58· 北京科技大学学报 2007年增刊1 表】电路各有关电气参数表达式 序号 参数 量纲 符号及计算公式 备注 相电压 b U=U2/3 2 二次电压 U2 3 总阻抗 mQ Z=V(r+Rire)2+x2 4 电弧电流 kA 1=U1Z=U1Nr+Rr)）2+x2 5 表观功率 kw S=V51U2=312Z 三相 6 无功功率 kw Q=312x 三相 7 有功功率 kw P=√S2-Q2=31VU2-(x)2 三相 8 电损失功率 kw P,=312r=P-Pare 三相 9 电弧功率 kW P=3I2Re=3Ue=31V02-(-h 三相 10 电弧电压 Uare=Pare 131 11 电效率 % n:Pare /P 12 功率因素 % coso=P/S 13 耐材磨损指数 MW-V.m-2 Re=Uicl/d2 因为电流小于5时，电弧功率小，金属熔化得 40 1.0 ∠Q 慢：大于15时，电弧功率增加不多，电损失功率增 30 0.8 6 加不少，故5得名“经济电流”·另外，在5附 近的cosp、n也比较理想. R P 0.4 ①l<l1,只有当xr很大时，I5才接近1：②实 0.2 际设计中取比值xr=3-5,对应coa0=0.83-~0.88,1 0.0 =0.820.86,而1sJ11=0.810.89. 0 1020 304050 60 I1172 3.2工作电流的确定 //kA 图3电炉的理论电气特性曲线 15的求出就间接给出了工作电流，即I工作≤I5 =(0.8-0.9)11. 3合理工作电流的确定 但若将耐火材料磨损指数Re=UI1d2=f(I) 也表示在图3的电气特性曲线中，可以看出，I工= 从供电曲线表面上看，当能量供给制度确定之 5恰好在Re最大值附近. 后，供电制度实际上就变成了在某一电压下合理工 对于小型普通功率电炉，Re较低，Re< 作电流的确定，在传统的确定方法中，最重要的是 400MWVm2.一般认为Re<400-500MwVm-2 遵守电气特性所表达的规律性，即以“经济电流” 为安全值，电弧对炉衬热点损耗不剧烈.但对于大 概念来确定工作电流，其确定方法也适用超高功率 型超高功率电炉，功率水平大幅度提高，炉壁热点 电炉， 磨损极为严重，Re的峰值≥800MWVm2,此时 3.1经济电流的确定 工作电流的选择必须避开Re峰值（这也是超高功 观察电气特性曲线（图3）可以发现：在电流 率电炉投入初期，为什么采取低电压、大电流的原 较小时电弧功率随电流增长较快（即dPc/d变化 因)，所选的工作电流不再是在山左面接近15的 率大)，而电损功率随电流增长缓慢（即dP,/dl变 区域，而是接近1或超过川，此种情况，P增 化率小)：当电流增加到较大区域内时，情况恰好 加了，虽然P.有所增加，cos0略有降低，但由于 相反.这说明在特性曲线上有一点（电流）能使电 低电压，大电流电弧的状态发生了变化，成为“粗 弧功率与电损功率随电流的变化率相等，即 短弧”使电炉传热效率提高，更主要是炉衬寿命得 dPe/d山=dP/d,而这一点对应的电流叫“经济 到保证，Re减小. 电流”，用15表示 当采用泡沫渣时，可实现埋弧操作，以及废钢• 58 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 表 1 电路各有关电气参数表达式 序号 参数 量纲 符号及计算公式 备注 1 相电压 V U U= 2 / 3 2 二次电压 V U2 3 总阻抗 mΩ 2 2 Z =+ + ( ) rR x arc 4 电弧电流 kA ( ) 2 2 arc I == + + UZ U r R x / / 5 表观功率 kW 2 S IU I Z = = 3 3 2 三相 6 无功功率 kW 2 Q Ix = 3 三相 7 有功功率 kW 22 2 2 P S Q I U Ix = −= − 3 () 三相 8 电损失功率 kW 2 P Ir P P r = =− 3 arc 三相 9 电弧功率 kW ( ) 2 2 2 P I R IU I U Ix Ir arc arc arc 3 33 ⎛ ⎞ = = = −− ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 三相 10 电弧电压 V arc arc U PI = /3 11 电效率 % E arc η = P P/ 12 功率因素 % cos / ϕ = P S 13 耐材磨损指数 MW·V·m−2 2 2 Re / =U Id arc 图 3 电炉的理论电气特性曲线 3 合理工作电流的确定 从供电曲线表面上看，当能量供给制度确定之 后，供电制度实际上就变成了在某一电压下合理工 作电流的确定．在传统的确定方法中，最重要的是 遵守电气特性所表达的规律性，即以“经济电流” 概念来确定工作电流，其确定方法也适用超高功率 电炉． 3.1 经济电流的确定 观察电气特性曲线（图 3）可以发现：在电流 较小时电弧功率随电流增长较快（即 d /d P I arc 变化 率大），而电损功率随电流增长缓慢（即 d /d P I r 变 化率小）；当电流增加到较大区域内时，情况恰好 相反．这说明在特性曲线上有一点（电流）能使电 弧功率与电损功率随电流的变化率相等，即 d /d P I arc ＝ d /d P I r ，而这一点对应的电流叫“经济 电流”，用 I5 表示． 因为电流小于 I5 时，电弧功率小，金属熔化得 慢；大于 I5 时，电弧功率增加不多，电损失功率增 加不少，故 I5 得名“经济电流”．另外，在 I5 附 近的 cosφ、η 也比较理想． ①I5<I1，只有当 x/r 很大时，I5 才接近 I1；②实 际设计中取比值 x/r＝3~5，对应 coaφ=0.83~0.88，η ＝0.82~0.86，而 I5/I1＝0.81~0.89． 3.2 工作电流的确定 I5 的求出就间接给出了工作电流，即 I 工作≤I5 ＝（0.8~0.9）I1． 但若将耐火材料磨损指数 2 2 Re / ( ) = = U Id fI arc 也表示在图 3 的电气特性曲线中，可以看出，I 工作= I5 恰好在 Re 最大值附近． 对于小型普通功率电炉， Re 较低， Re< 400MW·V·m−2 ．一般认为 Re<400~500 MW·V·m−2 为安全值，电弧对炉衬热点损耗不剧烈．但对于大 型超高功率电炉，功率水平大幅度提高，炉壁热点 磨损极为严重，Re 的峰值≥800 MW·V·m−2 ，此时 工作电流的选择必须避开 Re 峰值（这也是超高功 率电炉投入初期，为什么采取低电压、大电流的原 因），所选的工作电流不再是在 I1 左面接近 I5 的 区域，而是接近 I1 或超过 I1 [1] ．此种情况，Parc 增 加了，虽然 Pr 有所增加，cosφ 略有降低，但由于 低电压，大电流电弧的状态发生了变化，成为“粗 短弧”使电炉传热效率提高，更主要是炉衬寿命得 到保证，Re 减小． 当采用泡沫渣时，可实现埋弧操作，以及废钢