[科普中国]-电弧炉功率特性曲线

电量和电弧电流值关系

输入炼钢电弧炉内的电弧功率、总电路功率、功率因数等电量和电弧电流值的相依关系。从电路的角度看，电弧炉主电路的变压器、短网、电抗器(当变压器容量大于9000kVA则不需加电抗器)都可以用一定的电阻和电抗来表示，电弧也可看成一个可变电阻。炉中的三相电弧对变压器而言是接成星形的三相负载，其中点是钢液。假设三相情况相同，考察其中一相，就能得到一个等值电路，该电路是由电阻r、电抗X和电弧电阻Rh串联而成。等值电路的电压U和变压器副边空载时的工作电压U2的关系是。

电阻r和电抗X包括变压器、短网、电抗器的电阻与电抗，其值可用计算的方法求出，对运行中的电弧炉亦可用短路试验的方法获得。在分析等值电路时，将电压和电流的波形均视作正弦波形，电弧用可变电阻Rh表示;U、r、X保持常量，即和电弧电流I的大小无关。当等值电路中电弧电阻Rh变动时，电路中的电流I将变动，引起一系列电量如Pa、Ph、Q、cosᵠ等相应变动，这些电量与U、r、X及I相互联系的电路等式列于下表中。

电弧炉特性曲线计算依据表中关系式，可计算出在一定U、r、X值下，电弧炉的一些特性量如Pa、Q、Ph、cosᵠ值等随电流I的变化值，并作出相应的曲线，这些曲线(见图1)即为电弧炉功率特性曲线。由于电弧炉变压器有多级电压，同一台电炉可有多个功率特性曲线。电弧炉功率特性曲线也可用交流电路的一种图解法圆图来说明。根据等值电路，若将电压U表示于纵坐标上，则电流I滞后U一角度ᵠ。在电弧电阻Rh变动而使电流I变动时，电流向量的轨迹将在一个半圆上移动，该半圆的直径为U/X，位于横轴上。电流I在纵轴和横轴上的分量乘以3U，则相应的分量是电路的总有功功率Pa和无功功率Q，在电弧电阻Rh=0时，电流I是工作短路电流Idl，此时的cosᵠdl≈0.20。电弧炉变压器有多级电压，将各级电压的圆图画在一起，可以确定该电弧炉的电压、电流、功率等限制范围。图2中，线段1是cosᵠmax≈0.86，cosᵠ若超过此值电弧燃烧将不稳定;线段2是最高级电压；线段3是受制于变压器最大容量，现代电弧炉变压器在最高的几个电压级下都能维持变压器最大容量;线段4为电极允许的最大电流;线段5是电弧短路;线段6为最小工作电压。在制作圆图时，需已知等值电路的参数U、γ、X。

在对电弧炉功率特性进行分析时，曾作过一些假设，但实际运行的电弧炉并不完全遵守这些假设。例如，随着电弧电流I的增加，电压U将有所下降;由于电弧电流并非正弦波形，使得γ和X值在熔化期可增大5%～15%;实际电弧炉三相的U、γ、X并不完全相同，用一相等值电路不能完全替代另外两相。尽管如此，功率特性曲线仍然是选择电弧炉工作点的重要方法之一，并对从电路的角度研究电弧炉装置提供了基础。2