वार्ड लेनार्ड विधि से गति नियंत्रण या आर्मेचर वोल्टेज नियंत्रण

वार्ड लेंनर्ड गति नियंत्रण विधि मोटर के आर्मेचर पर लगाए जाने वाले वोल्टेज को समायोजित करके काम करती है। यह नवीन दृष्टिकोण 1891 में पहली बार पेश किया गया था, जो विद्युत मोटर नियंत्रण के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति थी। नीचे दिए गए आरेख में डीसी शंट मोटर की गति को नियंत्रित करने के लिए वार्ड लेंनर्ड विधि के लिए कनेक्शन आरेख को दर्शाया गया है, जो प्रणाली की संरचना और संचालन का स्पष्ट दृश्य प्रतिनिधित्व करता है।

उपरोक्त वर्णित प्रणाली में M मुख्य डीसी मोटर को दर्शाता है जिसकी घूर्णन गति नियंत्रण का लक्ष्य है, जबकि G एक अलग-अलग उत्तेजित डीसी जनरेटर है। जनरेटर G को एक तीन-फेज ड्राइविंग मोटर द्वारा ऊर्जा दी जाती है, जो या तो एक प्रेरण मोटर या एक संक्रमणीय मोटर हो सकती है। एसी ड्राइविंग मोटर और डीसी जनरेटर के युग्म को आमतौर पर मोटर-जनरेटर (M-G) सेट के रूप में जाना जाता है।

जनरेटर के वोल्टेज आउटपुट को जनरेटर के फील्ड धारा को संशोधित करके समायोजित किया जा सकता है। जब यह समायोजित वोल्टेज सीधे मुख्य डीसी मोटर के आर्मेचर को दिया जाता है, तो यह मोटर M की गति में संबद्ध परिवर्तन का कारण बनता है। गति नियंत्रण के दौरान संगत प्रदर्शन को सुनिश्चित करने के लिए, मोटर की फील्ड धारा Ifm को एक स्थिर स्तर पर रखा जाता है, जिससे मोटर की फील्ड फ्लक्स ϕm स्थिर रहता है। इसके अलावा, मोटर की गति को नियंत्रित करते समय, मोटर आर्मेचर धारा Ia को इसके रेटेड मूल्य के अनुरूप नियंत्रित किया जाता है। जनित फील्ड धारा Ifg को बदलकर, आर्मेचर वोल्टेज Vt को शून्य से इसके रेटेड मूल्य तक समायोजित किया जा सकता है।

इस वोल्टेज की समायोजन के परिणामस्वरूप मोटर की गति शून्य से इसकी बेस गति तक बदल जाती है। क्योंकि गति नियंत्रण प्रक्रिया रेटेड धारा Ia और एक स्थिर मोटर फील्ड फ्लक्स ϕm के साथ निष्पादित की जाती है, इसलिए एक स्थिर टोक़ उपलब्ध होता है, क्योंकि टोक़ आर्मेचर धारा और फील्ड फ्लक्स के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है रेटेड गति तक। चूंकि टोक़ और गति का उत्पाद शक्ति को परिभाषित करता है, और इस परिदृश्य में टोक़ स्थिर रहता है, इसलिए शक्ति गति के सीधे आनुपातिक होती है। इस परिणामस्वरूप, जब शक्ति आउटपुट बढ़ता है, तो मोटर की गति तदनुसार बढ़ती है।

इस गति-नियंत्रण प्रणाली के टोक़ और शक्ति विशेषताओं को नीचे दिए गए आरेख में दर्शाया गया है, जो संचालन के दौरान इन पैरामीटरों के परस्पर कार्य और परिवर्तन का दृश्य प्रतिनिधित्व करता है।

सारांश में, आर्मेचर वोल्टेज नियंत्रण विधि बेस गति से नीचे की गतियों के लिए एक स्थिर टोक़ और विचरणशील शक्ति ड्राइव को प्राप्त करने की सुविधा प्रदान करती है। दूसरी ओर, फील्ड फ्लक्स नियंत्रण विधि तब लागू होती है जब गति बेस गति से अधिक होती है। इस संचालन मोड में, आर्मेचर धारा लगातार इसके रेटेड मूल्य पर रखी जाती है, और जनरेटर वोल्टेज Vt स्थिर रहता है।

जब मोटर फील्ड धारा कम की जाती है, तो मोटर फील्ड फ्लक्स भी कम हो जाता है, जिससे फील्ड को कमजोर करके उच्च गतियाँ प्राप्त की जा सकती हैं। चूंकि Vt Ia और E Ia स्थिर रहते हैं, इसलिए विद्युत टोक़ फील्ड फ्लक्स ϕm और आर्मेचर धारा Ia के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होता है। इस परिणामस्वरूप, मोटर के फील्ड फ्लक्स की कमी टोक़ की कमी का कारण बनती है।

इस परिणामस्वरूप, टोक़ गति बढ़ने के साथ कम होता है। इसलिए, फील्ड नियंत्रण मोड में, बेस गति से अधिक की गतियों के लिए, एक स्थिर शक्ति और विचरणशील टोक़ संचालन प्राप्त किया जाता है। जब व्यापक-रेंज गति नियंत्रण की आवश्यकता होती है, तो आर्मेचर वोल्टेज नियंत्रण और फील्ड फ्लक्स नियंत्रण का संयोजन उपयोग किया जाता है। यह संयुक्त दृष्टिकोण उपलब्ध अधिकतम और न्यूनतम गतियों के अनुपात को 20 से 40 के बीच रखने की सुविधा प्रदान करता है। बंद लूप नियंत्रण प्रणालियों में, यह गति रेंज 200 तक विस्तारित किया जा सकता है।

ड्राइविंग मोटर या तो एक प्रेरण मोटर या एक संक्रमणीय मोटर हो सकती है। एक प्रेरण मोटर आमतौर पर एक पीछे छूटने वाले शक्ति कारक पर संचालित होती है। इसके विपरीत, एक संक्रमणीय मोटर अपने फील्ड के ओवर-एक्साइटेशन के माध्यम से एक आगे बढ़ने वाले शक्ति कारक पर संचालित किया जा सकता है। एक ओवर-एक्साइटेड संक्रमणीय मोटर आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रियात्मक शक्ति उत्पन्न करता है, जो अन्य प्रेरणीय लोडों द्वारा खपाई जाने वाली पीछे छूटने वाली प्रतिक्रियात्मक शक्ति को प्रभावी रूप से संतुलित करता है, जिससे समग्र शक्ति कारक में सुधार होता है।

भारी और अस्थिर लोडों के साथ निपटते समय, एक स्लिप रिंग प्रेरण मोटर अक्सर प्राइम मूवर के रूप में उपयोग किया जाता है, और इसकी धुरी पर एक फ्लाईव्हील लगाया जाता है। इस व्यवस्था, जिसे वार्ड लेंनर्ड-इलजेनर स्कीम के रूप में जाना जाता है, आपूर्ति धारा में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ावों से रोकने में मदद करती है। हालांकि, जब एक संक्रमणीय मोटर ड्राइविंग मोटर के रूप में काम करता है, तो इसकी धुरी पर फ्लाईव्हील लगाने से उतार-चढ़ावों को कम किया नहीं जा सकता, क्योंकि एक संक्रमणीय मोटर हमेशा एक स्थिर गति पर चलता है।

वार्ड लेंनर्ड ड्राइव्स के लाभ

• वार्ड लेंनर्ड ड्राइव कई महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है:

• यह डीसी मोटर की गति को दोनों दिशाओं में एक व्यापक रेंज पर निरोधित नियंत्रण की सुविधा प्रदान करता है।

• इसमें एक आंतरिक ब्रेकिंग क्षमता होती है। एक ओवर-एक्साइटेड संक्रमणीय मोटर का उपयोग करके, पीछे छूटने वाले प्रतिक्रियात्मक वोल्ट-एम्पियर को संतुलित किया जाता है, जिससे समग्र शक्ति कारक में सुधार होता है।

• रोलिंग मिल जैसे अस्थिर लोडों के अनुप्रयोगों में, एक फ्लाईव्हील वाले प्रेरण मोटर का उपयोग किया जा सकता है ताकि अस्थिर लोडिंग को नरम किया जा सके, जिससे प्रणाली पर इसका प्रभाव कम होता है।

पारंपरिक वार्ड लेंनर्ड प्रणाली की खामियाँ

पारंपरिक वार्ड लेंनर्ड प्रणाली, जो घूर्णन मोटर-जनरेटर (M-G) सेटों पर निर्भर करती है, की निम्नलिखित सीमाएँ हैं:

• प्रणाली के लिए आरंभिक निवेश बहुत अधिक होता है, क्योंकि मुख्य डीसी मोटर के समान रेटिंग का एक मोटर-जनरेटर सेट स्थापित करने की आवश्यकता होती है।

• इसका शारीरिक आकार बड़ा और वजन भी बहुत होता है।

• इसके लिए स्थापना के लिए एक बड़ा फर्श क्षेत्र आवश्यक होता है। प्रणाली के लिए आवश्यक आधार लागतदायक होता है।

• नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।

• संचालन के दौरान अधिक नुकसान होता है।

• इसकी समग्र दक्षता अपेक्षाकृत कम होती है।

• ड्राइव एक महत्वपूर्ण मात्रा में शोर उत्पन्न करता है।

वार्ड लेंनर्ड ड्राइव्स के अनुप्रयोग

वार्ड लेंनर्ड ड्राइव्स उन परिदृश्यों के लिए आदर्श हैं जहाँ डीसी मोटरों की निरोधित, द्विदिशात्मक, और व्यापक-रेंज गति नियंत्रण की आवश्यकता होती है। कुछ सामान्य अनुप्रयोग इस प्रकार हैं:

• रोलिंग मिल

• आरोही-अवरोही

• क्रेन

• कागज की मिलें

• डीजल-विद्युत लोकोमोटिव

• खान लिफ्ट

ठोस अवस्था नियंत्रण या स्थैतिक वार्ड लेंनर्ड प्रणाली

आधुनिक अनुप्रयोगों में, स्थैतिक वार्ड लेंनर्ड प्रणाली व्यापक रूप से पसंद की जाती है। इस प्रणाली में, पारंपरिक घूर्णन मोटर-जनरेटर (M-G) सेट को डीसी मोटर की गति को नियंत्रित करने के लिए एक ठोस-अवस्था कन्वर्टर से बदल दिया जाता है। नियंत्रित रेक्टिफायर और चोपर्स का उपयोग सामान्यतः कन्वर्टर के रूप में किया जाता है।

जब ऊर्जा स्रोत एक एसी सप्लाई होता है, तो नियंत्रित रेक्टिफायर का उपयोग नियत एसी सप्लाई वोल्टेज को विचरणशील डीसी सप्लाई वोल्टेज में बदलने के लिए किया जाता है। डीसी सप्लाई के मामले में, चोपर्स का उपयोग नियत डीसी स्रोत से विचरणशील डीसी वोल्टेज प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

वार्ड लेंनर्ड ड्राइव के एक वैकल्पिक रूप में, गैर-विद्युत प्राइम मूवर भी डीसी जनरेटर को चलाने के लिए उपयोग किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, डीसी विद्युत लोकोमोटिव में, डीसी जनरेटर को डीजल इंजन या गैस टर्बाइन द्वारा ऊर्जा दी जाती है, और यह सेटअप जहाज अभिकर्षण ड्राइव में भी लागू होता है। ऐसी प्रणालियों में, पुनर्जन्मी ब्रेकिंग संभव नहीं है क्योंकि ऊर्जा प्राइम मूवर के माध्यम से विपरीत दिशा में प्रवाहित नहीं हो सकती है।