Controle de Ward Leonard - Ward Leonard control

O controle de Ward Leonard , também conhecido como sistema de acionamento Ward Leonard, era um sistema de controle de velocidade do motor DC amplamente usado introduzido por Harry Ward Leonard em 1891. No início de 1900, o sistema de controle de Ward Leonard foi adotado pela Marinha dos Estados Unidos e também usado em elevadores de passageiros de grandes minas. Também forneceu uma solução para uma calçada móvel na Exposição de Paris de 1900, onde muitas outras não funcionaram adequadamente. Foi aplicado em locomotivas ferroviárias usadas na Primeira Guerra Mundial e em radares antiaéreos na Segunda Guerra Mundial . Conectado a diretores de canhões antiaéreos automáticos , o movimento de rastreamento em duas dimensões precisava ser extremamente suave e preciso. O Laboratório de Radiação do MIT selecionou Ward-Leonard para equipar o famoso radar SCR-584 em 1942. O sistema de controle Ward Leonard foi amplamente usado para elevadores até que os acionamentos de tiristor se tornassem disponíveis na década de 1980, porque oferecia controle de velocidade suave e torque consistente. Muitos sistemas de controle Ward Leonard e variações deles permanecem em uso.

Conceito básico

A principal característica do sistema de controle Ward Leonard é a capacidade de variar suavemente a velocidade de um motor DC, incluindo revertê-la, controlando o campo e, portanto, a tensão de saída de um gerador DC, bem como o campo do próprio motor. Como a velocidade de um motor DC é ditada pela tensão fornecida, isso proporciona um controle de velocidade simples. O gerador DC pode ser acionado por qualquer meio. Este 'motor principal' poderia ser um motor AC ou poderia ser um motor de combustão interna (sua aplicação a veículos foi patenteada por HW Leonard em 1903).

Um drive Ward Leonard pode ser visto como um amplificador de alta potência na faixa de vários quilowatts, construído com maquinário elétrico giratório. Onde o 'motor principal' é elétrico, uma unidade de propulsão Ward Leonard consiste em um motor e gerador com eixos acoplados. O motor principal, que gira a uma velocidade constante, pode ser alimentado por CA ou CC. O gerador é um gerador DC, com enrolamentos de campo e enrolamentos de armadura . A entrada para o amplificador é aplicada aos enrolamentos de campo e a saída de maior potência vem dos enrolamentos da armadura. (Consulte Excitação (magnética) # Princípio do amplificador para saber como um gerador pode atuar como um amplificador.) A saída do amplificador é geralmente conectada a um segundo motor, que move a carga, como um elevador. Com esse arranjo, pequenas mudanças na corrente aplicada à entrada e, portanto, ao campo do gerador, resultam em grandes mudanças na saída, permitindo um controle suave da velocidade.

Um volante pode ser usado para reduzir as flutuações de tensão durante mudanças repentinas de carga. O sistema Ward Leonard com esta modificação é conhecido como Ward Leonard Ilgner Control .

Uma descrição mais técnica

Um sistema de controle Ward Leonard com gerador e motor conectados diretamente.

A velocidade de um motor CC é controlada pela variação da tensão fornecida aos enrolamentos do campo do gerador, V _gf , que varia a tensão de saída do gerador. A variação da tensão de saída irá alterar a tensão do motor, uma vez que eles são conectados diretamente através da armadura. Conseqüentemente, a alteração de V _gf controlará a velocidade do motor. A imagem à direita mostra o sistema de controle Ward Leonard, com V _gf alimentando o gerador e V _mf alimentando o motor.

Função de transferência

Os primeiros subscritos 'g' e 'm' representam cada um o gerador e o motor. Os sobrescritos 'f', 'r' e 'a' correspondem a campo, rotor e armadura.

• ${\ displaystyle W_ {i}}$ = vetor estado da planta
• ${\ displaystyle K}$ = ganho
• ${\ displaystyle t}$ = constante de tempo
• ${\ displaystyle J}$ = momento polar de inércia
• ${\ displaystyle D}$ = atrito viscoso angular
• ${\ displaystyle G}$ = constante de indutância rotacional
• ${\ displaystyle s}$ = Operador Laplace

Eq. 1: A equação do campo gerador

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

Eq. 2: A equação de equilíbrio elétrico no circuito da armadura

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

Eq. 3: Equação de torque do motor

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

Com a impedância total,, desprezada, a função de transferência pode ser obtida resolvendo a eq 3 . ${\ displaystyle L_ {g} ^ {a} + L_ {m} ^ {a}}$${\ displaystyle T_ {L} = 0}$

Eq. 4: Função de transferência

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

com as constantes definidas a seguir:

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

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

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

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

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

Veja também

Referências

Citações

Referências gerais

• The Editors (novembro de 1989). "Tecnologia para Componentes Elétricos". Projeto de transmissão de potência : 25–27.
• Ward Leonard, H. (1896). "Volts versus ohms - a regulação da velocidade dos motores elétricos". AIEE Trans . 13 : 375–384.
• Gottlieb, IM (1994). "Electric Motors & Control Techniques 2nd Edition". TAB Books. Citar diário requer |journal= ( ajuda )
• Malcolm Barnes (2003). Drives de velocidade variável práticos e eletrônica de potência . Oxford: Newnes. pp. 20–21. ISBN   978-0-7506-5808-9 .