آمار
| تعداد نشریات | 36 |
| تعداد شماره‌ها | 1,192 |
| تعداد مقالات | 8,579 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,988,685 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,032,528 |
شبیه‌سازی کوره قوس AC فرکانس پایین به روش اجزای محدود و استخراج مشخصه‌های فیزیکی قوس جهت بررسی پایداری قوس الکتریکی با رفتار دینامیکی | ||
| الکترومغناطیس کاربردی | ||
| دوره 8، شماره 2 - شماره پیاپی 21، دی 1399، صفحه 65-79 اصل مقاله (1.95 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| نویسندگان | ||
| مصطفی گلرخ جوبنی1؛ آرش دهستانی کلاگر* 2؛ محمدرضا علیزاده پهلوانی2 | ||
| 1دانشگاه صنعتی مالک اشتر | ||
| 2دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر | ||
| تاریخ دریافت: 10 اسفند 1398، تاریخ بازنگری: 25 خرداد 1399، تاریخ پذیرش: 22 خرداد 1399 | ||
| چکیده | ||
| کوره‌های قوس الکتریکی از بزرگ‌ترین بارهای متمرکز، غیرخطی و با رفتار آشوبناک در شبکه‌های توزیع قدرت می‌باشند. مدل‌سازی و شبیه‌سازی مغناطیسی این بارها کمترین خطا را نسبت به ماهیت و رفتار فیزیکی قوس الکتریکی داشته و در دقت مطالعات، نقش بسزایی دارد. در این مقاله شبیه‌سازی کوره قوس الکتریکی AC فرکانس پایین، به روش اجزای محدود و با کمک نرم‌افزار قدرتمند COMSOL Multiphysics، انجام می‌گیرد. روش اجزای محدود جهت تحلیل‌های مغناطیسی، حرارتی و دینامیکی روش مرسومی بوده و توانمندی خود را در حوزه‌های فیزیکی مختلف به اثبات رسانیده است. در شبیه‌سازی به روش اجزای محدود، مدار الکتریکی مورد استفاده، ابعاد الکترود، شرایط دمایی اولیه و منبع تغذیه ورودی کوره نیز در نظر گرفته می‌شوند. با استفاده از حل هم‌زمان معادلات فیزیکی مختلف در نرم‌افزار COMSOL Multiphysics و بهره‌گیری از روابط و اصول مگنتوهیدرودینامیک، قانون آمپر، قانون اهم و معادلات ماکسول مدل قوس الکتریکی و نحوه ایجاد پلاسما مطالعه می‌شوند. سپس با استخراج نتایج و مقایسه با روابط و مطالعات پیشین، پایداری قوس مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. پایداری قوس سبب کاهش هارمونیک‌های تولیدی و فلیکر ولتاژ تحمیلی به شبکه شده و نیاز به ادوات جبران‌ساز را کاهش می‌دهد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| کوره قوس الکتریکی؛ پلاسما؛ پایداری قوس الکتریکی؛ پلاسمای حرارتی؛ قوس جریان بالا؛ قوس دینامیکی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Finite Element-based Simulation of low-frequency AC Arc Furnace and Extraction of Arc Physical characteristics to investigate the stability of electric arcs with dynamic behavior | ||
| نویسندگان [English] | ||
| mostafa golrokh joubeni1؛ Arash Dehestani Kolagar2؛ Mohammad Reza Alizadeh Pahlavani2 | ||
| 1malek ashtar university of technology | ||
| 2Faculty of Electrical & Computer Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Electric arc furnaces are the largest concentrated, nonlinear and chaotic loads in power distribution networks. Magnetic modeling and simulation of such loads have the least error with respect to the physical nature of the arc and play a significant role in the accuracy of the studies. In this paper, the electromagnetic simulation of a low-frequency AC arc furnace is performed based on finite element method, utilizing the powerful COMSOL Multiphysics software. The finite element method for magnetic, thermal and dynamic analysis is a commonly used method and its capability in various physical fields has been repeatedly proven. In this finite element simulation, the corresponding electrical circuit, the electrode physical dimensions, the initial thermal condition and the furnace power supply system are also considered. By simultaneous solving of different physical equations in COMSOL Multiphysics software and applying the magnetohydrodynamic principles, Ampere's law, Ohm's law, and Maxwell’s equations, the arc model and plasma generation are investigated. Then, by extracting the results and comparing them with previous studies, the stability of the arc is evaluated. A stable arc decreases the harmonic components and also diminishes the voltage flicker severity imposed on the grid and thus, reduces the need for compensator equipment. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Electric Arc furnace, Plasma, Arc stability, Thermal Plasma, High Current Arc, Dynamic Arc | ||
| مراجع | ||
|
[1] M. Golrokh joubeni and A. Dehestani Kolagar, "Design, Simulation, and Implementation of an Electric Induction Heater up to 300 °C," Journal of Applied Electromagnetics, Vol. 7, No. 2, pp. 75-86, 2020, (in Persian).## [2] S. Lupi, "Fundamentals of Electroheat," Electrical Technologies for Process Heating. Springer. Switzerland, 2017.## [3] Y. N. Toulouevski and I. Y. Zinurov, Innovation in electric arc furnaces. Springer, 2010.## [4] Matlabi, Power Electronics: Power Circuits, Command Circuits, Induction Furnaces (Industrial Electronics), 2000, (in Persian).## [5] B. Rodríguez-Medina, "Parameters extraction tool for high-pressure gas arc models in high-voltage circuit breaker simulations," University of Puerto Rico, Mayaguez (Puerto Rico), 2004.## [6] S. Golestani and H. Samet, "Generalised Cassie–Mayr electric arc furnace models," IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 10, no. 13, pp 3364-3373, 2016.## [7] K. Jung, Y. Suh, T. Kim, T. Park, and Y. Lee, "Arc stability control of a high-power thyristor rectifier system in a DC arc furnace," IEEE Transactions on Power Electronics, vol: 29, no: 12, pp 6342-6351, 2014.## [8] A. Kiyoumarsi, A. Nazari, M. Ataei, H. K. Beheshti, and H. Karimi, "Three dimensional analysis of an AC electric arc furnace," in 2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, pp 3697-3702, 2009.## [9] Y. Lee, H. Nordborg, Y. Suh, and P. Steimer, "Arc stability criteria in AC arc furnace and optimal converter topologies," in APEC 07-Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, pp 1280-1286, 2007.## [10] I. Mc Dougall, "Finite element modelling of electric currents in AC submerged arc furnaces,", 2007.## [11] Y. A. Tesfahunegn, G. Saevarsdottir, T. Magnusson, and M. Tangstad, "The effect of frequency on current distributions inside submerged arc furnace," in 2018 IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), pp 1-4, 2018.## [12] F. Illahi, I. El-Amin, and M. U. Mukhtiar, "The application of multiobjective optimization technique to the estimation of electric arc furnace parameters," IEEE Transactions on Power Delivery, vol: 33, no: 4, pp 1727-1734, 2017.## [13] N. Arzpeyma, "Modeling of Electric Arc Furnaces (EAF) with electromagnetic stirring," ed, 2011.## [14] M. Peens, "Modelling and control of an electrode system for a three-phase Electric Arc Furnace," University of Pretoria, 2007.## [15] H. Samet, T. Ghanbari, and J. Ghaisari, "Maximum performance of electric arc furnace by optimal setting of the series reactor and transformer taps using a nonlinear model," IEEE Transactions on Power Delivery, vol: 30, no: 2, pp 764-772, 2015.## [16] Y. Suh, H. Park, Y. Lee, and P. K. Steimer, "A power conversion system for AC furnace with enhanced arc stability," IEEE Transactions on Industry Applications, vol: 16, no: 6, pp 2526-2535, 2010.## [17] V. Abbasi, A. Gholami, and K. Niayesh, "Impact of External Magnetic Field on Plasma Current Layer Deformation During Contact Opening in Medium-Voltage Puffer SF6 Circuit Breaker," IEEE Transactions on Plasma Science, vol: 40, no: 6, pp 1759-1767, 2012.## [18] Y. A. Tesfahunegn, T. Magnusson, M. Tangstad, and G. Saevarsdottir, "The Effect of Pitch Circle Diameter of Electrodes on Current Distributions in Submerged Arc Furnace," in 2018 IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), pp 1-4, 2018.## [19] X. Li, D. Chen, R. Dai, and Y. Geng, "Study of the influence of arc ignition position on arc motion in low-voltage circuit breaker," IEEE transactions on plasma science, vol: 35, no: 2, pp 491-497, 2007.## [20] S.-H. Rau, Z. Zhang, and W.-J. Lee, "3-D magnetohydrodynamic modeling of DC arc in power system," IEEE Transactions on Industry Applications, vol: 52, no: 6, pp. 4549-4555, 2016.## [21] S.-H. Rau and W.-J. Lee, "DC arc model based on 3-D DC arc simulation," IEEE Transactions on Industry Applications, vol: 52, no: 6, pp 5255-5261, 2016.## [22] A. Dehestani Kolagar, M. Alizadeh Pahlavani, and H. Ebrahimi, "Arc Power Calculation in DC Electric Arc Furnaces," Journal of Applied Electromagnetics, Vol. 3, No. 4, pp. 19-28, 2016, (in Persian).## [23] G. Miley, "Industrial Plasma Engineering", Volume:1 Principles and Volume: 2 Application to Nonthermal Plasma Processing, by J. Reece Roth. IOP Publishing, 2001. ISBN 750308257, Journal of Plasma Physics, vol: 68, no: 3, pp 237-243, 2002.## [24] M. Sharifi, "Magnetic field modelling of a direct current electric arc furnace," 1995.## | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,127 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 680 |
||