
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: