Paraan ng Paghahawak sa Bilis ni Ward Leonard o Paghahawak sa Voltaheng Armature

Ang pamamaraan ni Ward Leonard ng pagkontrol sa bilis ay gumagana sa pamamagitan ng pag-ayos ng voltaje na inilapat sa armature ng motor. Ang mapagmamayabong pamamaraang ito ay unang ipinakilala noong 1891, na nagpapahayag ng isang mahalagang pag-unlad sa larangan ng pagkontrol ng elektrikal na motor. Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng diagrama ng koneksyon para sa pag-implementa ng pamamaraan ni Ward Leonard upang kontrolin ang bilis ng DC shunt motor, na nagbibigay ng malinaw na visual na representasyon ng konfigurasyon at operasyon ng sistema.

Sa sistemang itinalaga sa itaas, ang M ay kumakatawan sa pangunahing DC motor na kung saan ang bilis ng pagsisikat nito ang layunin ng pagkontrol, habang ang G ay isang separately excited DC generator. Ang generator na G ay pinagkukunan ng lakas ng isang three-phase driving motor, na maaaring isang induction motor o synchronous motor. Ang pagkakasama ng AC driving motor at DC generator ay karaniwang tinatawag na Motor-Generator (M-G) set.

Ang output na voltaje ng generator ay maaaring i-ayos sa pamamagitan ng pag-modify ng field current ng generator. Kapag ang na-ayos na voltaje na ito ay direktang inilapat sa armature ng pangunahing DC motor, ito'y nagdudulot ng kaugnay na pagbabago sa bilis ng motor M. Upang matiyak ang konsistente na performance sa panahon ng pagkontrol ng bilis, ang field current Ifm ng motor ay binabantayan sa isang constant level, na sa kalaunan ay nagsisiguro na ang field flux ϕm ng motor ay stable. Bukod dito, habang nakokontrol ang bilis ng motor, ang armature current Ia ay ina-regulate upang tugunan ang rated value nito. Sa pamamagitan ng pagbabago ng generated field current Ifg, ang armature voltage Vt ay maaaring i-ayos mula zero hanggang sa rated value nito. 

Ang pag-aayos sa voltaje na ito ay nagresulta sa pagbabago ng bilis ng motor mula zero hanggang sa base speed. Dahil ang proseso ng pagkontrol ng bilis ay isinasagawa sa rated current Ia at constant motor field flux ϕm, isang constant torque ang natutukoy, dahil ang torque ay direktang proportional sa product ng armature current at field flux hanggang sa rated speed. Dahil ang product ng torque at bilis ay naglalarawan ng power, at ang torque ay constant sa kasong ito, ang power ay direktang proportional sa bilis. Bilang resulta, kapag ang power output ay lumaki, ang bilis ng motor ay tumataas din. 

Ang mga katangian ng torque at power ng sistemang ito ng pagkontrol ng bilis ay ipinapakita sa larawan sa ibaba, na nagbibigay ng visual na representasyon kung paano ang mga parameter na ito ay nag-uugnay at nagbabago sa panahon ng operasyon.

Sa kabuuan, ang pamamaraan ng pagkontrol ng armature voltage ay nagbibigay-daan sa pagkamit ng constant torque at variable power drive para sa mga bilis na mas mababa sa base speed. Sa kabilang banda, ang pamamaraan ng pagkontrol ng field flux ay lumilitaw kapag ang bilis ay lumampas sa base speed. Sa mode ng operasyon na ito, ang armature current ay consistent na binabantayan sa rated value nito, at ang generator voltage Vt ay nananatiling constant.

Kapag ang field current ng motor ay binabawasan, ang field flux ng motor ay dininidiminish, na effectively nagweaken ng field upang makamit ang mas mataas na bilis. Dahil ang Vt Ia at E Ia ay nananatiling constant, ang electromagnetic torque ay direktang proportional sa product ng field flux ϕm at armature current Ia. Bilang resulta, ang pagbawas sa field flux ng motor ay nagdudulot ng pagbaba ng torque.

Dahil dito, ang torque ay bumababa habang ang bilis ay tumataas. Kaya, sa field control mode, para sa mga bilis na mas mataas sa base speed, isang constant power at variable torque operation ang natutukoy. Kapag ang malawak na range ng pagkontrol ng bilis ay kinakailangan, isang kombinasyon ng pagkontrol ng armature voltage at field flux ang ginagamit. Ang kombinadong approach na ito ay nagpapahintulot sa ratio ng maximum at minimum available speeds na umabot mula 20 hanggang 40. Sa mga closed-loop control systems, ang range ng bilis na ito ay maaaring palawakin hanggang 200.

Ang driving motor maaaring isang induction motor o synchronous motor. Karaniwang nag-ooperate ang isang induction motor sa lagging power factor. Sa kabilang banda, ang synchronous motor ay maaaring i-operate sa leading power factor sa pamamagitan ng over-excitation ng field nito. Ang over-excited synchronous motor ay nag-generate ng leading reactive power, na effectively compensates para sa lagging reactive power na inilalaan ng iba pang inductive loads, na nagpapabuti ng overall power factor.

Kapag mayroong heavy at intermittent loads, kadalasang ginagamit ang slip ring induction motor bilang prime mover, at isang flywheel ay inilalapat sa shaft nito. Ang configuration na ito, na kilala bilang Ward Leonard - Ilgener scheme, ay tumutulong na maiwasan ang malaking fluctuation sa supply current. Ngunit, kapag ang synchronous motor ang siyang driving motor, ang pag-mount ng flywheel sa shaft nito ay hindi maaaring mabawasan ang mga fluctuation, dahil ang synchronous motor ay laging tumatakbo sa constant speed.

Mga Advantages ng Ward Leonard Drives

• Ang Ward Leonard drive ay nagbibigay ng ilang key advantages:

• Nagbibigay ito ng smooth na pagkontrol ng bilis ng DC motor sa malawak na range sa parehong direksyon.

• May inherent braking capability ito. Sa pamamagitan ng paggamit ng over-excited synchronous motor bilang drive, ang lagging reactive volt-amperes ay kompensado, na nagpapabuti ng overall power factor.

• Sa mga aplikasyon na may intermittent loads, tulad ng rolling mills, maaaring gamitin ang induction motor na may flywheel upang linisin ang intermittent loading, na nagreresulta sa pagbawas ng impact nito sa sistema.

Mga Drawbacks ng Classical Ward Leonard System

Ang classical Ward Leonard system, na umaasa sa rotating Motor-Generator sets, ay may mga limitasyon na sumusunod:

• Ang initial investment para sa sistema ay malaki dahil sa requirement ng pag-install ng motor-generator set na may parehong rating ng pangunahing DC motor.

• Ito ay may malaking pisikal na laki at significant na timbang.

• Ito ay nangangailangan ng malaking floor area para sa pag-install. Ang foundation na kailangan para sa sistema ay mahal.

• Kailangan ng madalas na maintenance.

• It incurs higher losses during operation.

• Ang overall efficiency nito ay relatibong mababa.

• Ang drive ay nag-generate ng malaking noise.

Mga Application ng Ward Leonard Drives

Ang Ward Leonard drives ay ideal para sa mga scenario kung saan ang smooth, bidirectional, at malawak na range ng pagkontrol ng bilis ng DC motors ay mahalaga. Ang ilang common applications ay kasama:

• Rolling mills

• Elevators

• Cranes

• Paper mills

• Diesel-electric locomotives

• Mine hoists

Solid State Control o Static Ward Leonard System

Sa modernong aplikasyon, ang Static Ward Leonard system ang malawakang pinili. Sa sistema na ito, ang traditional na rotating motor-generator (M-G) set ay pinapalitan ng solid-state converter para sa pagkontrol ng bilis ng DC motor. Ang controlled rectifiers at choppers ang kadalasang ginagamit bilang converters.

Kapag ang power source ay isang AC supply, ang controlled rectifiers ang ginagamit upang transformin ang fixed AC supply voltage sa variable DC supply voltage. Sa kaso ng DC supply, ang choppers ang ginagamit upang makakuha ng variable DC voltage mula sa fixed DC source.

Sa isang alternative form ng Ward Leonard drive, maaari ring gamitin ang non-electrical prime movers upang idrive ang DC generator. Halimbawa, sa mga DC electric locomotives, ang DC generator ay pinagkukunan ng lakas ng diesel engine o gas turbine, at ang setup na ito ay applicable rin sa ship propulsion drives. Sa mga sistema na ito, ang regenerative braking ay hindi feasible dahil ang energy hindi maaaring lumisan sa reverse direction sa pamamagitan ng prime mover.