Elektrotechnika pieców łukowych prądu przemiennego : zagadnienia wybrane

Wciślik, Mirosław (2011) Elektrotechnika pieców łukowych prądu przemiennego : zagadnienia wybrane. Monografie, Studia, Rozprawy (M22). Samodzielna Sekcja "Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej", Kielce.

Tekst M22.pdf Download (46MB)

Streszczenie

Piece łukowe wykorzystuje się najczęściej do wytwarzania stali ze złomu stalowego, w ramach recyklingu stali. Charakteryzują się one wysoką efektywnością energetyczną i ekonomiczną w porównaniu do innych instalacji produkcji stali. Dlatego piec łukowy uznawany jest za urządzenie produkcyjne proekologiczne. Pewne ograniczenia stosowania stalowniczych pieców łukowych wiążą się z oddziaływaniami pieców łukowych i systemu energetycznego. Ze względu na intensywność oraz duże moce tych oddziaływań, zjawiska te mogą być szczególnie wyraźne w torze elektrycznym pieca łukowego prądu przemiennego. Analiza tych zjawisk może być użyteczna dla rozumienia zjawisk w systemach zasilania z rozproszoną generacją energii. W monografii przedstawiono najpierw zagadnienia rozwoju produkcji stali i jej ograniczenia, następnie omówiono wahania napięcia w systemie zasilania pieca łukowego i określono model systemu zasilania pieca łukowego do analizy oddziaływań systemu zasilania i nieliniowego odbiornika trójfazowego. Jako obciążenie nieliniowe przyjęto model łuku opracowany przez Lowkego, dostosowując go do zasilania prądem przemiennym. Przyjęty model toru elektrycznego pieca łukowego był sprawdzony w trakcie pomiarów w dwu największych stalowniach Polski. Przeprowadzono analizę jakościową zjawisk występujących w badanym obwodzie. Szczególną uwagę zwrócono na przebiegi chwilowe mocy czynnej, biernej, sumy kwadratów prądów i ich pochodnych. Przedstawiono ogólną postać modeli charakterystyk opisujących stan przejściowy, po załączeniu obwodu, i stan ustalony - podstawowy stan pracy obwodu pieca łukowego. Do opisu stanu ustalonego zastosowano model w postaci linearyzowanej. Model ten zawiera dwie części: symetryczną oraz niesymetryczną. Część symetryczną tego modelu, dla obciążenia nieliniowego opisanego funkcją signum, otrzymano analitycznie. Dla innych nieliniowości zastosowano metodę symulacji komputerowej, przy czym wyniki symulacji aproksymowano dobierając postać wyników wzorowaną na rozwiązaniu analitycznym. Określono wielkości użyteczne do identyfikacji nieliniowości i elementów jej schematu zastępczego. Oddzielnie rozpatrywano część modelu linearyzowanego odpowiadającą za asymetrie wnoszone przez wielkości wejściowe, takie jak: indukcyjności obwodu wielkoprądowego, napięcia łuków oraz napięcia zasilania. Analitycznie otrzymano postać tej części modelu dla obciążenia liniowego, natomiast symulacyjnie dla obciążenia nieliniowego. Otrzymane wartości parametrów dla asymetrii napięciowej weryfikowano porównując je z określonymi na podstawie pomiarów. Na zakończenie przedstawiono system monitorowania pracy pieca łukowego, zbudowany na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Świętokrzyskiej. Tworząc ten system wykorzystano podstawy teoretyczne przedstawione w niniejszej monografii. (In the recycling process of the steel, arc furnaces are most often used to produce steel from steel scrap. They are characterized by a high energy and economic efficiency in comparison with other steel production installations. Therefore arc furnace is considered as the environment-friendly production device. Some limitations of concerning the use of steelmaking arc furnaces are associated with interactions arc furnaces and the power supply system. Due to intensity and high powers of the interactions they may be particularly distinct in the electric installation of the alternating current arc furnace. The analysis of the above phenomena can be useful to understand the phenomena of the energy supply systems with the distributed energy generation. The development of the steel production and restraints connected with it were introduced in the monograph at first. Next voltage fluctuations in the arc furnace supplying system were discussed and a model of the supply system of the arc furnace for the analysis of interactions between the system and the non-linear, three-phase load was determined. An electric arc model, worked out by Lowke adjusted to alternating current circuit, was assumed as non-linear load model. The model of the installation of electric arc furnace was tested and verified during measurements taken in two biggest steelworks in Poland. The qualitative analysis of phenomena in the test circuit was carried out. Particular attention was paid to instantaneous waveforms of both active and passive powers as well as sums of squares of the currents and of their derivatives. A general form of characteristics models presenting the transient processes after switching the circuit on and the steady state, (essential operational state) of the arc furnace circuit were described. A model used for the description of the steady state has a linearized form. The model contains two parts: symmetrical and asymmetrical. The symmetrical part, described for the non-linear load by signum function, was obtained analytically. For other nonlinearities a method of computer simulation was applied. The results of the simulation were approximated by selecting the form patterned on the analytical solution of the circuit. The output variables useful in identification of nonlinearity parameter and its equivalent diagram elements were described. A part of the linearized model, responsible for asymmetries caused by input variables, such as: inductance of the high-current circuit, arc voltages and supply voltages was analyzed separately. For the linear load, this part of the model was obtained analytically and for the non-linear load it was described by means of computer simulation. The value of model parameters for the voltage asymmetry was verified by comparing them with the ones determined from measurements made on the real arc furnace. The arc furnace working monitoring system, constructed at the Department of the Electrical Engineering, Automatics and Computer Science of the Kielce University of Technology was presented in the final part of the book. The system is based upon theoretical results included in the monograph.)

Biblioteka Cyfrowa

Podgląd