Ward Leonard-rendszer

(Ward-Leonard rendszer szócikkből átirányítva)

A Ward Leonard-rendszer hazánkban elsősorban villanymozdonyok Ward Leonard-meghajtásaként ismert, mint a váltóáramú energiaellátás átalakításának egy módja az egyenáramú fogyasztók meghajtására. Valójában ez csak a felszín, az egyik lehetséges alkalmazás. A rendszer mélyén egy sokkal általánosabban is felhasználható, igen szellemes műszaki elv van.

Ward Leonard-rendszerű MÁV V41-es villamosmozdony

Nagyteljesítményű és részben mechanikus, egyenáramú teljesítményerősítőről van szó, amely erősítő bemenetére elegendő egy kis teljesítményű egyenáramú jelet adni, és a kimeneten ennek sokszorosa vehető le nagy teljesítményű egyenáramként, miközben az ehhez szükséges szabályozatlan teljesítményforrás a váltóáramú ellátásból ered. Mivel e szabályozatlan teljesítményforrás a rendszer mechanikus része miatt akár egyenáramú ellátásból is eredhet, ezért ilyen esetben a Ward Leonard-rendszer nem is egyenirányító. Sőt, hogy mennyire nem az egyenirányítás a lényeg, azt az is mutatja, hogy a szabályozatlan teljesítményforrás akár dízelmotor is lehet.

Mivel az ilyen egyenáramú erősítő bemenetéhez szükséges kis teljesítményű egyenáramú jel egy alig melegedő változtatható ellenállással könnyen előállítható és könnyen szabályozható, ezért a kimenet nem csak villanymozdony, hanem bánya- és egyéb nagy lift, mozgólépcső, mozgójárda az 1900-as párizsi világkiállításon, hegyi sífelvonó, daru, nehéztüzérségi löveg vagy harckocsi toronyforgató berendezés és egyéb nagy teljesítményű gépek egyenáramú motorjának igen finom vezérlésére alkalmas. Az 1891-ben közzétett Ward Leonard-rendszert az 1980-as években igen széles körben elterjedő nagy teljesítményű tirisztoros vezérlés küldte nyugalomba.

Hazai előfordulásSzerkesztés

A Ward Leonard elnevezés a hatvanas évek elejére került be a magyar köztudatba azzal, hogy a magyar vasút villamosítása céljából átmeneti megoldásként 1958 és 1962 között 30 darab Ward Leonard-rendszerű mozdonyt gyártott a Ganz Bo'Bo' tengelyelrendezéssel, amelyek V41 sorozatszámmal kerültek a MÁV villamosított vonalaira. 1963 és 1966 között további 42 darab készült, 956 kW-ról 1214 kW-ra megnövelt teljesítménnyel (csak összehasonlításul: az 1932-ben gyártott Kandó V40 mozdonyok teljesítménye 1620 kW), de külsejében teljesen azonosan, ezek V42 sorozatként kerültek forgalomba. Konstrukciós hibák miatt nem váltak be, és így a selejtezésük viszonylag hamar, már 1969-ben elkezdődött.[1]

1959-ben helyezték üzembe a Csepel IV. papírgyártó gépet (gépgyártó a Voith), amelyet elsősorban nátron-zsákpapír gyártására használtak. Itt a Ward Leonard-rendszerű vezérlés fő papírgyártás technológiai előnye az volt, hogy a végtermék optimális szilárdságához nagyon pontosan kell beállítani a szárítás során a húzási sebességet.[2]

A Magyar Néphadseregnél 1963-ban rendszeresített PT-76 úszó harckocsi EPB-4 elektromos toronyforgató berendezés motor fordulatszámának változását a dinamó által biztosított feszültség Ward Leonard-rendszerű szabályozása biztosította. Nehéz lövegek precíz célratartása alapvetően függ attól, hogy a forgatást a nagy teljesítmény igény ellenére milyen precízen lehet vezérelni. Ezt oldja meg egy jó teljesítmény erősítő.[3]

Az ország egyik legnagyobb teljesítményű villamos hajtása a Dunai Vasmű (ma ISD Dunaferr) meleghengerművének Ward-Leonard hajtása. A 2x3430 kW teljesítményű hajtást (a váltakozó áramú hajtógép két egyenáramú generátort hajt) a Ganz Villamossági Művek szállította a '70-es években, és jelenleg is üzemben van.

Működési elvSzerkesztés

A teljesítmény erősítő központi eleme egy közös tengelyű motor - dinamó pár.

A tengelyt megfelelő fordulatszámon tartó motor lehet váltóáramú, vasúti vontatás esetén egyfázisú, de helyhezkötött kivitelben akár háromfázisú is. E motor lehet egyenáramú is, de lehet akár belsőégésű motor is. Csak az a fontos, hogy a szóba jövő legnagyobb leadandó teljesítménynél is képes legyen a motor a kívánt fordulatszámon meghajtani a közös tengelyt.

A tengelyen lévő dinamón két tekercselés van, az állórészé és a forgórészé. Az erősítendő jelet az állórész gerjesztésére vezetik. A nagy teljesítményű eredményt a forgórészről szedik le.

Amennyiben a maga a meghajtó motor elektromos, és ennek megfelelően neki is van álló- és forgórésze, továbbá e motor még aszinkron is, és ennek megfelelően a forgási sebesség fokozatmentesen változhat, akkor a rendszer további variálására van lehetőség. Az erősítendő jellel vagy annak előerősített változatával a meghajtó motor állótekercse vezérelhető, míg a forgótekercs kapja a szabályozatlan nagyteljesítményt, és eredőleg a szabályozásnak megfelelően változik a közöstengely fordulatszáma.

Hasonló elvű erősítőkSzerkesztés

A rádiózás is igényel hatalmas arányú teljesítményerősítést, hisz a stúdiójelek energiaszintjéről el kell jutni a távolsági műsorszóráshoz szükséges energiaszintig. Ez precíz vezérlést igényel, máskülönben műsor helyett csak zaj lesz.

Mindez elérhető volt a Ward Leonard-rendszer két apró módosításával, és így adódik az Alexanderson-alternátor erősítő. Az egyik módosítás, hogy megfelelő tekercseléssel és fordulatszámmal egyenáram helyett nagyfrekvenciás váltóáramként állítják elő a vezérelt nagyteljesítményt. A másik módosítás pedig az, hogy ahová a Ward Leonard-rendszernél a kimeneti feszültség szintet szabályzó kis teljesítményű egyenáramot vezették, oda az Alexanderson rendszernél magát a kis teljesítményű stúdiójelet vezetik, és ez modulálja a nagyfrekvenciás hullám amplitúdóját. Ezzel létrejön a kívánt amplitúdómoduláció, ami a korai rádiózás alaptechnikája.

Technikailag 1906-ban már 100 kHz-es frekvenciát tudtak 50 kW-os teljesítménnyel. A tényleges műsorszórási gyakorlatban inkább, például egy konkrét esetben 21,7 kHz-en sugároztak, de 200 kW-tal, és ehhez 600 póluspáros tekercselést és 2170 1/min-es mechanikai forgást használtak. 1918 és 1924 között 18 ilyen rendszerű adót helyeztek üzembe 14,2 kHz (Varsó) és 31,3 kHz (Caernarfon, Wales) közötti frekvenciákon. Ezek szolgálati ideje 9 és 34 év között szóródott.

ForrásokSzerkesztés

IrodalomSzerkesztés

JegyzetekSzerkesztés

  1. V41 és V42 mozdonyokra vonatkozó történeti adatok. [2007. október 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. július 10.)
  2. Papíripar, hazai szakmai folyóirat, 50 éves a papíripar alcímű, 2006. 5-6. jubileumi szám.
  3. Harckocsik toronyforgató berendezései. [2008. április 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. július 10.)