Վարդ Լեոնարդի մեթոդը արագության կառավարման համար կամ արմատային լարման կառավարում
Վարդ Լեոնարդի մեթոդը արագության կառավարման համար օգտագործում է մոտորի արմատին կիրառվող լարման կարգավորումը։ Այս նորարարական մոտեցումը առաջին անգամ ներկայացվել է 1891 թվականին, նշանակում էլեկտրական մոտորների կառավարման ոլորտում նշանակալի ընթացքը։ ქვեև պատկերում բերված է Վարդ Լեոնարդի մեթոդի կիրառման կապակցման դիագրամը ԴԿ շունթային մոտորի արագության կառավարման համար, որը կարողացել է պարզ և հասկանալի ձևով ցուցադրել համակարգի կառուցվածքը և գործողությունը։
Վերը նշված համակարգում M-ն ներկայացնում է այն գլխավոր ԴԿ մոտորը, որի պտույտի արագությունն է կառավարման նպատակը, իսկ G-ն՝ առանձին հետազոտված ԴԿ գեներատորը։ G գեներատորը աշխատում է երեք փուլային դիրքորոշող մոտորի կողմից, որը կարող է լինել ինդուկտիվ կամ սինխրոն մոտոր։ Այս ԱՀ դիրքորոշող մոտորը և ԴԿ գեներատորը հաճախ անվանում են Մոտոր-Գեներատոր (M-G) համակարգ։
Գեներատորի լարման արդյունքը կարող է կարգավորվել գեներատորի դաշտային հոսանքի փոփոխման միջոցով։ Երբ այս կարգավորված լարումը անմիջապես հասնում է գլխավոր ԴԿ մոտորի արմատին, այն առաջացնում է մոտոր M-ի արագության համապատասխան փոփոխությունը։ Արագության կառավարման ժամանակ մոտորի դաշտային հոսանք Ifm-ը պահպանվում է հաստատուն մակարդակում, որը իր հերթին պահպանում է մոտորի դաշտային հոսք ϕm-ը կայուն։ Ավելին, մոտորի արագության կառավարման ժամանակ մոտորի արմատային հոսանք Ia-ն կարգավորվում է համընկնելու նրա նշված արժեքի հետ։ Գեներատորի դաշտային հոսանք Ifg-ի փոփոխման միջոցով կարող է կարգավորվել արմատային լարում Vt-ն զրոյից նշված արժեքի մինչև։
Այս լարման կարգավորումը առաջացնում է մոտորի արագության փոփոխությունը զրոյից հիմնական արագության մինչև։ Քանի որ արագության կառավարման գործընթացը կատարվում է նշված հոսանք Ia-ով և հաստատուն մոտորի դաշտային հոսք ϕm-ով, հետևաբար ստացվում է հաստատուն ուժագործ, քանի որ ուժագործը համամասնական է արմատային հոսանքի և դաշտային հոսքի արտադրյալին նշված արագության մինչև։ Որպեսզի ուժը և արագությունը սահմանվեն, ուժագործը հաստատուն է այս դեպքում, ուժը համամասնական է արագությանը։ Այսպիսով, որպեսզի ուժի արտալիցը ավելանա, մոտորի արագությունը նույնպես ավելանում է համապատասխանաբար։
Այս արագության կառավարման համակարգի ուժագործի և ուժի հատկությունները պատկերված են հետևյալ պատկերում, որը պարզ և հասկանալի ձևով ցուցադրում է այս պարամետրերի փոփոխությունը և համագործակցությունը գործողության ընթացքում։
Ամփոփելով, արմատային լարման կառավարման մեթոդը lehetővé teszi egy állandó nyomatékú és változó teljesítményű meghajtást az alap sebesség alatti sebességeknél. Másrészről, a mágneses fluxus ellenőrzési módszer akkor jön szóba, amikor a sebesség meghaladja az alap sebességet. Ebben a működési módban az armatúr áram konstansan fenntartva van a megadott értékén, és a generátor feszültsége Vt is konstans marad.
Amikor a motor mágneses fluxusának áramát csökkentik, a motor mágneses fluxusa is csökken, így gyengítve a mezőt, hogy magasabb sebességeket elérjen. Mivel Vt Ia és E Ia konstans marad, az elektromos forgatónyomaték arányos a mágneses fluxus ϕm és az armatúr áram Ia szorzatával. Így a motor mágneses fluxusának csökkenése kevesebb forgatónyomatékhoz vezet.
Eredményképpen, a forgatónyomaték csökken, ahogy a sebesség növekszik. Tehát a mágneses fluxus ellenőrzési módban, az alap sebességnél magasabb sebességeknél, konstans teljesítményű és változó forgatónyomatékú működést érhetünk el. Széles tartományú sebesség-ellenőrzés esetén kombinálják az armatúr feszültség-ellenőrzést és a mágneses fluxus ellenőrzést. Ez a kombinált megközelítés lehetővé teszi, hogy a legnagyobb és legkisebb elérhető sebességek aránya 20-40 között mozogjon. Zárt hurok ellenőrzési rendszerekben ez a sebességi tartomány kiterjeszthető 200-ig.
A vezető motor vagy indukciós, vagy szinkron motor lehet. Az indukciós motor általában hátralévő teljesítményfaktorral működik. Ellenben a szinkron motort előrelévő teljesítményfaktorral működtethetik a mezőjének túlfeszítésével. A túlfeszített szinkron motor előrelévő reaktív teljesítményt termel, ami hatékonyan kompenzációja más induktív terhelések által felhasznált hátralévő reaktív teljesítményt, ezzel javítva az általános teljesítményfaktort.
Nehéz és időnkénti terhelések esetén gyakran használnak csillagszakaszú indukciós motort mint elsődleges mozgatót, és egy húrokatlan kereket rögzítenek a tengelyére. Ez a konfiguráció, a Ward Leonard-Ilgener sémának ismert, segít jelentősen csökkenteni a tápegység áramának ingadozását. Ugyanakkor, ha a vezető motor szinkron motor, a húrokatlan kerék rögzítése a tengelyére nem csökkenti az ingadozásokat, mivel a szinkron motor mindig állandó sebességgel működik.
Ward Leonard-meghajtások előnyei
A Ward Leonard-meghajtás több fontos előnyt is kínál:
Engedélyezi a DC motor sima sebesség-ellenőrzését széles tartományban mindkét irányban.
Rendszeres lelassítási képességgel rendelkezik. A túlfeszített szinkron motor használatával a hátralévő reaktív volt-ampérek kompenzációja történik, így javítva az általános teljesítményfaktort.
Időnkénti terhelések esetén, például szilárdítóházakban, indukciós motor használható húrokatlan kerekkel, hogy simítson az időnkénti terheléseket, csökkentve annak hatását a rendszerre.
Klasszikus Ward Leonard-rendszer hátrányai
A klasszikus Ward Leonard-rendszer, amely forogó Motor-Generator (M-G) csoportokra épül, a következő korlátozásokkal küzd:
A rendszer kezdeti befektetése jelentős, mivel ugyanolyan minősítésű motor-generátorkészlet telepítése szükséges, mint a fő DC motor.
Nagy fizikai méret és súly.
Nagy telepítési területet igényel. A rendszerhez szükséges alapozás drága.
Gyakori karbantartás szükséges.
Magasabb veszteségek a működés során.
Relatíve alacsony hatékonyság.
A meghajtás jelentős zajot produkál.
Ward Leonard-meghajtások alkalmazása
A Ward Leonard-meghajtások ideálisak olyan helyzetekben, ahol a DC motor sima, kétirányú és széles tartományú sebesség-ellenőrzése létfontosságú. Néhány gyakori alkalmazás:
Szilárdítóházak
Liftrendszerek
Daru
Papírgyárak
Diesel-elektromos vasúti járművek
Bányászati emelőgépek
Szilárd állapotú ellenőrzés vagy statikus Ward Leonard-rendszer
A modern alkalmazásokban a statikus Ward Leonard-rendszer nagyon népszerű. Ebben a rendszerben a hagyományos forogó motor-generátor (M-G) csoportot szilárd állapotú konverterrel helyettesítik a DC motor sebesség-ellenőrzésére. Gyakran használt konverterek a vezérlésre szolgáló reduktorok és darabolók.
Ha a tápegység AC, a vezérlésre szolgáló reduktorokat használják a fix AC tápegység feszültségének átalakítására változó DC tápegység feszültségére. Ha a tápegység DC, a darabolókat használják a fix DC forrásból változó DC feszültség beszerzésére.
A Ward Leonard-meghajtás egy alternatív formájában nem-elektromos elsődleges mozgatót is használhatnak a DC generátor meghajtására. Például a DC villamos vasúti járművekben a DC generátort dieselmotor vagy gáz-turbina hajtja, és ez a beállítás alkalmazható hajómeghajtásokban is. Ilyen rendszerekben a regeneratív fékezés nem lehetséges, mert az energia nem tud fordított irányban áramlani az elsődleges mozgatón keresztül.
