沃德-列昂納德調速法

沃德-列昂納德調速法基於這樣一個事實：直流電動機的速度可以透過改變施加到電樞的電壓來改變。沃德-列昂納德法的示意圖如圖所示。

在沃德-列昂納德系統中，M是需要控制速度的直流電動機，G是由三相非同步電動機或同步電動機驅動的他勵直流發電機。交流驅動電動機和直流發電機的組合被稱為電動發電機組或M-G組。

透過改變發電機的勵磁電流，可以改變發電機的電壓。當這個變化的電壓施加到直流電動機M上時，它會改變電動機的速度。在此，直流電動機的勵磁電流I_fm保持在其額定值不變，而直流發電機的勵磁電流I_fg以使發電機電壓V_t從零變到其額定值的方式變化。因此，電動機的速度從零變到其額定值。

由於速度控制是在電動機的額定電樞電流I_a和恆定的電動機磁通ϕ_m下進行的，因此電動機在其額定速度以下產生恆定的轉矩（τ∝ϕ_mI_a）。由於電動機產生的功率與速度成正比，因此它隨速度增加而增加。因此，*採用電樞電壓控制方法，在直流電動機額定速度以下獲得恆轉矩和變功率驅動。*

為了控制高於額定速度的速度，採用*磁通控制法*。在這種方法中，電動機的電樞電流（I_a）固定在其額定值，發電機電壓V_t也保持恆定。現在降低電動機的勵磁電流（I_fm），因此降低電動機磁通（ϕ_m）。因此，直流電動機的速度增加。

由於功率（V_tI_a）保持不變，因此隨著磁通的減小，電磁轉矩減小。因此，轉矩隨著電動機速度的增加而減小。因此，*採用磁通控制方法，在電動機額定速度以上獲得恆功率和變轉矩驅動。*

當需要在較寬範圍內控制速度時，採用電樞電壓控制和磁通控制的組合。透過這種組合，最大可用速度與最小可用速度之比為20到40。

如果使用過勵磁同步電動機而不是非同步電動機來驅動發電機，則可以提高系統的功率因數。由於過勵磁同步電動機以超前功率因數執行，則同步電動機產生的超前無功功率可以用來補償系統中其他感性負載消耗的滯後無功功率。因此，提高了系統的功率因數。

當負載較重且間歇性時，使用滑環非同步電動機來驅動直流發電機。在其軸上安裝一個飛輪以防止電源電流發生劇烈波動。該方案稱為*沃德-列昂納德II型方案*。

沃德-列昂納德系統還有另一種形式，其中使用非電氣原動機（如柴油發動機或燃氣輪機）來驅動直流發電機。

沃德-列昂納德系統的優點

以下是沃德-列昂納德系統的主要優點：

• 可以實現直流電動機在寬範圍內平穩的速度控制。
• 直流電動機的速度可以雙向控制。
• 它具有固有的再生制動能力。
• 透過使用過勵磁同步電動機作為原動機，可以提高整個系統的功率因數。
• 當負載較重且間歇性時，使用滑環非同步電動機作為原動機，並在其軸上安裝飛輪以使間歇性負載平滑到較小的值。

沃德-列昂納德系統的缺點

沃德-列昂納德調速法存在以下缺點：

• 由於存在M-G組，初始成本很高。
• 體積較大，因此需要更多地面面積。
• 重量大。
• 需要頻繁維護。
• 效率非常低。
• 噪音較大。

沃德-列昂納德系統的應用

沃德-列昂納德驅動器用於需要在兩個方向上對直流電動機進行寬範圍平穩速度控制的場合，例如：

• 軋鋼廠
• 造紙廠
• 礦井提升機
• 起重機和電梯
• 柴油電力機車等。

Manish Kumar Saini

更新於：2021年8月18日

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