Уорд Леонард контроль

Система управления Уорда Леонарда , также известная как система привода Уорда Леонарда, была широко используемой системой управления скоростью двигателя постоянного тока , представленной Гарри Уордом Леонардом в 1891 году. В начале 1900-х годов система управления Уорда Леонарда была принята на вооружение ВМС США и также использовалась в пассажирские подъемники крупных шахт. Это также послужило решением для движущегося тротуара на Парижской выставке 1900 года, где многие другие не работали должным образом. ^{[ необходима цитата ]} Он применялся к железнодорожным локомотивам, использовавшимся в Первой мировой войне , и использовался в зенитных радарах во время Второй мировой войны . Подключение к автоматическим пушкам зенитных директорам, отслеживающее движение в двух измерениях должно было быть чрезвычайно плавным и точным. Радиационная лаборатория MIT выбран Уорд-Леонард оснастить известный радар SCR-584 в 1942 году системы управления Уордом Леонарда широко используется для лифтов , пока тиристорные приводы не стали доступны в 1980 - х годах, потому что он предложил плавное регулирование скорости и последовательный крутящий момент. Многие системы управления Ward Leonard и их разновидности продолжают использоваться. ^[1]

Основная концепция [ править ]

Ключевой особенностью системы управления Ward Leonard является способность плавно изменять скорость 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 можно было приводить в действие любым способом. Этим «первичным двигателем» может быть двигатель переменного тока или двигатель внутреннего сгорания (его применение в транспортных средствах было запатентовано Х. В. Леонардом в 1903 г. ^[2] ).

Привод Ward Leonard можно рассматривать как усилитель высокой мощности в многокиловаттном диапазоне, созданный из вращающихся электрических машин. Если «первичный двигатель» является электрическим, то привод Ward Leonard состоит из двигателя и генератора с соединенными вместе валами. 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 большая выходная мощность поступает от обмоток якоря. (См. Возбуждение (магнитное) # Принцип усилителяо том, как генератор может действовать как усилитель.) Выход усилителя обычно подключается ко второму двигателю, который перемещает нагрузку, например, к лифту. При таком расположении небольшие изменения тока, подаваемого на вход, и, следовательно, поля генератора, приводят к большим изменениям на выходе, обеспечивая плавное регулирование скорости. ^[3]

Маховик может быть использован для уменьшения колебаний напряжения во время резких изменений нагрузки. Система Ward Leonard с этой модификацией известна как Ward Leonard Ilgner Control . ^[4]

Более подробное техническое описание [ править ]

Система управления Ward Leonard с прямым подключением генератора и двигателя.

Скорость двигателя постоянного тока регулируется путем изменения напряжения, подаваемого на обмотки _{возбуждения} генератора, V _gf , которое изменяет выходное напряжение генератора. Изменяющееся выходное напряжение изменит напряжение двигателя, поскольку они подключаются 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. ^[5]

Передаточная функция [ править ]

Первые индексы «g» и «m» обозначают генератор и двигатель. Верхние индексы «f», «r» и «a» соответствуют полю, ротору и якорю.

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

Уравнение 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

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

Уравнение 3: Уравнение крутящего момента двигателя

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

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

Уравнение 4: Передаточная функция

${\displaystyle {\frac {W_{m}^{r}(S)}{V_{g}^{f}(S)}}={\cfrac {K_{B}K_{v}/D_{m}}{\left(t_{g}^{f}s+1\right)\left(t_{m}s+{\frac {K_{m}}{D_{m}}}\right)}}}$^[5]

с константами, определенными ниже:

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

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

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

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

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

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Цитаты

Общие ссылки

• Редакторы (ноябрь 1989 г.). «Технология электрических компонентов». Конструкция передачи мощности : 25–27.
• Уорд Леонард, Х. (1896 г.). «Вольт против Ом - регулирование скорости электродвигателей». AIEE Trans . 13 : 375–384.
• Готтлиб, И.М. (1994). "Электродвигатели и методы управления, 2-е издание". Вкладка Книги. Cite journal requires |journal= (help)
• Малкольм Барнс (2003). Практические преобразователи частоты и силовая электроника . Оксфорд: Newnes. С. 20–21. ISBN 978-0-7506-5808-9.