Ward Leonard Metode van Spoedbeheer of Armatuurspanningbeheer

Die Ward Leonard metode van spoedbeheer werk deur die spanning wat op die armatuur van 'n motor aangewend word, te verander. Hierdie vernouende benadering is vir die eerste keer in 1891 bekendgestel, wat 'n beduidende vooruitgang in die veld van elektriese motorbeheer gemerk het. Die figuur hieronder illustreer die verbindingsskema vir die toepassing van die Ward Leonard metode om die spoed van 'n DC-skepelingmotor te beheer, wat 'n duidelike visuele voorstelling van die stelsel se konfigurasie en operasie gee.

In die beskryfde stelsel verteenwoordig M die hoof DC-motor waarvan die draaispoed die doelwit van beheer is, terwyl G 'n apart aangevoerde DC-generator is. Die generator G word aangedryf deur 'n driefase-aandryfsmotor, wat óf 'n induksiemotor of 'n synchrone motor kan wees. Die kombinasie van die AC-aandryfsmotor en die DC-generator staan algemeen bekend as die Motor-Generator (M-G) set.

Die uitsetspanning van die generator kan aangepas word deur die generator se veldstroom te verander. Wanneer hierdie aangepaste spanning direk aan die armatuur van die hoof DC-motor gegee word, veroorsaak dit 'n ooreenkomstige verandering in die spoed van motor M. Om konsekwente prestasie tydens spoedbeheer te verseker, word die motor se veldstroom Ifm by 'n konstante vlak gehou, wat in sy beurt die motor se veldvlugt ϕm stabiel hou. Verder, terwyl die motor se spoed beheer word, word die motor armatuurstroom Ia gereguleer om dit by sy gespesifiseerde waarde te hou. Deur die gegenereerde veldstroom Ifg te varieer, kan die armatuurspanning Vt van nul tot sy gespesifiseerde waarde aangepas word. 

Hierdie aanpassing in spanning lei tot 'n verandering in die motor se spoed van nul tot die basisspoed. Aangesien die proses van spoedbeheer uitgevoer word met die gespesifiseerde stroom Ia en 'n konstante motorveldvlugt ϕm, word 'n konstante koppel behaal, aangesien koppel direk eweredig is aan die produk van die armatuurstroom en die veldvlugt tot die gespesifiseerde spoed. Aangesien die produk van koppel en spoed die vermogen definieër, en koppel in hierdie situasie konstant bly, word vermogen direk eweredig aan spoed. Gevolglik neem, as die uitsetvermogen toeneem, die spoed van die motor ooreenkomstig toe. 

Die koppel- en vermogenskenmerke van hierdie spoedbeheerstelsel word in die figuur hieronder geïllustreer, wat 'n visuele voorstelling gee van hoe hierdie parameters interakteer en verander tydens operasie.

Tot opsomming maak die armatuurspanningsbeheermetode 'n konstant koppel en veranderlike vermogenaandryf moontlik vir spoede onder die basisspoed. Aan die ander kant kom die veldvlugtbeheermetode in speel wanneer die spoed die basisspoed oorskry. In hierdie operasie-modus word die armatuurstroom konstant by sy gespesifiseerde waarde gehou, en die generatorspanning Vt bly konstant.

Wanneer die motorveldstroom verminder word, verminder die motorveldvlugt ook, wat effektief die veld verzwak om hoër spoede te bereik. Aangesien Vt Ia en E Ia konstant bly, is die elektromagnetiese koppel direk eweredig aan die produk van die veldvlugt ϕm en die armatuurstroom Ia. Gevolglik lei 'n vermindering in die motor se veldvlugt tot 'n afname in koppel.

Gevolglik neem koppel af soos die spoed toeneem. Dus, in die veldbeheermodus, word vir spoede bo die basisspoed, 'n konstant vermogen en veranderlike koppel-operasie verkry. Wanneer 'n wydspoedbeheer nodig is, word 'n kombinasie van armatuurspanningsbeheer en veldvlugtbeheer gebruik. Hierdie gekombineerde benadering laat toe dat die verhouding tussen die maksimum en minimum beskikbare spoede van 20 tot 40 varieer. In geslote-lusbeheerstelsels kan hierdie spoedbereik verder uitgebrei word tot 200.

Die aandryfsmotor kan óf 'n induksiemotor óf 'n synchrone motor wees. 'n Induksiemotor werk tipies by 'n agterstandige vermogenfaktor. Tegengesteld hiervan kan 'n synchrone motor deur oor-opwinding van sy veld by 'n voorspringende vermogenfaktor bedryf word. 'n Oor-opgewonde synchrone motor genereer voorspringende reaktiewe vermogen, wat effektief die agterstandige reaktiewe vermogen wat deur ander indiktiewe belastings verbruik word, kompenseer, waardoor die algehele vermogenfaktor verbeter word.

By die hanteer van swaar en ongereelde belastings word dikwels 'n glipringinduksiemotor as die primaire aandrywer gebruik, en 'n vlieghiel word op sy as monteer. Hierdie konfigurasie, bekend as die Ward Leonard-Ilgener skema, help om betekenisvolle fluktuasies in die voorspanningsstroom te voorkom. Wanneer egter 'n synchrone motor as die aandryfsmotor dien, kan die montering van 'n vlieghiel op sy as nie fluktuasies verminder nie, aangesien 'n synchrone motor altyd by 'n konstante spoed hardloop.

Voordelige van Ward Leonard Aandrywe

• Die Ward Leonard aandrywe bied verskeie sleutelvoordele:

• Dit laat gladde spoedbeheer van 'n DC-motor oor 'n wyd bereik in beide rigtings toe.

• Dit het 'n inherente remfunksie. Deur 'n oor-opgewonde synchrone motor as die aandryf te gebruik, word die agterstandige reaktiewe volt-ampère gekompenseer, wat die algehele vermogenfaktor verhoog.

• In toepassings met ongereelde belastings, soos rolmille, kan 'n induksiemotor met 'n vlieghiel gebruik word om die ongereelde belasting glad te maak, wat sy impak op die stelsel verminder.

Nadele van die Klassieke Ward Leonard Stelsel

Die klassieke Ward Leonard stelsel, wat op roterende Motor-Generator sets vertrou, het die volgende beperkings:

• Die aanvanklike investering vir die stelsel is groot, aangesien 'n motor-generator-set met dieselfde spesifikasie as die hoof DC-motor geïnstalleer moet word.

• Dit het 'n groot fisieke grootte en betekenisvolle gewig.

• Dit vereis 'n groot vloeroppervlak vir installasie. Die fundering wat vir die stelsel benodig word, is duur.

• Vernieuwing is gereeld nodig.

• Dit lei tot hoër verliese tydens operasie.

• Sy algehele doeltreffendheid is relatief laag.

• Die aandryf genereer 'n betekenisvolle hoeveelheid geraas.

Toepassings van Ward Leonard Aandrywe

Ward Leonard aandrywe is ideaal vir situasies waar glad, tweerigting, en wyd-bereik spoedbeheer van DC-motors noodsaaklik is. Sommige algemene toepassings sluit in:

• Rolmille

• Lifte

• Kranes

• Papiermille

• Diesel-elektriese lokomotiewe

• Mynhijsers

Solid State Beheer of Statisiese Ward Leonard Stelsel

In moderne toepassings word die statiese Ward Leonard stelsel wyd voorgetrek. In hierdie stelsel word die tradisionele roterende motor-generator (M-G) set vervang deur 'n solid-state omskakelaar vir die beheer van die spoed van die DC-motor. Gestuurde rektifiers en hakkers word algemeen as omskakelaars gebruik.

Wanneer die kragbron 'n AC-toevoer is, word gestuurde rektifiers gebruik om die vasgestelde AC-toevoerspanning om te skakel na 'n veranderlike DC-toevoerspanning. In die geval van 'n DC-toevoer, word hakkers gebruik om 'n veranderlike DC-spanning van die vasgestelde DC-bron te verkry.

In 'n alternatiewe vorm van die Ward Leonard aandryf kan nie-elektriese primêre aandrywers ook gebruik word om die DC-generator aan te dryf. Byvoorbeeld, in DC-elektriese lokomotiewe word die DC-generator deur 'n dieselmotor of 'n gas-turbine aangedryf, en hierdie opstelling is ook van toepassing in skippropulsiedrieë. In sulke stelsels is regeneratiewe remming nie moontlik nie omdat energie nie in die omgekeerde rigting deur die primêre aandrywer kan vloei nie.