Metod Warda Leonarda za kontrolu brzine ili kontrolu napona na armaturi
Metod Warda Leonarda kontrole brzine radi podesavanjem napona koji se primenjuje na armaturu motora. Ovaj inovativni pristup je prvi put predstavljen 1891. godine, otkrivši značajan napredak u oblasti kontrole električnih motora. Slika ispod prikazuje dijagram vezanja za implementaciju metoda Warda Leonarda za kontrolu brzine serije DC šunt motora, obezbeđujući jasan vizualni prikaz konfiguracije i rada sistema.
U opisanom sistemu, M predstavlja glavni DC motor čija rotaciona brzina je cilj kontrole, dok je G posebno uzbuđeni DC generator. Generator G je snabdevan trofaznim pogonskim motorom, koji može biti ili induktivni motor ili sinkroni motor. Parovanje AC pogonskog motora i DC generatora često se naziva Motor-Generator (M-G) set.
Izlazni napon generatora može se podesiti modificiranjem strujnog toka polja generatora. Kada ovaj podešeni napon direktno dostigne armaturu glavnog DC motora, dovodi do odgovarajuće promene brzine motora M. Da bi se osigurala konstantna performansa tokom kontrole brzine, strujni tok polja motora Ifm se održava na konstantnom nivou, što u svom toku održava stabilnu fluksiju polja motora ϕm. Takođe, tokom kontrole brzine motora, strujni tok armature Ia se reguliše da bude u skladu sa njegovom nominalnom vrednošću. Promenom generisanog strujnog toka polja Ifg, napon armature Vt se može podesiti od nule do njegove nominalne vrednosti.
Ova promena napona dovodi do promene brzine motora od nule do bazne brzine. Budući da proces kontrole brzine izvršava se sa nominalnim strujnim tokom Ia i konstantnim fluksijom polja motora ϕm, postiže se konstantan moment, jer je moment direktno proporcionalan proizvodu strujnog toka armature i fluksije polja do nominalne brzine. Uzimajući u obzir da je proizvod momента и брзине дефинише снагу, а момент остаје константан у овом случају, снага постаје директно пропорционална брзини. Следствено томе, како се излазна снага повећава, брзина мотора се одговарајуће повећава.
Характеристике момента и снаге овог система за контролу брзине су приказане на слици испод, што даје визуелну представу о томе како ови параметри интерактују и мењају се током рада.
У кратко, метода контроле напона арматуре омогућава постигање константног момента и варијабилне снаге за брзине испод базне брзине. Са друге стране, метода контроле флуксие полја долази у игру када превазиђе базну брзину. У овом режиму рада, струјни ток арматуре је конзистентно одржаван на својој номиналној вредности, а генераторски напон Vt остаје константан.
Када се смањи струјни ток полја мотора, флуксија полја мотора такође опада, ефективно слабећи полје да би се постигле виша брзина. Посебно, Vt Ia и E Ia остају константни, електромагнетни момент је директно пропорционалан производу флуксие полја ϕm и струјног тока арматуре Ia. Следствено томе, смањење флуксие полја мотора доводи до смањења момента.
Како расте брзина, момент опада. Тако, у режиму контроле полја, за брзине изнад базне брзине, постиже се константна снага и варијабилни момент. Када је потребна широка контрола брзине, користи се комбинација контроле напона арматуре и контроле флуксие полја. Ова комбинована приступ омогућава да се однос максималне и минималне доступне брзине креће између 20 и 40. У затвореним системима контроле, овај опсег брзине може се проширити до 200.
Погонски мотор може бити или индуктивни мотор или синхрони мотор. Индуктивни мотор обично ради са запоздалим фактором моћи. На супротном, синхрони мотор може се радити са предходним фактором моћи путем прекомерног угњеждевања његовог полја. Прекомерно угњежден синхрони мотор генерише предходну реактивну моћ, која ефективно компенсира запоздалу реактивну моћ потрошена од других индуктивних опрема, темељно побољшавајући укупни фактор моћи.
Када се бави тешким и прерасподеливим теретима, често се користи индуктивни мотор са прстеником као главни погон, а летвица је смештена на његовом валуку. Ова конфигурација, позната као схема Варда Леонарда-Илгенера, помаже у спречавању значајних флуктуација у пружајном струји. Међутим, када синхрони мотор служи као погонски мотор, смештање летвице на његовом валуку не може смањити флуктуације, јер синхрони мотор увек ради на константној брзини.
Преимости Вард Леонард привода
Вард Леонард привод нуди неколико кључних преимущества:
Омогућава глатку контролу брзине DC мотора над широким опсегом у оба правца.
Има природну способност за коцње. Коришћењем прекомерно угњежденог синхроног мотора као привода, компенсишу се запоздали реактивни волт-ампери, побољшавајући укупни фактор моћи.
У применама са прерасподеливим теретима, попут ваљачких завода, може се користити индуктивни мотор са летвицом да се изгладе прерасподеливе оптерећење, смањујући њихов утицај на систем.
Недостаци класичног система Вард Леонард
Класични систем Вард Леонард, који се ослања на ротирајуће Мотор-Генератор сете, има следеће ограничење:
Почетна инвестиција за систем је значајна због потребе инсталације мотор-генератор сете са истим капацитетом као и главни DC мотор.
Има велику физичку димензију и значајну масу.
Захтева велику површину за инсталацију. Фундамент потребан за систем је скап.
Честа одржавања су неопходна.
Инкасура виша губитка током рада.
Његова укупна ефикасност је relativno niska.
Привод генерише значајан износ шума.
Примене Вард Леонард привода
Вард Леонард приводи су идеални за ситуације где је глатка, двосмерна и широки опсег контроле брзине DC мотора битан. Неке честе примене укључују:
Ваљачке заводе
Лифтови
Кранови
Папирне заводе
Дизел-електричне локомотиве
Шахтовске лебде
Солидна стања контрола или статички Вард Леонард систем
У модерним применама, широко се предпочитаје статички Вард Леонард систем. У овом систему, традиционални ротирајући мотор-генератор (M-G) сет замењује се солидним стања конвертором за контролу брзине DC мотора. Контролисани правоугаоници и чопери су често коришћени као конвертори.
Када је извор моћи AC, користе се контролисани правоугаоници да би се фиксни AC напон претворио у варијабилни DC напон. У случају DC извора, користе се чопери да би се добио варијабилни DC напон из фиксног DC извора.
У алтернативној форми Вард Леонард привода, могу се користити и неелектрични главни погони за покретање DC генератора. На пример, у DC електричним локомотивима, DC генератор је покренут дизелским мотором или гасним турбином, и ова постава је примењива и у приводима за плавање бродова. У таквим системима, регенеративна коцња није могућа, јер се енергија не може протоковати у обрнутом правцу кроз главни погон.
