Аннотация
В рамках данной работы, на основании экспериментально полученных сигналов мгновенных значений фазного напряжения и тока электрической дуги в трёхфазной дуговой сталеплавильной печи (ДСП) шахтного типа ШП-125, с помощью разработанной математической модели были рассчитаны сигналы мгновенных значений напряжений электрических дуг на начальной стадии плавления шихты с использованием заранее известных параметров схемы замещения электрического контура. Полученные данные позволили произвести сравнительный анализ изменения гармонического состава сигналов тока и напряжения электрической дуги, который включал в себя анализ относительных действующих значений суммарных, чётных и нечётных гармоник. В результате было показано, что гармонический состав сигнала напряжения электрической дуги в меньшей мере подвержен влиянию возмущающих воздействий в виде мгновенного изменения длины дуги, а также возникающих несимметричных режимов по сравнению с гармоническим составом тока дуги. Данный вывод говорит о том, что анализ гармонического состава сигнала напряжения дуги может эффективно применяться в системах автоматического управления электрическим режимом ДСП для решения задач диагностики стадии плавления шихты на начальных этапах плавки, обеспечивая повышение энергетической эффективности сталеплавильного комплекса. При этом в середине и конце плавки, когда влияние возмущающих воздействий снижено, методики диагностики стадии плавления шихты по высшим гармоникам токов и напряжений дуг эффективны практически в равной мере, вследствие чего ресурсоёмкий расчёт мгновенных значений напряжений дуг становится нецелесообразным.
Ключевые слова
Дуговая сталеплавильная печь, электрическая дуга, преобразование Фурье, анализ гармонического состава, диагностика стадии плавки.
1. Cassie A.M. Nouvelle théorie des arcs de rupture et rigidité du circuit (New theory of breaker arcs and circuit rigidity). CIGRE Report, no. 102, 1939.
2. Nikolaev A.A., Tulupov P.G., Anufriev A.V. Assessing the Feasibility of Electrical Mode Control of Ultra-High Power Arc Steelmaking Furnace Based on Data about Harmonic Composition of Arc Currents and Voltages// Proceedings of 16th International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM2015). IEEE. Bochum, Germany, November 18-20, 2015. pp. 302-308, DOI: 10.1109/REM.2015. 73804112.
3. Nikolaev A.A., Tulupov P.G. Method of setting optimum asymmetric mode of operation of electric arc furnace// in Proc. 11th France-Japan & 9th Europe-Asia Congress on Mechatronics, 2016, pp. 033-037.DOI:10.1109/MECATRO-NICS.2016.7547111.
4. Nikolaev A.A.; Tulupov P.G.; Savinov D.A. Mathematical model of electrode positioning hydraulic drive of electric arc steel-making furnace taking into account stochastic disturbances of arcs// International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM) pages 1-6, 2017, DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076205
5. Nikolaev A.A., Tulupov P.G., Antropova L.I. Heating stage diagnostics of the electric arc furnace based on the data about harmonic composition of the arc voltage// 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), DOI:10.1109/EIConRus.2018.8317198
6. Николаев А.А., Руссо Ж.-Ж., Сцымански В., Тулупов П.Г. Экспериментальное исследование гармонического состава токов дуг для дуговых сталеплавильных печей различной мощности // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т.14. №3. DOI:10.18503/1995-2732-2016-14-3-106-120
7. Николаев А.А., Тулупов П.Г., Ануфриев А.В. Система управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи: патент на полезную модель №176106, 2018
8. Bowman B., Krüger K. Arc Furnace Physics, Verlag Stahleisen GmbH. Düsseldorf, 2009.
9. Jaipradidtham C.A Control of Real Voltage and Harmonic Analysis with Apaptive Static Var of Electric Arc Furnace for Power Quality Improvement by Grey Markov Method // Proceedings of the Power Systems (ICPS), 2016 IEEE 6th International Conference on. New Delhi, India. 2016. pp. 1-6. DOI: 10.1109/ ICPES.2016.7584250.
10. Harmonic Measurements and Analysis in a Modern Steel Manufacturing Facility / Bao M., Xia J., Yin X., Dong M., He H., He J. // Proceedings of the Power and Energy Society General Meeting, 2010 IEEE. Providence. RI. USA. 2010. pp.1-6. DOI: 10.1109/PES.2010.5589983
11. Influence of a SVC on AC Arc Furnaces Harmonics, Flicker and Unbalance. Measurement and Analysis / Donsión M.P., Güemes J.A., Oliveira F. // Proceedings of the MELECON 2010 – 2010 15th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference. Valleta. Malta. Pp. 1423-1428. DOI: 10.1109/MELCON.2010.5476032.
12. Power Quality Measurements in a Steel Industry with Electric Arc Furnaces / Issouribehere P.E., Barbero J.C., Issouribehere F., Barbera A. // Proceedings of the Power and Energy Society General Meeting – Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE. Pittsburgh. PA. USA. 2008. pp. 1-8. DOI: 10.1109/PES.2008.4596177.
13. Harmonics and Interharmonics Analysis of Electrical Arc Furnaces Based on Spectral Model Optimization with High Resolution Windowing / Vatankulu Y.E., Sentirk Z., Salor O. // IEEE Transactions on Industry Applications. Issue 99. 2017. pp. 1-8. DOI:10.1109/TIA.2017.2669328.
14. Online Characterization of Interharmonics and Harmonics of AC Electric Arc Furnaces by Multiple Synchronous Reference Frame Analysis / Uz-Logoglu E., Salor O., Ermis M. // IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. 52, Issue 3. 2016. pp. 2673-2683. DOI: 10.1109/TIA.2016.2524455.
15. Power Quality Indices: A Saudi Steel Mill Case Study / El-Amin I.M., Al-Elyani A., Shuaib A. // Proceedings of the Computing, Electrical and Electronics Engineering (ICCEEE), 2013 International Conference on. Khartoum, Sudan. 2013. pp. 99-102. DOI: 10.1109/ICCEEE.2013.6633914.