Конструкции и проектирование электропечей
  2.3 Схема замещения и электрические характеристики дуговых печей

Полное сопротивление контура печи Zк.п складывается из сопротивления трансформаторного агрегата Zmp (вместе с дросселем), сопротивления короткой сети Zк.c и сопротивления собственно рабочей части печи Zn. Если трансформаторный агрегат включает дроссель или в установке имеется отдельный дроссель, то добавляется сопротивление дросселя Zдр.

Таким образом, полное сопротивление контура печи равно сумме полных сопротивлений составляющих его участков:

Каждый из участков обладает активным и реактивным сопротивлениями, которые связаны с полным сопротивлением зависимостью:

В большинстве случаев индуктивное сопротивление рабочей части печи мало. Можно принять Хп= 0, Хп=Rп, тогда

Поскольку сила тока короткого замыкания электродов на металл не должна превышать 2,5-3,5 кратного от номинального значения, вопрос о необходимости введения дополнительного сопротивления (дросселя) в контур печи решается в зависимости от значения Zк.с. и режима работы печи.

С электрической точки зрения печную установку можно рассматривать как набор активных и индуктивных сопротивлений, подключенных к питающей сети. Считая дуговую печь симметричной трехфазной системой, схему замещения можно принять однофазной, включенной на фазное напряжение обмотки низкого напряжения печного трансформатора.

При построении схемы замещения все элементы схемы, а также параметры обмоток трансформатора заменяют соответствующими индуктивными и активными сопротивлениями, включенными на фазное напряжение обмотки низкого напряжения печного трансформатора.

Полная и упрощенная схема замещения питания дуговой печи показана на рис. 2.7.

Схемы замещения питания дуговой печи

Рис. 2.7 Схемы замещения питания дуговой печи(полная и упрощенная схема). Условные обозначения: x1, r1- активное и индуктивное сопротивления сети. xдр, rдр – то же для дросселя, xт1, rт1 – то же для первичной обмотки трансформатора, xт2, rт2 - то же для вторичной обмотки трансформатора, x2, r2 - то же для короткой сети, U - фазное вторичное напряжение, Uд - напряжение на дуге, Rд - сопротивление дуги.

Ответвления x0, r0 имитируют потери в стали трансформатора. Ввиду незначительности этих потерь ими обычно пренебрегают, и схема замещения превращается в ряд последовательно включенных индуктивных и активных сопротивлений, которые условно считают постоянными, кроме сопротивления дуги Rд. Складывая все постоянные сопротивления, схеме придают вид цепочки из сопротивлений x, r и Rд, из которых лишь последнее может изменяться. При коротком замыкании Rд = 0, а ток короткого замыкания печи равен:

Следовательно, можно построить треугольник напряжений короткого замыкания. При таком построении принято активные слагаемые падения напряжения откладывать по вертикали, а реактивные по горизонтали (см. рис 2.8, АОВ). Сторона ОА представляют собой индуктивное падение напряжения Ix, AB – активное падение напряжения Ir, угол – сдвиг фаз тока и напряжения печи при коротком замыкании, а сторона ОВ - напряжение сети U. Так как при всех других режимах сумма всех активных и индуктивных падений напряжения в схеме должна быть равна U, вершина вектора ОВ должна лежать на окружности, проведенной из точки О радиусом ОВ.

Круговая диаграмма однофазной дуговой установки

Рис. 2.8 Круговая диаграмма однофазной дуговой установки

В соответствии с допущением о постоянстве индуктивного сопротивления падение напряжения в нем Ix будет пропорционально вторичному току I2, поэтому по оси абсцисс можно прямо отложить значения тока в масштабе ОА/I, в амперах на миллиметр. Если теперь для любого значения тока I2=ОС восстановить из С перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения в точке D с окружностью LM, то отрезок EС – дает падение напряжения в сопротивлении r, равное I2r, отрезок OC – падение напряжения в индуктивном сопротивлении x, равное I2x, отрезок DE – напряжение на дуге Uд=I2Rд, а угол - сдвиг фаз тока I2 и напряжения U. Построенная круговая диаграмма дает связь тока печи I2 с напряжением на дуге Uд, а следовательно, и с сопротивлением дуги. Это позволяет определить все основные характеристики печной установки:

где Pпот – электрические потери установки, Вт;

Pд – мощность, выделяющаяся в дуге, Вт;

Pакт – активная мощность установки, Вт;

S – кажущаяся мощность установки, В*А;

– электрический К.П.Д. установки.

Согласно формуле (2.5) напряжение на дуге и ее сопротивление могут быть получены не только графическим путем (из круговой диаграммы), но и расчетным путем:

В качестве примера на рис.2.9 показаны электрические характеристики дуговой печи емкостью 6 т с трансформатором мощностью 2,25 МВ*А при работе с дросселем. Из рисунка видно, что с увеличением тока электрический КПД печи и ее коэффициент мощности уменьшаются, электрические потери растут пропорционально квадрату тока, полная активная мощность печи и мощность дуг сначала растут, а затем пройдя максимум начинают уменьшаться. Поэтому увеличивать ток печи имеет смысл лишь до предела, соответствующего максимуму мощности дуг (в данном случае до 12,7 кА); при дальнейшем повышении тока будут увеличиваться лишь электрические потери, а электрический КПД, cos и мощность дуг будут уменьшаться.

Электрические характеристики дуговой сталеплавильной печи емкостью 6 т

Рис.2.9 Электрические характеристики дуговой сталеплавильной печи емкостью 6 т

Для того, чтобы определить ток, при котором мощность дуг достигает максимума, необходимо продифференцировать выражение (2.5) и приравнять нулю первую производную Pд:

Приравнивая нулю числитель дроби (–z2+Rд2) получаем, что максимуму мощности дуги соответствует условие Rд, а соответствующий ему ток:

Электрические характеристики печи позволяют для каждого случая оценить целесообразность работы печи в том или ином режиме и выбрать оптимальный ток.

Электрические характеристики печи можно определить опытным путем. Для определения мощности дуг печи необходимо подключить дополнительные ваттметры непосредственно к электродам у места их входа в свод. Более простым, но менее точным способом построения электрических характеристик являются расчеты по уравнениям (2.4-2.9). Для этой цели нужно знать параметры контура печной установки – ее активное и индуктивное сопротивление. На действующих печах эти параметры находят из опыта короткого замыкания на низшей ступени напряжения. При проектировании печной установки параметры контура рассчитывают но участкам.

  2.3 Схема замещения и электрические характеристики дуговых печей
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ