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)中各類波動性負荷中對電能質(zhì)量影響比較嚴重的負荷。從電氣特性來講，電弧爐是一種劇烈變動的非線性負載，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[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)進行估算，確認其可行性后再采用。

[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）