Ward Leonardovo soustrojí

Ward Leonardovo soustrojí (někdy také Ward Leonardova kaskáda) je nejznámějším a nejvyužívanějším vynálezem Harry Ward Leonarda. Bylo předvedeno roku 1891 a brzy se stalo nejrozšířenějším způsobem plynulého řízení výkonu, otáček a momentu velkých stejnosměrných pohonů (elektrických motorů). Soustrojí mělo, na dobu vzniku, poměrně dobrou účinnost a předevím výborné regulační vlastnosti.
Mnohá z těchto zařízení pracují dosud - jedno z nich slouží (nyní již jen jako záložní zdroj) k pohonu lanové dráhy na Petříně a též sloužilo k pohonu lanové dráhy Tatranská Lomnica - Skalnaté pleso - Lomnický štít. V současné době se pro regulaci otáček a výkonu používá spíše asynchronní motor s frekvenčním měničem.

Popis funkce

Ward Leonardovo soustrojí poháněné třífázovým motorem. Buzení je zde z nezávislého zdroje.

Ward Leonardovo soustrojí se skládá z následujících prvků:

• Poháněcí stroj (synchronní motor,asynchronní motor, spalovací motor, stabilní parní stroj atd.)
• Dynamo obvykle s cizím buzením
• Stejnosměrný motor s cizím buzením

Poháněcí stroj (1) je na společné hřídelí s dynamem (2). Toto soustrojí může mít na společné hřídeli připojen setrvačník, označovaný jako Illgnerův měnič. Soustrojí může pracovat s konstantními otáčkami, čemuž napomáhá i setrvačník, složící jako akumulátor energie. K poháněcímu stroji bývá připojen ještě zdroj budicího proudu - budič (dnes nahrazován polovodičovým usměrˇnovačem napájeným z rozvodné sítě). Kotva (rotor) dynama (2) je meziobvodem elektricky spojena přímo s kotvou ss motoru (3). Stejnosměrný motor (3) pohání příslušné pracovní zařízení.

Regulace budicíh proudu. Regulace buzení, tj. regulace budicíh proudu bývá obvykle provedena jako odporová.

Uvedení do provozu. Před a během rozběhu poháněcího stroje (1) je buzení statoru dynama (2) odbuzeno. Soustrojí se rozbíhá naprázdno do jmenovitých otáček. Kotvou dynama a kotvou motoru neprotéká proud.

Rozběh a regulace motoru (3).

• Po ukončení rozběhu poháněcího stroje (1) je plně nabuzen stator motoru (3). Kotvami dynama (2) i motoru (3) ještě neprochází proud a motor (3) se nehýbe.
  
• Připojením budicího proudu do budicího vinutí statoru dynama (2) se indukuje na kotvě dynama elektrické napětí (U) a meziobvodem vzájemně elektricky spojenými kotvami dynama (2) a motoru (3) začne procházet proud a motor se začne otáčet.
  
• Zvyšováním budicího proudu dynama se zvyšuje napětí meziobvodu a zvyšují se otáčky a výkon motoru (3) až do okamžiku plného nabuzení dynama. Při zvyšování otáček motoru v této oblasti pracuje motor při konstantním kroutícím momentu a lineárně rostoucím výkonu na hřídeli. Motor se rozběhne až do jmenovitých otáček, které jsou dány plným budicím proudem dynama a napětím meziobvodu.
  
• Otáčky motoru (3) je možné zvýšit pomocí odbuzování motoru (3) při plném buzení dynama (2). Při zvyšování otáček motoru v této oblasti pracuje motor při konstantním výkonu a klesajícím kroutícím momentu na hřídeli. Při odbuzování motoru hrozí nebezpečí, že po odlehčení hřídele motoru nastane nekontrolované zvýšení otáček s možnými následky. Druhým nebezpečím je pokles kroutícího momentu motoru pod požadovanou úroveˇn kroutícího momentu poháněného zařízení a pohon se zastaví.
  

Reverzace motoru (3). Motor (3) je možno reverzovat změnou smyslu budicího produ v motoru, nebo změnou smyslu budicího produ v dynamu, nebo změnou smyslu produ v kotvě motoru. Pro pomalý průběh reverzace je mozno použít změnu buzení dynama nebo motoru. Pro rychlou změnu směru otáček je nutno obrátit proud v kotvě motoru.

Illgnerův měnič. Při pohonu zařízení, které vyvolává velké nárazy momentu a výkonu, je na hřídel dynama (2) nainstalován setrvačník, označovaný jako Illgnerův měnič, složící jako akumulátor energie. Tím je částečně vyhlazen průběh příkonu poháněcího stroje (1). Umožˇnuje použít poháněcí stroj (1) menšího výkonu a současně odlehčuje přívodní napájecí vedení a napájecí zdroj. Mohl být použit například pro pohon válcovacích stolic, kde je požadována častá rychlá reverzace motoru (zastavení a rozběh).

(Platí vztah $P = M \omega$, kde P je výkon [W], M moment síly [Nm] a ω je úhlová rychlost [-].)

Externí odkazy

• - Technické prostředky automatizace