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Los motores de CC se utilizan ampliamente en la automatización industrial, el transporte ferroviario, los electrodomésticos y otros sectores debido a su excelente regulación de velocidad y su elevado par de arranque. Sin embargo, en la práctica, suelen presentar inestabilidad de velocidad, lo que afecta a la precisión de procesamiento y la eficiencia de producción, además de reducir la vida útil del motor. Por lo tanto, es fundamental esclarecer las causas principales de la fluctuación de velocidad y formular soluciones específicas para garantizar el funcionamiento estable de los equipos.
I. Causas principales de la velocidad inestable de los motores de CC
La velocidad de un motor de CC sigue la fórmula n = (U – IaRa)/(CeΦ) (donde n es la velocidad, U es la tensión de armadura, Ia es la corriente de armadura, Ra es la resistencia de armadura, Ce es la constante del motor y Φ es el flujo magnético). La fluctuación de velocidad se debe principalmente a cambios anómalos en uno o más parámetros de la fórmula. En función de las condiciones de funcionamiento reales, las causas principales se pueden clasificar en tres categorías: fallos mecánicos, anomalías eléctricas y problemas del sistema de control.
1. Fallas en la estructura mecánica: Anomalías en los sistemas de transmisión y soporte.
Las fallas mecánicas son los factores más evidentes. En primer lugar, el desgaste o daño de los rodamientos: tras un funcionamiento prolongado, las bolas de los rodamientos se desgastan y la jaula se rompe, lo que provoca excentricidad en el rotor, aumenta la resistencia a la rotación y genera fluctuaciones de velocidad. En segundo lugar, la irregularidad del entrehierro entre el inducido y el estátor: los errores de montaje o las vibraciones prolongadas producen una irregularidad en el entrehierro, lo que provoca una distribución desequilibrada del flujo magnético y, a su vez, afecta la estabilidad del par electromagnético. En tercer lugar, las fluctuaciones excesivas de carga: por ejemplo, el cambio repentino en la cantidad de corte durante el mecanizado y la acumulación de materiales en los equipos de transporte provocan un aumento instantáneo del par de carga del motor y un incremento brusco de la corriente de inducido (Ia). Según la fórmula de velocidad, la velocidad disminuye en consecuencia, lo que produce fluctuaciones.
2. Anomalías del sistema eléctrico: Fallas en circuitos y componentes
El sistema eléctrico es la base energética para el funcionamiento del motor, y sus anomalías afectan directamente la estabilidad de los parámetros. Los problemas en el circuito de armadura son los más comunes. Por ejemplo, un cortocircuito entre espiras del devanado de armadura provoca la falla de parte del devanado, reduce el área efectiva del conductor y genera un aumento e inestabilidad de la corriente de armadura (Ia). Un mal contacto entre el colector y la escobilla, debido al desgaste de las escobillas, la presión insuficiente del resorte o la oxidación de la superficie del colector, provoca fluctuaciones en la resistencia de contacto, lo que a su vez causa fluctuaciones en la tensión de armadura (U). Las fallas en el circuito de excitación también son críticas. En los motores de CC de excitación independiente, un circuito abierto o un mal contacto en el devanado de excitación provoca una caída brusca del flujo magnético (Φ) y un aumento instantáneo de la velocidad (riesgo de embalamiento). En los motores de excitación en derivación, los cambios en la resistencia del circuito de excitación generan inestabilidad en Φ, lo que a su vez causa fluctuaciones de velocidad. Además, la fluctuación de la tensión de alimentación también es un factor importante. Si el voltaje del sistema de suministro de energía es inestable, esto provocará directamente cambios en U y la velocidad fluctuará en consecuencia.
3. Problemas del sistema de control: Fallo en la regulación de velocidad y la retroalimentación
Los motores de CC modernos dependen en gran medida de sistemas de control para lograr una regulación precisa de la velocidad, y las fallas en el sistema de control provocan directamente problemas de velocidad. En primer lugar, anomalías en el dispositivo de regulación de velocidad: por ejemplo, en el sistema de regulación de velocidad por tiristores, las fallas en el circuito de disparo generan un ángulo de conducción inestable del tiristor y una regulación anormal del voltaje de armadura. En segundo lugar, fallas en el enlace de realimentación: las fallas en el sensor de realimentación de velocidad (como el tacogenerador o el encoder) impiden la recopilación precisa de las señales de velocidad, y el sistema de control no puede ajustar la salida según la velocidad real, lo que provoca que la velocidad se desvíe del valor establecido. En tercer lugar, defectos en el algoritmo de control: si los parámetros del algoritmo PID adoptados por el sistema de control no están correctamente ajustados, la respuesta de ajuste a las fluctuaciones de velocidad se retrasa o se sobrepasa, y no se puede lograr un control estable.
II. Soluciones específicas
1. Optimizar la estructura mecánica para reducir la interferencia física
Para las fallas mecánicas, es necesario establecer un mecanismo de mantenimiento regular: revisar periódicamente el estado de funcionamiento del rodamiento, reemplazarlo a tiempo si se detecta desgaste o ruido anormal, y agregar grasa lubricante según sea necesario para reducir la resistencia por fricción; calibrar con precisión la armadura y el estátor para garantizar un entrehierro uniforme y controlar estrictamente los errores durante el montaje; optimizar el diseño de la carga, agregar dispositivos amortiguadores (como embragues y reductores) en el extremo de la carga para evitar el impacto instantáneo de la carga y, al mismo tiempo, ajustar razonablemente la potencia del motor a la demanda de carga para evitar el funcionamiento por sobrecarga.
2. Solucionar problemas del sistema eléctrico para garantizar la estabilidad energética.
La resolución de problemas del sistema eléctrico debe realizarse paso a paso: primero, detectar la tensión de alimentación y asegurarse de que sea estable dentro del rango permitido mediante la instalación de un estabilizador o un monitor de tensión; segundo, revisar el inducido y el circuito de excitación, utilizar un multímetro y un megóhmetro para comprobar el aislamiento del devanado, solucionar problemas de cortocircuito entre espiras y circuito abierto, pulir el colector, sustituir las escobillas desgastadas y ajustar la presión del resorte para garantizar un buen contacto; finalmente, revisar periódicamente los componentes eléctricos (como contactores y fusibles) y sustituir los componentes envejecidos a tiempo para reducir el riesgo de fallos en el circuito.
3. Mejorar el sistema de control para lograr una regulación precisa
La optimización del sistema de control es fundamental para resolver la inestabilidad de velocidad: calibrar periódicamente el dispositivo de regulación de velocidad, revisar componentes clave como el circuito de disparo y el tiristor para garantizar una regulación precisa del voltaje de armadura; reemplazar el sensor de retroalimentación de velocidad defectuoso, seleccionar un sensor con mayor precisión y capacidad antiinterferencias (como un codificador fotoeléctrico), y reforzar la instalación y fijación del sensor para reducir la interferencia por vibraciones; optimizar el algoritmo de control, ajustar los parámetros PID mediante depuración in situ para mejorar la velocidad de respuesta y la precisión de regulación del sistema ante fluctuaciones de velocidad, y, si es necesario, introducir un algoritmo de control adaptativo para realizar un ajuste dinámico a diferentes condiciones de funcionamiento.
III. Resumen
La inestabilidad en la velocidad de los motores de CC se debe a la acción combinada de múltiples factores, incluyendo la mecánica, la electricidad y el control. Es necesario formular soluciones que abarquen tanto el mantenimiento del hardware como la optimización del sistema. Al establecer un mecanismo de mantenimiento regular, diagnosticar con precisión las causas raíz de las fallas y optimizar las estrategias de control, se puede mejorar eficazmente la estabilidad de la velocidad del motor, prolongar la vida útil del equipo y garantizar la fiabilidad de la producción industrial y el funcionamiento del equipo. En la práctica, también es necesario considerar las condiciones específicas, como el modelo del motor y las condiciones de operación, para lograr un posicionamiento preciso y una solución eficiente de los problemas.
