电弧炉的用电特性

电弧炉的用电特性
普通交流电弧炉的冶炼周期约为2～4h，取决于供电电路参数、电炉容量和冶炼的工艺等，见图1。

其中熔化期约0.5～2h，为三相不对称的冲击负荷，电流极不稳定，消耗电能大、约占总耗电量的60%～70%。

氧化和还原的精炼期电压波动显著降低。

电弧炉的电流控制，是由电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换和电极的升降来达到的。

容量小于10MVA 的电炉变压器，有时在其高压侧装有串联电抗器，以降低短路电流和稳定电弧。

对于较大容量的电炉变压器，它本身的漏电抗已足够大，不需再串联电抗器。

电弧炉的功率与其电炉变压器容量，大致如表1所列。

表1 电弧炉和变压器容量 电弧炉额定容量（t）
0.5 1.5 3 5 10 20 30 50 75 100 电炉变压器型式容量①（MVA） 1.0 1.8 3.0 4.2 7.2 13 20 30 40 50
电炉变压器额定容量②
（MVA）
0.65 1.25 2.2 3.2 5.5 9 12.5 18 25 32 ① 型式容量是将电炉变压器的材料消耗折算成三相双绕组电力变压器的相当容量。

② 额定容量为二次电压最高时的数值，在其他分接位置时以二次侧为等电流输出，则其容量随二次电压成比例地降低。

图1 冶炼周期内的电弧炉负荷示意图
电弧炉电极间电压的典型值在100～600V范围，其中电极压降约为40V，电弧压降约为12V/cm，电弧越长压降越大。

在熔化期电弧炉的电压变化大，最高和最低电压可相差2～5倍。

由于电弧炉负荷的随机性变化，常以其统计值、工况曲线来描述它的用电特性。

电弧炉为非线性负荷，尤其在熔化期产生随机变化的谐波电流，参见表2所示的统计平均值。

表2 电弧炉的平均谐波电流含有率的统计值
谐波次数h 2 3 4 5 6 7 8 9
谐波电流含有率（%） 5.0 5.8 3.0 4.2 1.2 1.1 1.1 0.8
图2电弧炉典型的离散（实线）和连续（虚线）频谱
除上述离散频谱外，还含有连续频谱分量。

含偶次谐波，表明电弧电流的正、负半周期不对称；含连续频谱和间谐波，表明电弧电流的变化带有非周期的随机性。

在熔化期三相不平衡电流含有较大的负序分量。

当一相熄弧另两相短路时，电流的基波负序分量与谐波的等值负序电流可达正序的50%～70%。

这将引起公
共供电点的电压不平衡，对电机的安全运行影响较大，尤其对大电机的影响更为严重。

电弧炉负荷的功率因数较低而且变化较大。

在电极短路时约为0.1～0.2，额定运行时约为0.7～0.85。

使功率因数cosϕ降低的主要因素有：无功功率引起电流和电压的相移、非线性负荷引起波形畸变、三相不平衡负荷引起的负序分量以及冲击性负荷引起电压和cosϕ的波动等。

附录：IEEE-519标准给出的电弧炉谐波电流值
两个不同程度熔化周期的弧放电电流的谐波成分
谐波次数h 2 3 4 5 7
初始熔化期（%） 7.7 5.8 2.5 4.2 3.1
精炼期(%) 0.0 2.0 0.0 2.1 0.0
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