НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009
141
УДК 621. 365. 2
Панкратов А. И., Шишкин А. В., Афанасьева А. В.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
При эксплуатационных коротких замыканиях (к. з.) возникают электродинамические
усилия между гибкими кабелями (г. к.) трёх фаз. После исчезновения эксплуатационных ко-
ротких замыканий г. к. начинают совершать свободные затухающие колебания. Расстояния
между фазами изменяются, что приводит к соответствующему изменению взаимных индук-
тивностей М
ij
фаз. Поэтому в токах фаз возникают соответствующие модулированные зату-
хающие колебания. Сигналы изменения токов фаз отрабатываются автоматическими регуля-
торами мощности, которые стабилизируют электрические параметры короткой сети за счёт
изменения длин дуг. Т. о. электроды также начинают совершать продольные колебания, что
в результате приводит к колебаниям мощности цепи:
3,
фф
SUI
⋅
где S – полная мощность для трёхфазной цепи;
ф
U – фазное напряжение;
ф
– ток
фазы.
Для расчета цепей ДСП разработаны различные подходы: замена дуги регулируемым
активным сопротивлением [1], при которой не учитывается нелинейность дуги; метод, пред-
ложенный С. И. Тельным [2], при котором мгновенные значения напряжения дуги за время
ее горения в каждом полупериоде принимаются равными постоянному значению, при этом
форма кривой напряжения дуги принята прямоугольной; метод гармонического анализа, за-
ключающийся в разложении напряжений и тока дуги в тригонометрический ряд [2, 3].
При моделировании электрических цепей ДСП ряд исследователей, например, Mon-
tanari G. C., Loggini M., Cavallini A., Varadan S., Makrwn E. B., Girgis A. A., Collantes R., Go-
mez T., применяют стохастические модели для описания работы дуговых электропечей, опи-
раясь, на первый взгляд, на случайный характер нагрузки [4-6]; альтернативным подходом
описания нестационарного характера нагрузки является применение детерминированного
хаоса исходя из присутствия хаоса в токе дуги, который исследовали O’ Neill-Carrillo E.,
Heydt G., Kostelich E. J., Jang G., Wang W., Heydt G. T. [7, 8].
Целью работы является моделирование трёхфазной электрической сети дуговой стале-
плавильной печи на примере трёхфазной дуговой 12-ти тонной печи ДСП-12Н3 ЗАО «НКМЗ».
В данной работе для расчёта цепей с дугами используется методика, основанная на
применении нелинейных дифференциальных уравнений, которые позволяют более точно и
реалистично описывать поведение электрических цепей с дугами [9]. Активные и реактив-
ные сопротивления фаз короткой сети принимаются независимыми от тока. А сопротивления
дуг, как нелинейных элементов, принимаются переменными, зависимыми от тока [10, 11].
Подина печи является непроводящей и сопротивление между нулевыми точками печи
и трансформатора равно бесконечности, поэтому соблюдается условие () () () 0
ABC
it it it++=
(I закон Кирхгофа).
В работе вольтамперная характеристика (ВАХ) дуги задаётся дифференциальным
уравнением, что позволяет учесть влияние параметров электрического контура печи и усло-
вий горения дуг на форму ВАХ [11].
Математическая модель, учитывающая электродинамические воздействия между фа-
зами гибких кабелей, для трёхфазной цепи, соединённой в «звезду», каждая фаза которой
содержит электрическую дугу, представляет систему дифференциальных уравнений: