Особенности построения замкнутых систем приводов ЭТУ

Рассмотренные приводы с релейно-контакторным управлением, выполняющие функции включения и отключения электродвигателей, переключений в силовых цепях без последующего управления процессом изменения текущих переменных, например токов, скорости, частоты, относятся к разомкнутым системам привода. В разомкнутых системах
непосредственно или через преобразовательные устройства (измерительные трансформаторы, шунты, тахогенераторы и т. д.) могут осуществляться только измерения и контроль за изменением текущих переменных без "воздействия на источник питания или коммутационную аппаратуру. Исключение составляют устройства защиты, контролирующие предельно допустимые значения переменных, при достижении которых двигатель отключается от сети: токовая защита от коротких замыканий и перегрузок двигателей, защита от недопустимых снижений напряжения питающих сетей, блокировки от выхода механизма из области допустимых перемещений и др.
В замкнутых системах привода измерение текущих переменных производится не только для контроля, но и для воздействия по определенным законам на источник питания или другие промежуточные устройства в целях формирования требуемых по технологии свойств привода: обеспечения высокого быстродействия, ограничения нагрузок в статических режимах работы, при переходных процессах и т. д. Пример структуры замкнутой системы приведен на рис. 8.1. Отдельные элементы или их совокупность, обеспечивающие измерение текущих переменных и оказывающие воздействие на вход системы или промежуточные устройства в функции измеряемых текущих переменных, называются обратными связями.
На рис. 8.1 на вход усилительного устройства У воздействуют задающий сигнал и3 и сигнал обратной связи и0.с по одной из текущих переменных исполнительного двигателя ИД. Такая обратная связь называется обычно главной. Сигнал обратной связи складывается с задающим при положительной обратной связи и вычитается из него при отрицательной. Поэтому в общем случае иу=и3±и0.с- Входящий в структуру привода преобразователь Л (на рис. 8.1) охвачен внутренней или местной обратной связью ОСП.
Структуры привода могут включать в себя большое число устройств прямой передачи сигналов и обратных связей.
В зависимости от режимов работы системы привода, при которых обеспечивается действие обратных связей, они делятся на жесткие и гибкие обратные связи. Если обратная связь действует в установившихся и переходных режимах, она называется жесткой. Гибкие обратные связи действуют только в переходных режимах. i Обратные связи различают по физической природе контролируемой величины; по току якоря, скорости двигателя, положению рабочего органа или вала двигателя, ЭДС преобразователя и т. д. Получение сигнала обратной связи, функционально связанного с контролируемой переменной, | в ряде случаев осуществляется сравнительно простым схемным решением. Например, обратная связь по напряжению якоря двигателя обеспечивается подачей на вход преобразователя полного напряжения на якоре двигателя или части его. Обратим внимание на то, что в замкнутых системах привода действие обратных связей проявляется увеличением или уменьшением чаще всего напряжения управления как всей системы, так и отдельных ее элементов. Поэтому, если контролируемым параметром является не разность потенциалов, а электрическая величина другой физической природы (ток, мощность, магнитный поток и др.) или неэлектрическая величина (скорость, путь, угол поворота, температура и др.), то в этом случае используются специальные датчики-преобразователи, выполняющие преобразование контролируемой переменной в напряжение обратной связи.
Замкнутые системы приводов ЭТУ строят по принципам, разработанным в общей теории привода. Однако ряд технологических особенностей в некоторых типах электропечей, решающее влияние привода на энергетические показатели и режимы работы как самих печей, так и питающих их сетей вносят ряд особенностей в принципы построения структур приводов перемещения электродов печей переплава, дуговых сталеплавильных и руднотермических. Прежде всего это обусловлено физической природой и законами изменения тех параметров, значения которых привод должен поддерживать на требуемом уровне.
На рис. 8.2,а приведена структура регулятора мощности одной фазы дуговой сталеплавильной печи, задачей которого является поддержание постоянной мощности, выделяемой в дуге, и равной тому значению, которое определяется уставкой регулятора на каждой из ступеней напряжения печного трансформатора.
Регуляторы мощности дуговых сталеплавильных печей представляют собой электромеханическую следящую систему, построенную по принципу сравнения сигналов обратных связей по току в дуге (ОС /д) и по напряжению на дуговом промежутке (ОС Од). Функцию сравнения сигналов
тока и напряжения выполняет узел сравнения УС. При нарушении равенства этих сигналов разность на выходе УС± гЬДт^О подается на вход преобразователя U, от которого питается якорь исполнительного двигателя М, перемещающий электрод через систему передач в направлении снижения значения абсолютного значения рассогласования до уровня Д=0. Значение Д=0 соответствует выполнению условия выделения в дуге требуемой мощности, и двигатель при этом неподвижен. Система преобразователь — двигатель, приведенная на рис. 8.2,а в штриховой рамке, отрабатывает сигнал рассогласования на входе преобразователя U поворотом вала двигателя М на угол <р= V которому соответствует перемещение электрода в положение, удовлетворяющее условию выделения в дуге заданной мощности. При этом нужные показатели движения электрода (скорость, ускорение), определяющие показатели регулирования (быстродействие, перерегулирование), могут быть в значительной мере обеспечены с помощью обратных связей в системе преобразователь — двигатель, которые в регуляторе хотя и играют важную роль, носят характер местных обратных связей. Главная обратная связь регулятора (от вала двигателя до конца электрода) включает в себя кинематические элементы, разветвляясь затем на два электрических канала ОС /д и ОС Un.
Отсутствие одной из местных обратных связей в регуляторе может существенно повлиять на статические и динамические показатели привода, сохранив работоспособность регулятора. Нарушение же главной обратной связи или одной из ее ветвей делает регулятор неработоспособным. Например, разобщение кинематической цепи (поломка валов двигателя или редуктора, зубчатой рейки и т. д.) приведет к тому, что при нарушении равенства сигналов тока и напряжения на вход преобразователя U будет постоянно поступать сигнал рассогласования ±Д. Но как бы долго ни работал двигатель М с какой угодно скоростью со, повлиять на значение рассогласования он не может, так как электрод будет оставаться неподвижным. Обрыв обратной связи по напряжению на дуговом промежутке ОС 0Л означает, что Д=0 только при отсутствии дуги, а при обрыве обратной связи по току ОС IдД=0 только при эксплуатационном коротком замыкании.
Структура регуляторов в печах электрошлакового переплава определяется особенностями технологического процесса печей, который делится на три этапа [3]: наведение шлаковой ванны в кристаллизаторе; наплавление слитка; выведение усадочной раковины. В каждый из этих этапов к регулятору подачи расходуемого электрода предъявляются различные требования. При наведении шлаковой ванны непосредственно в кристаллизаторе следует иметь скорость перемещения электрода ©^0,02-^0,03 м/с и высокое быстродействие регулятора при невысокой точности. В период переплава расходуемого электрода (наплавлении слитка) для обеспечения с высокой точностью требуемых параметров электрического и теплового режимов и качества слитка регулятор должен обладать высокой чувствительностью при соотношении между скоростями наплавления слитка иСл, его затвердевания иКр и всплывания в шлаков в ванне неметаллических включений. Это соотношение удовлетворяется заданием скорости перемещения электрода va и регулированием вводимой мощности на поддержание постоянства межэлектродного промежутка, функционально связанного с сопротивлением шлаковой ванны.
Регулятор мощности печей электрошлакового переплава может быть также отнесен к следящим системам, рассогласование заданного и действительного положения рабочего органа — электрода, в которых отрабатываются исполнительным двигателем привода перемещения электрода. Структура регулятора мощности приведена на рис. 8.2,6. Регулятор строится на основе системы преобразователь— двигатель. На преобразователь подается алгебраическая сумма сигналов независимого задания скорости перемещения электрода и обратной связи по току в электроде ОС /э при контроле специальными датчиками активного сопротивления шлаковой ванны, изменение которого в ходе плавки вносит коррекцию в закон движения электрода.
На третьем этапе переплава для получения качественных слитков вводимая в печь мощность плавно снижается путем снижения по определенной программе напряжения печного трансформатора. При этом снижаются ток и скорость перемещения электрода до практически полного прекращения его плавления.
Таким образом, одной из особенностей приводов ряда ЭТУ является тесная взаимная связь их электромеханических свойств с энергетическими показателями источников питания электропечей и технологическим процессом в печах, что обеспечивается замкнутыми системами по энергетическим и технологическим параметрам. В ряде случаев, например в установках переплава, выращивания монокристаллов, для обеспечения требуемого качества технологического процесса применяются замкнутые системы по положению рабочего органа при прямом контроле с помощью специальных датчиков положения.
Весьма перспективным средством построения замкнутых систем приводов регуляторов электропечей является применение управляющих вычислительных машин (УВМ), выполняющих расчет оптимальных законов движения рабочих органов (электродов) и формирование управляющих сигналов по контролируемым электрическим и технологическим параметрам.