Полная и упрощенная схемы замещения ДСП

Регулировать электрический режим можно, изменяя либо питающее напряжение, либо длину, а, следовательно, и токи дуг, Первым способом пользуются обычно лишь несколько раз за плавку, обычно при переходе от одного этапа плавки к другому. Второй способ позволяет регулировать режим печи непрерывно и плавно, опуская и поднимая электроды при помощи системы автоматического регулирования, поддерживающей токи фаз печи на заданном уровне.

Так как регулирование режима ДСП осуществляется в основном путем изменения длины дуги, а с нею и тока, целесообразно выявить зависимость от тока ее основных параметров; полезной к полной (активной) мощности, электрических потерь, электрического КПД и коэффициента мощности. Такого рода зависимости строят на основе схемы замещения печи; они носят название электрических характеристик.

Считая ДСП симметричной трехфазной системой, можно её схему замещения представить в виде однофазной цепочки последовательно включенных на фазное вторичное напряжение U_2ф индуктивных и активных сопротивлений: индуктивного сопротивления реактора x_р(активное сопротивление r_р и сопротивлениями x₀ и r₀ ввиду их малости пренебрегаем), индуктивного и активного сопротивления трансформатора x_m1,x_m2,r_m1,r_m2; индуктивного и активного сопротивления короткой сети x₂, r₂; сопротивления дугиR_д, принимаемого активным (рис.2, a); R_д может произвольно меняться, тогда как остальные принимаются неизменными. Поэтому все индуктивные и активные сопротивления можно сложить, обозначив сумму активных сопротивлений через r, а сумму индуктивных – через x(рис.2, б).

а)

б)

Рисунок 2. Схема замещения дуговой печи: полная (а) и упрощенная (б)

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

Круговая диаграмма ДСП

Для такой схемы замещения можно построить круговую диаграмму. При К.З. R_д=0, а ток КЗ печи равен

(1)
r = r_кс +r_тр(2)

x = x_кс + x_тр(3)
r = 4,1·10^-4 + 6·10^-4 = 1,01·10^-3 Ом;

x = 31,4·10^-4 + 28·10^-4 = 5,94·10^-3Ом;

Зная r и x, можно построить треугольник напряжений К.З., при этом активные слагающие напряжения принято откладывать по вертикали, а реактивные – по горизонтали. Сторона ОА представляет собой индуктивное падение напряжений I_2к·x, АВ – активное падение напряжения, I_2к·r, угол j_к – это сдвиг фаз тока и напряжения печи при К.З., сторона ОВ – фазное напряжение U₂. Т.к. при всех других режимах сумма всех активных и индуктивных падений напряжения в схеме д.б. равна U_2ф, вершина вектора ОВ должна лежать на окружности, проведенной из точки О радиусом ОВ.

I_2к · r = ·1,01·10^-3 = 50,33 В;

I_2к · x = ·5,94·10^-3= 295,75 В.

В соответствии с допущением о постоянстве индуктивного сопротивления x, падение напряжения на нем I₂·x должно быть пропорционально току I₂; следовательно, по оси абсцисс можно отложить значение тока I₂ в масштабе 1А=ОА/I_2k, мм. Если теперь для любого тока I₂ = ОС восстановить из С перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения в точки D с окружностью LM , то отрезок ЕС даст в масштабе напряжений падение напряжения на сопротивлении r, равное I₂·r, а отрезок ОС – падение напряжения на индуктивном сопротивлении x, равное I₂·x, отрезок DE- напряжение на дуге U_д=I₂∙R_д, а угол j – сдвиг фаз между током I₂ и напряжением U₂.

Рисунок 3. Круговая диаграмма однофазной дуговой установки

Рабочие характеристики ДСП

Построенная круговая диаграмма дает связь тока I₂ с напряжением на дуге U_2ф, а следовательно, и с сопротивлением дуги. Это, в свою очередь, позволяет построить все интересующие нас электрические характеристики печной установки в функции тока I₂.

Здесь Р_эл.п– мощность электрических потерь установки, Вт;

Р_д – мощность, выделяющаяся в дуге, Вт;

Р_акт– активная мощность установки, Вт;

S – полная мощность установки, В∙А;

h_эл – электрический кпд установки.

Таблица 2. Электрические характеристики печной установки

Рисунок 4 Электрические характеристики дуговой печи

Рисунок 5 Рабочие характеристики дуговой печи

Рисунок 5. График зависимости U_d = f(I₂)

Из рисунка видно, что с увеличением тока электрический КПД печи и ее коэффициент мощности падают, а потери в токопроводе и трансформаторе Р_эл.п растут пропорционально квадрату тока, полезная же Р_д и активная Р_акт мощности печи сначала растут, а затем, пройдя максимум, вновь начинают уменьшаться. Поэтому увеличивать ток сверх предела, соответствующего максимуму полезной мощности, нецелесообразно, т. к. при этом электрические потери будут больше увеличиваться, в то время как электрический КПД, cosj и производительность печи станут уменьшаться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проекта был рассчитан режим работы дуговой сталеплавильной печи прямого действия. На основе круговой диаграммы построены рабочие характеристики ДСП в зависимости от вторичного тока электрического трансформатора: активной мощности; полезной мощности, выделяемой в дуге; мощности электрических потерь; коэффициента мощности; электрического коэффициента полезного действия; напряжения дуги (внешняя характеристика источника питания). Эффективная работа дуговой сталеплавильной печи обеспечивается при наиболее оптимальном значении тока дуги 22 кА.