Метод на Вард Леонард за контрола на брзината или контрола на напонот на арматурата

Методот на Вард Леонард за контрола на брзината функционира со промена на напонот применет на арматурата на мотор. Овој иновативен пристап беше воведен за прв пат во 1891 година, што го означи значаен напредок во областа на контролата на електрични мотори. Следната слика илустрира дијаграмот на поврзување за имплементација на методот на Вард Леонард за контрола на брзината на DC паралелен мотор, што дава јасна визуелна репрезентација на конфигурацијата и функционирањето на системот.

Во гореопишаниот систем, M претставува главниот DC мотор чијата ротационна брзина е целта на контролата, додека G е посебно возбуден DC генератор. Генераторот G се надворешки возбудува од страна на трифазен мотор, кој може да биде или индуктивен мотор или синхронен мотор. Парчењето на AC возачкиот мотор и DC генератор е познато како Motor-Generator (M-G) комплет.

Излезниот напон на генераторот може да се регулира со модификација на токот на полето на генераторот. Кога овој променет напон директно се доставува на арматурата на главниот DC мотор, тоа предизвикува соодветна промена во брзината на моторот M. За да се осигура константно перформанса при контролата на брзината, токот на полето Ifm на моторот се одржува на константен ниво, што на свој ред го задржува константно флуксот на полето ϕm на моторот. Додека се контролира брзината на моторот, токот на арматурата Ia се регулира до неговата номинална вредност. Со варирање на генерираните токови на полето Ifg, напонот на арматурата Vt може да се регулира од нула до неговата номинална вредност. 

Оваа регулација на напонот резултира во промена на брзината на моторот од нула до базисната брзина. Бидејќи процесот на контрола на брзината се извршува со номинален ток Ia и константен флукс на полето ϕm на моторот, постигнува се константен момент, бидејќи моментот е директно пропорционален на производот од токот на арматурата и флуксот на полето до номиналната брзина. Посебно, бидејќи производот од моментот и брзината дефинира моќта, и моментот остае константен во овој случај, моќта станува директно пропорционална на брзината. Како последица, кога излезната моќ се зголемува, брзината на моторот се зголемува соодветно. 

Характеристиките на моментот и моќта на овој систем за контрола на брзината се илустрирани во следната слика, што дава визуелна репрезентација на тоа како овие параметри интерактураат и се менуваат во време на функционирање.

За кратко, методот на контрола на напонот на арматурата овозможува постигнување на константен момент и променлива моќ за брзини под базисната брзина. Од друга страна, методот на контрола на флуксот на полето доаѓа во игра кога брзината надминува базисната брзина. Во овој оперативен режим, токот на арматурата се одржува на неговата номинална вредност, а напонот на генераторот Vt остае константен.

Кога токот на полето на моторот се намалува, флуксот на полето на моторот исто така се намалува, ефективно слабеејќи полето за постигнување на поголеми брзини. Бидејќи Vt Ia и E Ia остауваат константни, електромагнетниот момент е директно пропорционален на производот од флуксот на полето ϕm и токот на арматурата Ia. Како последица, намалувањето на флуксот на полето на моторот доведува до намалување на моментот.

Како резултат, моментот се намалува како брзината се зголемува. Така, во режимот на контрола на полето, за брзини над базисната брзина, постигнува се константна моќ и променлив момент. Кога е потребна широка контрола на брзината, се користи комбинација на контрола на напонот на арматурата и контрола на флуксот на полето. Овој комбиниран пристап овозможува количникот на максималната и минималната доступна брзина да се движи во опсег од 20 до 40. Во затворени системи за контрола, овој опсег може да се прошири до 200.

Возачкиот мотор може да биде или индуктивен мотор или синхронен мотор. Индуктивниот мотор обично функционира со забагрен фактор на моќ. На спротивно, синхрониот мотор може да се функционира со водечки фактор на моќ преку надвозбудување на неговото поле. Надвозбуден синхронен мотор генерира водечки реактивен ток, што ефективно компенсира забагрениот реактивен ток консумиран од други индуктивни терени, со што се подобрува целосниот фактор на моќ.

При работа со тешки и интермитентни терени, често се користи индуктивен мотор со клучни прстени како главен возачки мотор, и летвец се поставува на неговата оска. Оваа конфигурација, позната како системот на Вард Леонард-Илгенер, помага да се спречат значајни флуктуации во преводниот ток. Меѓутоа, кога синхронскиот мотор служи како возачки мотор, поставувањето на летвец на неговата оска не може да ги намали флуктуациите, бидејќи синхронскиот мотор секогаш функционира на константна брзина.

Прециности на Вард Леонард Приводи

• Приводите на Вард Леонард нудат неколку клучни прециности:

• Овозможуваат гладка контрола на брзината на DC мотор над широк опсег во оба правци.

• Имаат вградена способност за замедување. Користејќи го надвозбуден синхронски мотор како привод, забагрените реактивни волт-ампери се компензираат, подобрувајќи го целосниот фактор на моќ.

• Во примените со интермитентни терени, како што се валачници, може да се користи индуктивен мотор со летвец за изглажување на интермитентното терене, намалувајќи неговиот влијание врз системот.

Недостатоци на Класичниот Систем на Вард Леонард

Класичниот систем на Вард Леонард, кој се заснова на ротирачки Motor-Generator комплети, има следниве ограничувања:

• Почетната инвестиција за системот е значајна поради потребата од инсталација на motor-generator комплет со иста класификација како главниот DC мотор.

• Има голема физичка големина и значителна тежина.

• Бара голема површина за инсталација.Основата потребна за системот е скапа.

• Потребна е честа одржба.

• Има повеќе губитоци во време на функционирање.

• Нејзината целосна ефикасност е релативно ниска.

• Приводот генерира значителен шум.

Примени на Приводите на Вард Леонард

Приводите на Вард Леонард се идеални за ситуации каде што е потребна гладка, двосмерна и широка контрола на брзината на DC мотори. Некои заеднички применувања вклучуваат:

• Валачници

• Лифтови

• Крања

• Папирни мили

• Дизел-електрични локомотиви

• Шахтерски лифтови

Солидна Контрола или Статичен Систем на Вард Леонард

Во современи применувања, статичкиот систем на Вард Леонард е широко предпочитан. Во овој систем, традиционалниот ротирачки motor-generator (M-G) комплет се заменува со солиден конвертер за контрола на брзината на DC моторот. Контролирани правоугливатели и чопери се често користат како конвертери.

Кога изворот на моќ е AC, контролирани правоугливатели се користат за трансформација на фиксираниот AC извор на напон во променлив DC извор на напон. Во случај на DC извор, чопери се користат за добивање на променлив DC напон од фиксираниот DC извор.

Во алтернативна форма на приводот на Вард Леонард, не-електрички приводни агрегати исто така можат да се користат за привожење на DC генераторот. На пример, во DC електрични локомотиви, DC генераторот е приведен од дизелски мотор или гасен турбин, и оваа конфигурација е применима и во приводи за поткормилни возила. Во такви системи, регенеративното замедување не е можно, бидејќи енергијата не може да текне обратно низ приводниот агрегат.