करना यह सुनिश्चित करने में सहायक होगा कि चयनित तकनीक वर्तमान और भविष्य की उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करती है।
