Ward-Leonardschakeling

De Ward-Leonardschakeling was voor de komst van de thyristor de snelheidsregeling voor gelijkstroommotoren, in 1891 bedacht door de elektrotechnicus Harry Ward Leonard. Deze schakeling is een klassiek voorbeeld van een roterende omvormer en is tegenwoordig volledig verdrongen door via vermogenselektronica aangestuurde elektromotoren.

Principe

Bij de Ward-Leonardschakeling heeft de gelijkstroommotor (GM) – welke de last aandrijft – een eigen gelijkstroomgenerator (GG), waarvan de bekrachtiging afzonderlijk geregeld kan worden. Deze generator wordt aangedreven door een synchrone draaistroommotor voor vierkwadrantenbedrijf of door een asynchrone draaistroommotor als snelheidsregeling (of door een verbrandingsmotor als er geen driefasen elektriciteitsnet aanwezig is). Een tweede bekrachtigingsgenerator (BG) voedt alle bekrachtigingsvelden van de gelijkstroommachines.

Door de stroom (I_b) in het bekrachtigingsveld van de generator met de omkeerveldregelweerstand (OR) te regelen, verandert de uitgangsspanning van de generator. Deze uitgangs- of ankerspanning (U_a) wordt direct aangeboden aan het anker van de motor. Door het bekrachtigingsveld van de motor constant te houden is het toerental (n) van de motor alleen afhankelijk van de ankerspanning.

Omkeerveldregelweerstand

n\approx c_{m}\cdot U_{a}\approx c_{m}\cdot c_{g}\cdot I_{b}

n = toerental motor

c_m = constante (bekrachtiging) motor

U_a = ankerspanning tussen generator & motor

c_g = constante (toerental) generator

I_b = bekrachtigingsstroom generator

Door het bekrachtigingsveld in een regelkring op te nemen kan er een automatisch geregelde aandrijving worden gerealiseerd. Door de richting van het bekrachtigingsveld om te draaien, verandert de draairichting van de motor. Hierdoor is een vierkwadrantenbedrijf mogelijk.

Voordelen

Ondanks de machines die extra nodig zijn heeft de Ward-Leonardschakeling toch belangrijke voordelen:

Generator kan aangedreven worden door een stoommachine, verbrandingsmotor of via een motor gevoed uit een driefasen wisselstroomnet
Door het regelen van de generatorspanning beheerst men niet alleen de snelheid onder alle omstandigheden, maar deze snelheid is ook onafhankelijk van de lasten en gelijkblijvend voor de ingestelde waarde.
Het systeem is energiezuiniger (minder warmteverliezen) dan wanneer er voorschakelweerstanden worden toegepast. Dit ondanks de extra verliezen in generatoren en draaistroommotor.
Met het systeem kan remenergie teruggeleverd worden aan het elektriciteitsnet. Dit principe wordt recuperatief remmen genoemd.

Toepassing

Tot de opkomst van de vermogenselektronica eind 20e eeuw werden Ward-Leonardschakelingen op grote schaal toegepast, vooral als het grotere vermogens betrof:

Aandrijving van walsen in staalfabrieken. De plaat wordt versneld en vertraagd in beide richtingen.
Daar waar grote nauwkeurigheid met hoge vermogens wordt vereist, zoals bij liften, kranen en hijswerktuigen.
Ophaalinstallaties bij steenkoolmijnen, grote bruggen.
Aandrijving van papierbanen in papierfabrieken.
Dieselelektrische aandrijvingen in treinen en op schepen.

Referenties

Stationair gedrag gelijkstroommotor (blz 19 e.v.)
Elektrische Energie-omzetting 2a / E.H.Knol / ISBN 90-2360249-8

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.