Электрогидравлические приводы перемещения электродов

В дуговых сталеплавильных печах и рудно-термических печах наряду с электромеханическими приводами перемещения электродов нашли распространение и электрогидравлические приводы. Их применение позволяет существенно упростить кинематическую схему, исключить из нее крупногабаритные механические передающие и уравновешивающие устройства. Электрогидравлические регуляторы обладают более высокими динамическими показателями. В табл. 9.2 приведены основные динамические показатели электромеханических и электрогидравлического АРДГ регуляторов мощности дуговых сталеплавильных печей емкостью 5—6 т.
Имея существенное преимущество по приведенным в табл. 9.2 показателям, регуляторы АРДГ уступают регуляторам с электромеханическим приводом по массогабаритным показателям, более трудоемки в монтаже, наладке и эксплуатации, стоимость их примерно в 5 раз выше стоимости регуляторов АРДМТ.
На рис. 9.16 приведена электрогидравлическая схема регулятора АРДГ в одной фазе печи с гидроприводом перемещения электродов. Силовой гидроцилиндр ГЦ управляется двухкаскадным золотниковым гидроусилителем ГУ, конструктивное выполнение которого показано на рис. 3.19,6. Силовой напор обеспечивается газовым гидроаккумулятором ГА (см. § 3.3, рис. 3.11), постоянная подпитка которого происходит от насосной станции Я. Перемещение электрода вверх происходит при подаче жидкости в полость гидроцилиндра смещением золотников силового распределителя гидроусилителя ГУ вправо, когда соединяются магистрали напора и гидроцилиндра. Опускание электрода осуществляется под действием веса конструкции электрододержателя с электродом при смещении золотников силового распределителя гидроусилителя ГУ влево, в результате чего из полости гидроцилиндра ГЦ происходит слив жидкости в гидробак Б.
Управление гидроприводом перемещения электродов производится по двум каналам — тока в дуге /д и напряжения на дуговом промежутке ид. Выделение сигналов, функционально связанных с током в дуге и напряжением за ней, выполняется по таким же схемам, как и в регуляторах с электромеханическим приводом (см. рис. 9.6, 9.16). Напряжения плеча тока ип,т==кг1л и плеча напряжения ип,н=книл, выпрямленные соответственно выпрямителями VT и Vn, поступают на блок сравнения БС. Здесь Щ и kg — коэффициенты передачи плеч тока и напряжения.
Сигналы с БС в зависимости от знака рассогласования Д=£т/д—£н£/д, усиливаясь усилителем постоянного тока А, поступают в СИФУ, управляя полупроводниковыми коммутаторами VI и V2. Коммутаторы VI, V2 являются бесконтактными безынерционными коммутационными устройствами, выполняющими подключение через трансформатор Т к сети переменного тока или отключение от нее исполнительных двигателей M1 или М2. Валы двигателей M1 или М2 связаны с шестерней Ш, которая через зубчатую рейку ЗР перемещает золотники управляющего распределителя гидроусилителя ГУ (первая ступень усиления). Направление перемещения зубчатой рейки ЗР определяется тем, какой из исполнительных двигателей подключен к сети переменного тока — M1 или М2.
В качестве исполнительных двигателей M1и М2 используются двухфазные асинхронные двигатели с полым ротором. Вращающееся поле в этих двигателях формируется двумя обмотками, расположенными на статоре. Оси обмоток взаимно перпендикулярны. Принцип формирования вращающегося поля в этих машинах изложен в § 2.1. Как следует из рис. 2.3, для формирования вращающегося поля в двухфазных двигателях со сдвинутыми на угол 90° обмотками они должны питаться от двухфазных источников, фазные напряжения которых также сдвинуты на угол 90°. При питании двигателей от однофазных источников, как это имеет место на рис. 9.16, фазовый сдвиг напряжений питания обмоток двигателей в 90° достигается подключением одной из обмоток двигателя непосредственно к однофазному источнику, а другой — через конденсатор С, емкость которого подбирается такой, чтобы сдвиг фаз токов в обмотках двигателя был близок к 90°, т. е. выполняется условие, необходимое для формирования в зазоре двигателя вращающегося поля.
Выполнение роторов двигателей M1 и М2 в виде полых тонкостенных цилиндров из немагнитного материала — обычно алюминия, существенно снижает момент инерции двигателей, т. е. повышает их быстродействие. Электромагнитный момент, действующий на ротор, возникает в результате взаимодействия магнитного потока вращающегося поля с индуктированными в роторе вихревыми токами.
Рассмотрим процесс отработки возмущений в регуляторе. Например, увеличение длины дуги приводит к снижению ее тока /д и повышению напряжения на ней Ua. Таким образом, нарушается равенство между напряжениями плеч тока и напряжения. Сигнал рассогласования — А, поступая на УПТ, усиливается и передается в СИФУ. Импульсы на выходе СИФУ подаются на управляющий электрод тиристора коммутатора VI, который подключает к сети переменного тока исполнительный двигатель M1. Зубчатая рейка ЗР перемещается вправо, смещая золотники распределителя управления ГУ так, что избыточное давление образуется в левой полости силового золотникового распределителя ГУ. Смещаясь вправо, золотники силового распределителя соединяют магистраль слива с гидроцилиндром ГЦ. Происходит опускание электрода до ликвидации рассогласования. При рассогласовании 4-Д, т. е. при Щ,т>Щ§&, двигателем М2 производится перемещение золотников распределителя управления ГУ влево, влево перемещаются и золотники силового распределителя ГУ, соединяя с гидроцилиндром ГЦ магистраль напора. Происходит подъем электрода до ликвидации рассогласования.
При равенстве нулю рассогласования Д=0, т. е. режим печи соответствует заданному, распределители гидроусилителя ГУ находятся в нейтральном положении, коммутаторы VI и V2 закрыты, двигатели Ml и М2 неподвижны. Конструкция ГУ такова, что вторая ступень усиления, будучи в нейтральном положении, способна удерживать электрод в неподвижном состоянии.
Электромеханические системы, применяемые в ЭТУ, и отдельные элементы этих систем описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями или представляются в виде структурных схем, где связи выходных и входных переменных устанавливаются передаточными функциями как отношение их изображений по Лапласу при нулевых начальных условиях. Возможность формального представления p=dfdt как оператора дифференцирования позволяет рекомендовать единый путь подготовки задачи к решению на АВМ в следующей последовательности:
1)            запись исходных уравнений или передаточных функций, описывающих исследуемую систему;
2)            запись уравнений относительно высшей производной выходной: переменной или высшей степени р при выходной переменной;
3)            составление блок-схемы модели исследуемой системы;
4)            ориентировочная оценка максимальных значений текущих Xi max-переменных и длительности протекания исследуемого процесса;
5)            выбор масштабов зависимых и независимых от времени, переменных
Для большинства современных АВМ значение наибольшей машинной зависимой переменной. Машинное время Тмаш выбирается из соображения удобства наблюдения исследуемого процесса, минимизации накапливаемой в ходе решения систематической погрешности, реализуемости машинных коэффициентов. Для быстротекущих физических процессов (пуск, торможение, реверс двигателей, процессы в цепях управления и т. д.) решение уравнений на АВМ замедляется. Для медленных физических процессов (нагрев, охлаждение) решение уравнений на АВМ ускоряется, Т. е. Тмаш<*реал ИИЦ<1;
6) приведение уравнений исследуемой системы к машинному виду.
Этот шаг заключается в делении переменных уравнений на их масштабы. Далее машинные уравнения записываются относительно искомой переменной или ее производной. Выражения перед переменными правой части машинных уравнений являются машинными коэффициентами.
В табл. П.1.1 приведены блок-схемы моделей основных звеньев» входящих в электромеханические системы и рассмотренных в гл. 8, 9. Тильдой наверху обозначены машинные переменные и машинные коэффициенты. На блок-схемах моделей выходная величина записана с учетом свойства инверсности операционных усилителей — изменения знака выходной машинной переменной на противоположный по сравнению со знаком, определяемым исходным уравнением. Выражения машинных коэффициентов записаны в виде: для суммирующих усилителей, где fcyp — коэффициент при i-й переменной решаемого уравнения, записанного относительно высшей производной выходной переменной; для интегрирующих усилителей.