能在整个通电过程中按额定容量供电的石墨化炉用变压器。

石墨化工艺要求

在一个通电周期的初期功率由小到大、逐渐上升到变压器的额定容量后，功率不下降，而一直维持到终炉。但是，一般的石墨化炉变压器不具备这样的功能，它们在通电功率达到最大值后被迫降功率，而且逐渐降低，一直到终炉，如图l所示，该图中的矩形OBDF的面积是在一个石墨化周期内变压器可提供的最大容量，其利用率为100％。但由于工艺方面的要求，在通电的前一阶段，即在图1的OG这一段时间内，功率必须逐渐上升，不然会影响产品质量和成品率。在这一阶段内，变压器实际提供的功为OACG这一梯形所围的面积，而相当于ABC三角形面积的功，变压器未能发挥出来。从石墨化工艺要求来看，这是必要的，但是在GF这一段时间内，按石墨化工艺要求的最大可能功率供电。然而，一般的石墨化炉变压器在这一段时间内都发挥不出最大功率，而是被迫按逐渐降低的功率曲线，即按CE线供电。

CE线的功率下降趋势不是石墨化工艺自身的要求，更确切地说，这恰恰是石墨化工艺所不希望出现的情况。这是由于一般石墨化变压器不能满足石墨化工艺要求造成的。这不但使变压器未能提供相当于三角形CDE面积的功，降低了变压器容量的利用率，更为重要的是，在这一需要大功率以补偿炉内高温所造成的大量热能损失的阶段，得不到大功率送电，而使炉内升温缓慢，延长了通电周期，增加了电能的消耗，甚至达不到热平衡，炉温不再上升。一般石墨化变压器在一个送电周期内的容量利用率η为：

式中S为矩形OBDF的面积，即变压器可提供的最大功；S1为多边形OACEF的面积，即变压器实际提供的功。

造成这一状况的原因是一般石墨化变压器在设计时依据的是下列公式：

式中V₁为变压器的初级电压；I₁为变压器的初级电流；V_2,max为变压器的次级最高电压；I_2,max为变压器的次级最大电流。

由于石墨化工艺的性质所决定，V_2,max和I_2,max不同时出现。一般来说，在石墨化炉通电的初始阶段，由于炉阻很高，要采用高电压通电才能获得所需功率，V_2,max在这一段时间内出现，但此时的电流I₂却很小。随着通电过程的进行，炉电阻逐渐降低，电流I₂逐渐增大，功率逐渐上升。当电流达到变压器的次级电流最大值I_2,max时，一般情况下，功率也达到了变压器的额定值，当通电过程继续进行时，炉电阻仍不断降低，为了使次级电流不超过其最大值I_2,max，必须降低变压器的次级电压V₂，此时I2≈I_2,max，而V₂逐渐降低，结果变压器输出的功率也逐渐降低，这种下降趋势一直持续到终炉(图2a)。一般石墨化炉变压器在终炉阶段的输出功率只达其额定值的50％左右。由于这种变压器在供电的后期次级电流维持最大值I_2,max，而输出功率逐渐下降，故可称之为“次级恒电流变压器”。如果换一种思考方式，把变压器设计的公式改为：

式中V_2,min为变压器的刺激最低电压。

一般来说，V_2,min几乎是与I_2,max同时出现的，这样就可以达到石墨化炉通电后期变压器的次级电流不断上升，并得以按其额定容量供电，从而实现了石墨化炉后期恒功率供电的要求(图2b)，故可称此种方式设计的变压器为“恒功率变压器”。从图l可以看出，恒功率变压器在石墨化炉的一个通电周期内，其容量利用率η为

式中S2为图1中多边形OACDF的面积，也即恒功率变压器实际提供的功；S3为图1中三角形CDE的面积，也即恒功率变压器比普通变压器多提供的功。

比较(1)、(4)二式，即可看出，在石墨化炉的一个供电周期内，恒功率变压器的容量利用率比普通变压器的η高出S3/S×100％。

根据经验，在按恒功率供电的情况下，石墨化炉变压器次级电压的变化范围约为二倍，即

就可以满足石墨化工艺要求，在此情况下，恒功率变压器的次级最大电流I₂,max要比一般石墨化炉变压器的最大电流高出一倍左右。例如中国中小型炭素厂采用较多的3340kV•A石墨化炉用变压器，如按原有设计，其最大电流只有35kA，如果应用恒功率变压器概念来设计，其次级最大电流可以达到65～70kA。

恒功率变压器与一般变压器的比较，其优点大致如下：

(1)同样额定容量的变压器可以使石墨化炉的产能提高约50％；

(2)应用较小容量的变压器可以石墨化大直径的电极坯料，以3340kV•A变压器为例，当其最大次级电流为35kA时，是不能使直径450mm、500mm电极焙烧坯经济而有效地石墨化的。但当这一容量的变压器按恒功率概念设计时，就可以经济合理地使直径500mm或直径600mm的焙烧坯料石墨化。

(3)提高了变压器容量的利用率，同时也使供电线路的利用率提高，这一点对于只有一组石墨化炉的中小炭素厂来说尤为重要。

(4)降低了电力增容费的投资及设备备用费，因为以上两项费用是按变压器的额定容量收取的，在同样产能的情况下，恒功率变压器的容量要比一般变压器低30％左右。

(5)降低石墨化工艺的电能消耗指标。在一台石墨化炉同样的装炉量的情况下，恒功率变压器可以缩短送电时间，降低了石墨化的热损失，一般可使每吨装炉坯料的耗电量降低15％～20％。

实际上，恒功率变压器与相同容量的普通变压器只有一个区别，就是前者的次级绕组具有较大的截面，因而可以输出较大的次级电流。一般来说，其截面比相同容量的变压器大一倍即可。其铁心截面都与普通变压器相同，这样做的结果是，由于次级绕组截面的增大，使得铁心窗口尺寸稍有增加，因而铁心重量也相应增加一些。所以，恒功率变压器的结构容量要比相同容量的普通变压器大一些，这也是一般特种变压器常常出现的情况。

有人认为恒功率变压器具有“暗藏容量”，这是不符合实际情况的。因为就其铁芯与初级绕组来说，它并没有“暗藏容量”，而对次级绕组来说，截面积增大了，在未输出其额定最大电流的情况下，看来是多用了一些铜(对于普通变压器这一情况也是存在的)，但在其达到额定最大电流时，这些多用的铜也发挥了应有的作用，因而也并未“暗藏”。