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        電弧爐時變電阻模型參數(shù)仿真分析

        2010-10-26 08:09:58賈文超魏洪友
        中國科技信息 2010年5期
        關(guān)鍵詞:電弧爐電弧諧波

        田 鵬 賈文超 魏洪友

        1,裝甲兵技術(shù)學(xué)院 130117

        2,長春工業(yè)大學(xué) 130021

        電弧爐時變電阻模型參數(shù)仿真分析

        田 鵬1賈文超2魏洪友1

        1,裝甲兵技術(shù)學(xué)院 130117

        2,長春工業(yè)大學(xué) 130021

        本文采用電弧爐時域模型中的交流電弧電阻模型,應(yīng)用MATLAB仿真得出電弧電阻隨時間的變化曲線,并針對電弧電阻模型的參數(shù)選擇進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)論與實測數(shù)據(jù)比較,誤差較小,為電弧爐諧波治理提供了依據(jù)。

        電弧爐;電弧電阻模型;MATLAB;仿真

        煉鋼電弧爐是電力系統(tǒng)中各類波動性負(fù)荷中對電能質(zhì)量影響比較嚴(yán)重的負(fù)荷。從電氣特性來講,電弧爐是一種劇烈變動的非線性負(fù)載,在工作過程中會對電網(wǎng)產(chǎn)生波形畸變、電壓閃變和波動、功率因數(shù)低及三相不平衡等多種不利影響。同時,電弧爐還是重要的諧波源,它產(chǎn)生的諧波電流隨時間的變化呈非平穩(wěn)隨機過程。

        解決電弧爐諧波問題的關(guān)鍵是建立電弧爐電阻模型。交流電弧電阻模型是在電弧徑不變、弧柱溫度均勻分布和準(zhǔn)中性等三個假設(shè)條件下,從電弧的內(nèi)部機理出發(fā),根據(jù)電弧物理,熱等離子體的若干理論,推導(dǎo)出的交流電弧的等效數(shù)學(xué)模型。在電弧等效電阻表達(dá)式中,各個參數(shù)都有明確的物理意義,通過反映電弧的物理特性,得到了較為準(zhǔn)確的電弧爐仿真結(jié)果,為電弧爐諧波治理提供了依據(jù)。

        一、交流電弧電阻模型及仿真

        1、交流電弧電阻模型

        根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中的模型公式

        式中: T0-弧柱最低溫度,在7000K到8000K之間變化

        T1-弧柱最高溫度

        a=3.323×104

        D-弧柱受熱慣性的影響值

        ω-外加正弦電壓的角頻率

        θ-電弧電流滯后電源初相的角度

        T-電弧電流周期,T=0.02s

        N-把T分成N等份近似計算,一般N=60

        2、交流電弧電阻模型參數(shù)的估算

        要想準(zhǔn)確確定電弧爐各種工作狀態(tài)下電弧模型中的各個參數(shù),需要大量的測試數(shù)據(jù),包括電弧爐在各種工作狀態(tài)下弧柱溫度的變化曲線,電弧電壓、電流的波形,弧長做隨機變化時其分布函數(shù)的特性等等。本文依據(jù)吉林鐵合金廠16500KVA硅錳電爐的測量結(jié)果,估算得到電弧模型的參數(shù)值如下:

        二、交流電弧電阻的仿真分析

        參數(shù)中C0可近似認(rèn)定為常量。對電弧電阻的影響不大;對電弧電阻起到影響的主要是cos(2ωt+D+θ)中的三個參數(shù)D、ω和θ,D的取值在之間,而θ的取值在之間,而ω得取值為50Hz的整數(shù)倍。這里我們主要針對這三個參數(shù)進(jìn)行研究,用M A T L A B仿真分析其對電弧電阻的影響。

        1、D和θ對起弧電阻影響的仿真分析

        圖1 不同θ值對應(yīng)的電弧電阻波形

        圖2 不同D值對應(yīng)的電弧電阻波形

        通過以上仿真可以看出,D值和θ值對電弧電阻的影響效果是相同的。當(dāng)f=50Hz,,時,電弧爐起弧時的電阻最低,最容易起弧,起弧過程也就會相對的平穩(wěn);而當(dāng)f=50Hz,,時,電弧爐起弧時的電阻最高,起弧比較困難,對電弧爐及其補償裝置的沖擊損害最大。因此,針對不同的電弧爐系統(tǒng),應(yīng)通過計算選取最佳的D值和θ值,以期達(dá)到最理想的工作狀態(tài),從而延長電弧爐的使用壽命。

        2、ω對電弧電阻影響的仿真分析

        圖3 不同頻率對應(yīng)的電弧阻抗圖

        與頻率f=50Hz的時變電阻波形比較可以看出,電弧爐的電弧阻抗在頻率為基波頻率2~7倍的高次諧波影響下變化較大;而對于8~13倍的高次諧波,電弧阻抗相對變化就非常小了;高于13倍的諧波也對電弧阻抗造成一定的影響。所以在補償和濾波時,應(yīng)主要針對電弧電流為基波頻率2~7倍及13倍以上的高次諧波為宜。

        三、結(jié)語

        本文所做的工作只是為電弧爐諧波治理提供了一個依據(jù)。由于不同的電弧爐系統(tǒng)之間差別較大,估算得到的參數(shù)也不盡相同,所以每研究一個電弧爐系統(tǒng)的諧波問題重新對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估算,確認(rèn)其可行性后再采用。

        [1]劉小河,程少庚,蘇文成.電弧爐電氣系統(tǒng)分析研究.電工技術(shù)學(xué)報.1994,(2)

        [2]郭繼紅,顏湘武.用于諧波分析研究的電弧爐系統(tǒng)的模型和仿真.繼電器. 2005,33(8)

        [3]鄧霏,周有慶.電弧爐諧波電流抑制及其綜合治理.電工技術(shù)學(xué)報.2005,(4)

        [4]張玉成,杜明哲.中頻電爐諧波分析與抑制.華中電力.2006,1(19)

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