Уорд Леонард контроль

Управление Ward Leonard , также известное как система привода Ward Leonard, было широко используемой системой управления скоростью двигателя постоянного тока, представленной Гарри Уордом Леонардом в 1891 году. В начале 1900-х годов система управления Ward Leonard была принята на вооружение ВМС США, а также использовалась в пассажирских лифтах крупных шахт. Она также стала решением проблемы движущегося тротуара на Парижской выставке 1900 года, где многие другие не работали должным образом. ^{[ требуется ссылка ]} Она применялась к железнодорожным локомотивам, использовавшимся в Первой мировой войне , и использовалась в зенитных радарах во Второй мировой войне . Подключенное к автоматическим наводчикам зенитных орудий , отслеживающее движение в двух измерениях должно было быть чрезвычайно плавным и точным. Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института выбрала Ward-Leonard для оснащения знаменитого радара SCR-584 в 1942 году. Система управления Ward Leonard широко использовалась для лифтов , пока в 1980-х годах не стали доступны тиристорные приводы, поскольку она обеспечивала плавное управление скоростью и постоянный крутящий момент. Многие системы управления Ward Leonard и их вариации продолжают использоваться. ^[1]

• 
  Машинное отделение с группами Уорда-Леонарда для выемочных машин угольной шахты Винтерслаг в Генке (Бельгия)

Основная концепция

Ключевой особенностью системы управления Ward Leonard является возможность плавного изменения скорости двигателя постоянного тока, включая его реверсирование, путем управления полем и, следовательно, выходным напряжением генератора постоянного тока, а также полем самого двигателя. Поскольку скорость двигателя постоянного тока определяется подаваемым напряжением, это обеспечивает простое управление скоростью. Генератор постоянного тока может приводиться в действие любыми способами. Этот «первичный двигатель» может быть двигателем переменного тока или двигателем внутреннего сгорания (его применение в транспортных средствах было запатентовано HW Leonard в 1903 году ^[2] ).

Привод Ward Leonard можно рассматривать как усилитель высокой мощности в диапазоне нескольких киловатт, построенный из вращающихся электрических машин. Если «первичный двигатель» является электрическим, то приводной блок Ward Leonard состоит из двигателя и генератора с валами, соединенными вместе. Первичный двигатель, который вращается с постоянной скоростью, может питаться от переменного или постоянного тока. Генератор представляет собой генератор постоянного тока с обмотками возбуждения и обмотками якоря . Вход усилителя подается на обмотки возбуждения, а более высокая выходная мощность поступает от обмоток якоря. (См. Возбуждение (магнитное)#Принцип усилителя , чтобы узнать, как генератор может действовать как усилитель.) Выход усилителя обычно подключен ко второму двигателю, который перемещает нагрузку, например, лифт. При таком расположении небольшие изменения тока, подаваемого на вход, и, следовательно, поля генератора, приводят к большим изменениям на выходе, что позволяет плавно регулировать скорость. ^[3]

Маховик может использоваться для снижения колебаний напряжения при резких изменениях нагрузки. Система Ward Leonard с этой модификацией известна как Ward Leonard Ilgner Control . ^[4] В этой конфигурации синхронный двигатель , обычно используемый для управления Ward Leonard, заменяется асинхронным двигателем с фазным ротором . Сочетание асинхронного двигателя, маховика и генератора(ов) известно как набор Ilgner . Он эффективно развязывает прерывистую кратковременную высокую нагрузку генератора от источника переменного тока. ^{[5] [6]}

Более техническое описание

Система управления Ward Leonard с генератором и двигателем, соединенными напрямую.

Скорость двигателя постоянного тока регулируется путем изменения напряжения, подаваемого на обмотки возбуждения генератора, V _gf , что изменяет выходное напряжение генератора. Измененное выходное напряжение изменит напряжение двигателя, поскольку они соединены напрямую через якорь. Следовательно, изменение V _gf будет управлять скоростью двигателя. На рисунке справа показана система управления Ward Leonard, где V _gf питает генератор, а V _mf питает двигатель. ^[7]

Передаточная функция

Первые индексы 'g' и 'm' представляют генератор и двигатель. Верхние индексы 'f', 'r' и 'a' соответствуют полю, ротору и якорю.

• ${\displaystyle W_{i}}$= вектор состояния растения
• ${\displaystyle K}$= усиление
• ${\displaystyle t}$= постоянная времени
• ${\displaystyle J}$= полярный момент инерции
• ${\displaystyle D}$= угловое вязкое трение
• ${\displaystyle G}$= постоянная вращательной индуктивности
• ${\displaystyle s}$= Оператор Лапласа

Ур. 1: Уравнение поля генератора

${\displaystyle V_{g}^{f}=R_{g}^{f}I_{g}^{f}+L_{g}^{f}I_{g}^{f}}$

Уравнение 2: Уравнение электрического равновесия в цепи якоря

${\displaystyle -G_{g}^{f}aI_{g}^{f}W_{g}^{r}+(R_{g}^{a}+R_{m}^{a})I^{a}+(L_{g}^{a}+L_{m}^{a})I^{a}+G_{m}^{f}aI_{m}^{f}W_{m}^{r}=0}$

Ур. 3: Уравнение крутящего момента двигателя

${\displaystyle -T_{L}=J_{m}W_{m}^{r}+D_{m}W_{m}^{r}}$

Пренебрегая полным сопротивлением , передаточную функцию можно получить, решив уравнение 3 . ${\displaystyle L_{g}^{a}+L_{m}^{a}}$ ${\displaystyle T_{L}=0}$

Ур. 4: Передаточная функция

${\displaystyle {\frac {W_{m}^{r}(S)}{V_{g}^{f}(S)}}={\cfrac {K_{B}K_{v}/D_{m}}{\left(t_{g}^{f}s+1\right)\left(t_{m}s+{\frac {K_{m}}{D_{m}}}\right)}}}$^[7]

с константами, определенными ниже:

${\displaystyle K_{B}={\frac {G_{m}^{f}aV_{m}^{f}}{R_{m}^{f}(R_{g}^{a}+R_{m}^{a})}}}$

${\displaystyle K_{v}={\frac {G_{g}^{f}aW_{g}^{r}}{R_{g}^{f}}}}$

${\displaystyle t_{m}={\frac {J_{m}}{D_{m}}}}$

${\displaystyle t_{g}^{f}={\frac {L_{g}^{f}}{R_{g}^{f}}}}$

${\displaystyle K_{m}=D_{m}+K_{B}^{2}(R_{g}^{a}+R_{m}^{a})}$

Смотрите также

• Привод с регулируемой скоростью
• Амплидин , электромеханический усилитель, изобретенный во время Второй мировой войны
• Коллекторный электродвигатель постоянного тока
• Электродвигатель
• Электронный контроль скорости
• Гарри Уорд Леонард
• Метадин
• Контроллер двигателя
• Мотор-генератор

Ссылки

Цитаты

1. Кулкарни, AB (октябрь 2000 г.). «Анализ потребления энергии для модернизации лифта с редуктором: обновление с системы постоянного тока Ward Leonard на привод переменного тока с векторным управлением». Протокол конференции IEEE Industry Applications Conference 2000. Том 4. Институт инженеров по электротехнике и электронике. С. 2066–2070.
2. «Электрически приводимое в движение транспортное средство», HW Leonard, патент США 1121382, первоначально подан в марте 1903 г.
3. Shinners, Stanley M (1998). Современная теория систем управления. Wiley and Sons. стр. 202. ISBN 978-0471249061.
4. Раджпут, РК (2005). Основы электротехники. Laxmi Publications Pvt Limited. стр. 571. ISBN 9788170081203. Получено 14.06.2014 .
5. DW, NK; SEN, PK (1999-01-01). ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ. PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 63. ISBN 978-81-203-1492-4.
6. Леонхард, Вернер (2001-08-10). Управление электроприводами. Springer Science & Business Media. стр. 94. ISBN 978-3-540-41820-7.
7. Datta, AK (1973). «Безкомпьютерное оптимальное управление системой привода Уорда Леонарда». International Journal of Systems Science . 4 (4): 671–678. doi :10.1080/00207727308920047.

Общие ссылки

• Редакторы (ноябрь 1989 г.). «Технология электрических компонентов». Проектирование силовых передач : 25–27. {{cite journal}}: |last=имеет общее название ( помощь )
• Уорд Леонард, Х. (1896). «Вольты против омов — регулирование скорости электродвигателей». AIEE Trans . 13 : 375–384.
• Готтлиб, ИМ (1994). «Электрические двигатели и методы управления, 2-е издание». TAB Books. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
• Малкольм Барнс (2003). Практические приводы с переменной скоростью и силовая электроника. Оксфорд: Newnes. С. 20–21. ISBN 978-0-7506-5808-9.