Ward Leonard 속도 제어 방법 또는 전枢接错误，让我重新开始。 Ward Leonard 속도 제어 방법 또는 아말류 전압 제어

Ward Leonard 속도 제어 방법은 모터의 아머처에 적용되는 전압을 조정하여 작동합니다. 이 혁신적인 접근 방식은 1891년 처음 도입되어 전기 모터 제어 분야에서 중요한 발전을 이루었습니다. 아래 그림은 DC 병렬 모터의 속도를 제어하기 위해 Ward Leonard 방법을 구현하는 연결 다이어그램을 보여주며, 시스템 구성과 작동 방식을 명확하게 시각적으로 표현하고 있습니다.

위에서 설명한 시스템에서 M은 제어 대상인 주요 DC 모터를 나타내고, G는 별도로 흥분되는 DC 발전기를 나타냅니다. 발전기 G는 세페이즈 구동 모터에 의해 구동되며, 이 구동 모터는 유도 모터 또는 동기 모터일 수 있습니다. AC 구동 모터와 DC 발전기의 짝을 Motor-Generator(M-G) 세트라고 일반적으로 부릅니다.

발전기의 출력 전압은 발전기의 필드 전류를 변경하여 조정할 수 있습니다. 이 조정된 전압이 주요 DC 모터의 아머처에 직접 공급되면 모터 M의 속도가 상응하는 변화를 일으킵니다. 속도 제어 중 일관된 성능을 유지하기 위해 모터의 필드 전류 Ifm은 일정한 수준으로 유지되며, 이로 인해 모터의 필드 플럭스 ϕm도 안정적입니다. 또한, 모터의 속도를 제어하면서 모터 아머처 전류 Ia는 정격 값과 일치하도록 조절됩니다. 생성된 필드 전류 Ifg를 변경함으로써 아머처 전압 Vt는 0에서 정격 값까지 조정될 수 있습니다. 

이 전압 조정 결과, 모터의 속도는 0에서 기준 속도까지 변화합니다. 속도 제어 과정은 정격 전류 Ia와 일정한 모터 필드 플럭스 ϕm로 수행되므로 일정한 토크가 달성됩니다. 토크는 아머처 전류와 필드 플럭스의 곱에 비례하므로, 정격 속도까지 토크는 일정합니다. 토크와 속도의 곱은 전력을 정의하므로, 토크가 일정한 경우 전력은 속도에 비례합니다. 따라서 출력 전력이 증가하면 모터의 속도도 상응하여 증가합니다. 

이 속도 제어 시스템의 토크 및 전력 특성은 아래 그림에서 보여지며, 작동 중 이러한 매개변수가 어떻게 상호작용하고 변화하는지 시각적으로 표현하고 있습니다.

요약하자면, 아머처 전압 제어 방법은 기준 속도 이하의 속도에서 일정한 토크와 가변 전력 구동을 가능하게 합니다. 반면, 속도가 기준 속도를 초과하는 경우 필드 플럭스 제어 방법이 사용됩니다. 이 작동 모드에서는 아머처 전류가 일정한 정격 값으로 유지되고, 발전기 전압 Vt는 일정합니다.

모터 필드 전류가 감소하면 모터 필드 플럭스도 감소하여 필드를 약화시켜 더 높은 속도를 달성합니다. Vt Ia와 E Ia가 일정하다면, 전자기 토크는 필드 플럭스 ϕm와 아머처 전류 Ia의 곱에 비례합니다. 따라서 모터의 필드 플럭스가 감소하면 토크도 감소합니다.

결과적으로, 속도가 증가함에 따라 토크가 감소합니다. 따라서 필드 제어 모드에서는 기준 속도를 초과하는 속도에서 일정한 전력과 가변 토크 작동이 이루어집니다. 넓은 범위의 속도 제어가 필요할 때는 아머처 전압 제어와 필드 플럭스 제어를 결합하여 사용합니다. 이 결합된 접근 방식을 통해 최대 속도와 최소 속도 사이의 비율은 20에서 40까지 범위를 가질 수 있습니다. 폐루프 제어 시스템에서는 이 속도 범위를 200까지 확장할 수 있습니다.

구동 모터는 유도 모터 또는 동기 모터일 수 있습니다. 유도 모터는 일반적으로 후진 전력 인수로 작동합니다. 반면, 동기 모터는 필드의 과격자화를 통해 선진 전력 인수로 작동할 수 있습니다. 과격자화된 동기 모터는 선진 반응 전력을 생성하여 다른 유도 부하가 소비하는 후진 반응 전력을 효과적으로 보상하여 전체 전력 인수를 개선합니다.

중량적이거나 간헐적인 부하를 처리할 때는 슬립 링 유도 모터가 주 구동기로 사용되며, 그 축에 플라이휠이 장착됩니다. 이 구성은 Ward Leonard-Ilgener 방식이라고 알려져 있으며, 공급 전류의 큰 변동을 방지하는 데 도움이 됩니다. 그러나 동기 모터가 구동 모터로 사용되는 경우에는 동기 모터가 항상 일정한 속도로 작동하므로, 그 축에 플라이휠을 장착하더라도 변동을 줄일 수 없습니다.

Ward Leonard 구동 장점

• Ward Leonard 구동은 다음과 같은 주요 장점을 제공합니다:

• 양방향에서 광범위한 속도 제어를 가능하게 합니다.

• 본래의 제동 능력을 가지고 있습니다. 과격자화된 동기 모터를 구동으로 사용하면 후진 반응 볼트 앰페어가 보상되어 전체 전력 인수가 향상됩니다.

• 간헐적인 부하를 가진 응용 분야(예: 롤링 밀)에서는 플라이휠을 장착한 유도 모터를 사용하여 간헐적인 부하를 완화하고 시스템에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

전통적인 Ward Leonard 시스템의 단점

회전형 Motor-Generator 세트를 기반으로 하는 전통적인 Ward Leonard 시스템은 다음과 같은 제한 사항이 있습니다:

• 시스템 설치에 필요한 초기 투자가 크다. 주요 DC 모터와 동일한 등급의 Motor-Generator 세트를 설치해야 하기 때문입니다.

• 크기가 크고 무게가 많이 나갑니다.

• 설치에 많은 바닥 면적이 필요하며, 시스템 기초 공사 비용이 높습니다.

• 자주 유지보수가 필요합니다.

• 운전 중에 많은 손실이 발생합니다.

• 전체 효율이 상대적으로 낮습니다.

• 구동 시 많은 소음을 발생합니다.

Ward Leonard 구동의 응용 분야

Ward Leonard 구동은 DC 모터의 부드럽고 양방향이며 광범위한 속도 제어가 필요한 시나리오에 이상적입니다. 일부 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 롤링 밀

• 엘리베이터

• 크레인

• 제지 공장

• 디젤-전기 기관차

• 광산 용품

고체 상태 제어 또는 정적 Ward Leonard 시스템

현대적인 응용 분야에서는 정적 Ward Leonard 시스템이 널리 선호됩니다. 이 시스템에서는 전통적인 회전형 Motor-Generator(M-G) 세트 대신 고체 상태 컨버터를 사용하여 DC 모터의 속도를 제어합니다. 제어형 정류기와 쇼퍼가 일반적으로 컨버터로 사용됩니다.

전원이 AC 공급인 경우, 제어형 정류기를 사용하여 고정된 AC 공급 전압을 가변적인 DC 공급 전압으로 변환합니다. DC 공급인 경우, 쇼퍼를 사용하여 고정된 DC 공급에서 가변적인 DC 전압을 얻습니다.

Ward Leonard 구동의 또 다른 형태에서는 비전기 주 구동기를 사용하여 DC 발전기를 구동할 수도 있습니다. 예를 들어, DC 전기 기관차에서 DC 발전기는 디젤 엔진이나 가스 터빈으로 구동되며, 이 구성은 선박 추진 구동에도 적용됩니다. 이러한 시스템에서는 에너지가 주 구동기를 통해 역방향으로 흐를 수 없으므로 재생 제동이 불가능합니다.