Рассчитать и построить характеристики дуговой сталеплавильной печи (ДСП)

Считая ДСП симметричной трехфазной системой, можно её схему замещения представить в виде однофазной цепочки последовательно включенных на фазное вторичное напряжение U2ф индуктивных и активных сопротивлений: индуктивного сопротивления реактора xр (активное сопротивление rр и сопротивлениями x0 и r0 ввиду их малости пренебрегаем), индуктивного и активного сопротивления трансформатора xm1, xm2, rm1, rm2 индуктивного и активного сопротивления короткой сети x2, r2; сопротивления дуги Rд, принимаемого активным (рис. 1, a); Rд 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. 1, б).
а)б)
Рис 1. Схема замещения дуговой печи: полная (а) и упрощенная (б)
При К.З. Rд=0, а ток КЗ печи равен:
Построим треугольник напряжений КЗ, при этом активные составляющие откладываем по вертикали, реактивные – по горизонтали.
Сторона ОА представляет собой индуктивное падение напряжений I2·x, АВ – активное падение напряжения, I2·r, угол 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 U2ф, вершина вектора ОВ должна лежать на окружности, проведенной из точки О радиусом ОВ.
I2к · r = 28300· 0,6·10-3 = 16,98 В;
I2к · x = 28300 · 3,7·10-3 = 104,71 В.
По оси абсцисс можно отложить значение тока I2 в масштабе 1А=ОА/I2k, 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 Uд=I2∙Rд, а угол – сдвиг фаз между током I2 и напряжением U2.
Рис. 2. Круговая диаграмма однофазной дуговой установки
Напряжение на дуге:
Uд=I2∙Rд = 103 B
Rд = 103/4.5=22.9 мОм
Активная мощность:
Электрические потери:
Мощность, выделяемая в дуге:
Электрический КПД:
Коэффициент мощности:
Удельный расход электроэнергии:
Wф=Ракт/g
Часовая производительность печи:
g=(Рд-0,03Рд.макс)/340
Время плавления одной тонны стали:
T=1/g
Таблица 1 . Электрические характеристики печной установки
I2,А Uд=I2*rд,В
r,Ом
x,Ом
rд,Ом
Рэл,кВт
Ракт,кВт
Рд,кВт
ηэл
cosφ
Wф
g t
1 106,00 0,0006 0,0037 106 5 0,3180 0,3180 1,0000 1,0000 -1,1795 -0,2696 -3,7092
1500 105,59 0,0006 0,0037 0,0704 11250000 479,2349 475,1849 0,9915 1,0047 425,2062 1,1271 0,8873
3000 104,38 0,0006 0,0037 0,0348 45000000 955,7066 939,5066 0,9830 1,0018 383,3996 2,4927 0,4012
4500 102,38 0,0006 0,0037 0,0228 101250000 1418,6899 1382,2399 0,9743 0,9914 373,8438 3,7949 0,2635
6000 99,6074 0,0006 0,0037 0,0166 180000000 1857,7335 1792,9335 0,9651 0,9737 371,3391 5,0028 0,1999
7500 96,0686 0,0006 0,0037 0,0128 281250000 2262,7941 2161,5441 0,9553 0,9488 371,7455 6,0869 0,1643
9000 91,7987 0,0006 0,0037 0,0102 405000000 2624,3647 2478,5647 0,9444 0,9170 373,8753 7,0194 0,1425
10500 86,8301 0,0006 0,0037 0,0083 551250000 2933,5987 2735,1487 0,9324 0,8786 377,3594 7,7740 0,1286
12000 81,2007 0,0006 0,0037 0,0068 720000000 3182,4256 2923,2256 0,9186 0,8340 382,1731 8,3272 0,1201
13500 74,9533 0,0006 0,0037 0,0056 911250000 3363,6594 3035,6094 0,9025 0,7835 388,5154 8,6577 0,1155
15000 68,1355 0,0006 0,0037 0,0045 1125000000 3471,0969 3066,0969 0,8833 0,7277 396,8150 8,7474 0,1143
16500 60,7991 0,0006 0,0037 0,0037 1361250000 3499,6056 3009,5556 0,8600 0,6670 407,8273 8,5811 0,1165
18000 53,0000 0,0006 0,0037 0,0029 1620000000 3445,2000 2862,0000 0,8307 0,6019 422,8739 8,1471 0,1227
19500 44,7975 0,0006 0,0037 0,0023 1901250000 3305,1058 2620,6558 0,7929 0,5330 444,3975 7,4373 0,1345
21000 36,2541 0,0006 0,0037 0,0017 2205000000 3077,8105 2284,0105 0,7421 0,4609 477,3916 6,4471 0,1551
22500 27,4348 0,0006 0,0037 0,0012 2531250000 2763,1003 1851,8503 0,6702 0,3862 533,8210 5,1761 0,1932
24000 18,4067 0,0006 0,0037 0,0008 2880000000 2362,0829 1325,2829 0,5611 0,3095 651,1864 3,6274 0,2757
25500 9,2385 0,0006 0,0037 0,0004 3251250000 1877,1959 706,7459 0,3765 0,2315 1038,1994 1,8081 0,5531
28300 0,0000 0,0006 0,0037 0,0000 4004450000 1441,6020 0,0000 0,0000 0,1602 -5328,6496 -0,2705 -3,6963
Рис.3 Характеристики ДСП
С увеличением тока электрический КПД печи и ее коэффициент мощности падают, а потери в токопроводе и трансформаторе Рэл.п растут пропорционально квадрату тока, полезная же Рд и активная Ракт мощности печи сначала растут, а затем, пройдя максимум, вновь начинает уменьшаться