Уорд Леонард контроль - Ward Leonard control

Уорд Леонард контроль, также известная как система привода Уорда Леонарда, широко использовалась Двигатель постоянного тока система контроля скорости введена Гарри Уорд Леонард в 1891 году. В начале 1900-х годов система управления Уорда Леонарда была принята на вооружение ВМС США, а также использовалась в пассажирских подъемниках крупных шахт. Он также предоставил решение движущийся тротуар на Парижской выставке 1900 года, где многие другие не работали должным образом.^{[нужна цитата ]} Применялся к железнодорожным локомотивам, используемым в Первая Мировая Война, и использовался в зенитных радарах в Вторая Мировая Война. Подключен к автоматической зенитной установке директора, отслеживающее движение в двух измерениях должно было быть чрезвычайно плавным и точным. В Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института выбрал Уорд-Леонарда для оснащения знаменитого радара SCR-584 в 1942 году. Система управления Ward Leonard широко использовалась для лифты до того как тиристор приводы стали доступны в 1980-х годах, поскольку они обеспечивали плавное регулирование скорости и постоянный крутящий момент. Многие системы управления Ward Leonard и их разновидности продолжают использоваться.^[1]

Основная концепция

Ключевой особенностью системы управления Ward Leonard является способность плавно изменять скорость двигателя постоянного тока, включая его реверсирование, путем управления поле и, следовательно, выходное напряжение генератора постоянного тока, а также поле 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 электродвигатель переменного тока или двигатель внутреннего сгорания (его применение в транспортных средствах было запатентовано Г. В. Леонардом в 1903 году.^[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 обмотки возбуждения и обмотки якоря. Вход усилителя подается на обмотки возбуждения, а большая выходная мощность поступает от обмоток якоря. (Видеть Возбуждение (магнитное) # Принцип усилителя о 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]

А маховик может использоваться для уменьшения колебаний напряжения при резких изменениях нагрузки. Система Уорда Леонарда с этой модификацией известна как Уорд Леонард Илгнер Контроль.^[4]

Более подробное техническое описание

Система управления Ward Leonard с прямым подключением генератора и двигателя.

Скорость двигателя постоянного тока регулируется путем изменения напряжения, подаваемого на обмотки возбуждения генератора, В_gf, который изменяет выходное напряжение генератора. Изменяющееся выходное напряжение изменит напряжение двигателя, поскольку они подключаются напрямую через якорь. Следовательно, изменение V_gf будет контролировать скорость двигателя. На рисунке справа изображена система управления Ward Leonard с буквой V_gf питание генератора и V_мф питание мотора.^[5]

Функция передачи

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

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

С полным сопротивлением, ${displaystyle L_{g}^{a}+L_{m}^{a}}$, пренебрегая, передаточная функция может быть получена путем решения уравнения 3 ${displaystyle T_{L}=0}$.

Уравнение 4: Передаточная функция

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

с константами, определенными как 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.
• Матовый электродвигатель постоянного тока
• Электрический двигатель
• Электронная регулировка скорости
• Гарри Уорд Леонард
• Метадин
• Контроллер мотора
• Мотор-генератор

Рекомендации

Цитаты

1. Кулкарни, А. (Октябрь 2000 г.). «Анализ энергопотребления для модернизации редукторного лифта: модернизация системы постоянного тока Уорда Леонарда на привод переменного тока с векторным управлением». Отчет о конференции по промышленным приложениям IEEE 2000 г.. 4. Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. С. 2066–2070.
2. «Электромобиль», H.W. Леонард, патент США 1121382, первоначально поданный в марте 1903 г.
3. Шиннерс, Стэнли М (1998). Теория современных систем управления. Wiley and Sons. п. 202. ISBN  978-0471249061.
4. Раджпут, Р. (2005). Базовая электротехника. Laxmi Publications Pvt Limited. п. 571. ISBN  9788170081203. Получено 2014-06-14.
5. Датта, А. (1973). «Безкомпьютерное оптимальное управление приводной системой Уорда Леонарда». Международный журнал системной науки. 4 (4): 671–678. Дои:10.1080/00207727308920047.

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.
• Малкольм Барнс (2003). Практичные преобразователи частоты и силовая электроника. Оксфорд: Newnes. С. 20–21. ISBN  978-0-7506-5808-9.