Metodo ng Ward Leonard sa Paggawad ng Kontrol sa Bilis o Kontrol sa Voltaje ng Armature

Ang paraan ng Ward Leonard sa kontrol ng bilis ay gumagana sa pamamagitan ng pag-ayos ng volt na inilalapat sa armature ng motor. Ang bagong pamamaraang ito ay unang ipinakilala noong 1891, na nagpapahayag ng isang mahalagang pag-unlad sa larangan ng kontrol ng elektrikong motor. Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng diagram ng koneksyon para sa pag-implementa ng paraan ng Ward Leonard upang kontrolin ang bilis ng DC shunt motor, na nagbibigay ng malinaw na visual na representasyon ng konfigurasyon at operasyon ng sistema.

Sa sistemang itinalaga sa itaas, ang M ay kumakatawan sa pangunahing DC motor kung saan ang bilis ng pagsisikat ang layunin ng kontrol, habang ang G ay isang hiwalay na pinaglabasan na DC generator. Ang generator na G ay pinagkukunan ng lakas ng tatlong-phase driving motor, na maaaring isang induction motor o synchronous motor. Ang pares ng AC driving motor at DC generator ay karaniwang tinatawag na Motor-Generator (M-G) set.

Ang output ng volt ng generator ay maaaring ayusin sa pamamagitan ng pag-modify ng field current ng generator. Kapag ang naka-ayos na volt na ito ay direkta na inilapat sa armature ng pangunahing DC motor, ito'y nagdudulot ng kasabay na pagbabago sa bilis ng motor M. Upang tiyakin ang konsistenteng performance sa panahon ng kontrol ng bilis, ang field current Ifm ng motor ay pinapanatili sa isang constant level, na sa kanyang pagkakataon ay nagpapanatili ng stable ang field flux ϕm ng motor. Bukod dito, habang kontrolin ang bilis ng motor, ang armature current Ia ng motor ay niregulate upang tugunan ang rated value nito. Sa pamamagitan ng pagbabago ng generated field current Ifg, ang armature voltage Vt ay maaaring i-adjust mula zero hanggang sa rated value nito.

Ang pag-aadjust sa volt na ito ay nagresulta sa pagbabago ng bilis ng motor mula zero hanggang sa base speed. Dahil ang proseso ng kontrol ng bilis ay isinasagawa sa rated current Ia at constant motor field flux ϕm, natutugunan ang constant torque, dahil ang torque ay direktang proporsiyonal sa produkto ng armature current at field flux hanggang sa rated speed. Dahil ang produkto ng torque at bilis ay naglalarawan ng power, at ang torque ay mananatiling constant sa scenario na ito, ang power ay direktang proporsiyonal sa bilis. Bilang resulta, habang ang power output ay lumalaki, ang bilis ng motor ay lumalaki rin nang kasabay.

Ang mga katangian ng torque at power ng sistema ng kontrol ng bilis ay ipinapakita sa larawan sa ibaba, na nagbibigay ng visual na representasyon kung paano ang mga parameter na ito ay mag-interact at magbago sa panahon ng operasyon.

Sa kabuuan, ang paraan ng kontrol ng armature voltage ay nagbibigay ng constant torque at variable power drive para sa mga bilis na mas mababa sa base speed. Sa kabilang banda, ang paraan ng kontrol ng field flux ay sumasailalim kapag ang bilis ay lumampas sa base speed. Sa mode ng operasyong ito, ang armature current ay laging pinapanatili sa rated value nito, at ang generator voltage Vt ay nananatiling constant.

Kapag ang field current ng motor ay binawasan, ang field flux ng motor ay dinadami, na effectively nagweaken ng field upang makamit ang mas mataas na bilis. Dahil ang Vt Ia at E Ia ay nananatiling constant, ang electromagnetic torque ay direktang proporsiyonal sa produkto ng field flux ϕm at armature current Ia. Bilang resulta, ang pagbabawas sa field flux ng motor ay nagresulta sa pagbabawas ng torque.

Dahil dito, ang torque ay bumababa habang ang bilis ay tumataas. Kaya, sa mode ng kontrol ng field, para sa mga bilis na mas mataas sa base speed, natutugunan ang constant power at variable torque operation. Kapag kinakailangan ang wide-range speed control, ginagamit ang kombinasyon ng kontrol ng armature voltage at kontrol ng field flux. Ang combined approach na ito ay nagpapahintulot sa ratio ng maximum at minimum available speeds na saklawin mula 20 hanggang 40. Sa mga closed-loop control systems, ang speed range na ito ay maaaring palawakin hanggang 200.

Ang driving motor maaaring isang induction motor o synchronous motor. Karaniwang nag-ooperate ang induction motor sa lagging power factor. Sa kabilang banda, maaaring i-operate ang synchronous motor sa leading power factor sa pamamagitan ng over-excitation ng field nito. Ang over-excited synchronous motor ay nag-generate ng leading reactive power, na effectively compensates para sa lagging reactive power na inilalaan ng iba pang inductive loads, na nagpapabuti sa overall power factor.

Kapag nakakasalamuha sa heavy at intermittent loads, madalas gamitin ang slip ring induction motor bilang prime mover, at isang flywheel ay nakalagay sa shaft nito. Ang configuration na ito, na kilala bilang Ward Leonard-Ilgener scheme, ay tumutulong upang maiwasan ang malaking pagbabago sa supply current. Gayunpaman, kapag ang synchronous motor ang siyang nagserve bilang driving motor, hindi maaaring bawasan ang pagbabago sa pamamagitan ng pag-mount ng flywheel sa shaft nito, dahil ang synchronous motor ay laging nagrurun sa constant speed.

Mga Advantages ng Ward Leonard Drives

• Ang Ward Leonard drive ay nagbibigay ng ilang key advantages:

• Nagbibigay ito ng smooth speed control ng DC motor sa malawak na saklaw sa parehong direksyon.

• Mayroon itong inherent braking capability. Sa pamamagitan ng paggamit ng over-excited synchronous motor bilang drive, ang lagging reactive volt-amperes ay kompensado, na nagpapabuti sa overall power factor.

• Sa mga aplikasyon na may intermittent loads, tulad ng rolling mills, maaaring gamitin ang induction motor na may flywheel upang mapayapa ang intermittent loading, na nagbabawas ng impact nito sa sistema.

Mga Drawbacks ng Classical Ward Leonard System

Ang classical Ward Leonard system, na umaasa sa rotating Motor-Generator sets, ay may mga limitasyon na ito:

• Ang initial investment para sa sistema ay substantial dahil sa requirement ng pag-install ng motor-generator set na may parehong rating ng pangunahing DC motor.

• Ito ay may malaking pisikal na sukat at significant weight.

• Ito ay nangangailangan ng malaking floor area para sa installation. Ang foundation na kailangan para sa sistema ay mahal.

• Kailangan ng regular na maintenance.

• Nagbabayad ito ng mas mataas na losses sa panahon ng operasyon.

• Ang overall efficiency nito ay relatibong mababa.

• Ang drive ay naggenerate ng malaking noise.

Mga Application ng Ward Leonard Drives

Ang Ward Leonard drives ay ideal para sa mga scenario kung saan ang smooth, bidirectional, at wide-range speed control ng DC motors ay mahalaga. Ang ilang common applications ay kasama:

• Rolling mills

• Elevators

• Cranes

• Paper mills

• Diesel-electric locomotives

• Mine hoists

Solid State Control o Static Ward Leonard System

Sa modernong aplikasyon, ang Static Ward Leonard system ay malawakang pinapaboran. Sa sistema na ito, ang tradisyunal na rotating motor-generator (M-G) set ay inirereplace ng solid-state converter para sa kontrol ng bilis ng DC motor. Ang controlled rectifiers at choppers ay karaniwang ginagamit bilang converters.

Kapag ang power source ay isang AC supply, ang controlled rectifiers ay ginagamit upang transformin ang fixed AC supply voltage sa variable DC supply voltage. Sa kaso ng DC supply, ang choppers ay ginagamit upang makamit ang variable DC voltage mula sa fixed DC source.

Sa alternative form ng Ward Leonard drive, maaari ring gamitin ang non-electrical prime movers upang idrive ang DC generator. Halimbawa, sa mga DC electric locomotives, ang DC generator ay pinagkukunan ng diesel engine o gas turbine, at ang setup na ito ay applicable rin sa ship propulsion drives. Sa mga sistema na ito, ang regenerative braking ay hindi feasible dahil ang energy ay hindi maaaring lumiko sa reverse direction sa pamamagitan ng prime mover.