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La estabilidad de velocidad de un motor de CC determina directamente su utilidad. En entornos como la fabricación de precisión y el transporte automatizado, las fluctuaciones de velocidad suelen provocar problemas en la cadena de transmisión. Para solucionar este problema, es necesario partir de las características estructurales y el principio de funcionamiento del motor, realizar un análisis exhaustivo junto con los sistemas de control eléctrico y transmisión mecánica, identificar la causa raíz y aplicar medidas específicas.
I. Causas principales de la fluctuación de velocidad
La fórmula de velocidad de un motor de CC es 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 de fuerza contraelectromotriz y Φ es el flujo magnético). La inestabilidad de cualquier parámetro en la fórmula provoca fluctuaciones en la velocidad, las cuales se pueden clasificar en tres categorías.
1. Sistema eléctrico anómalo: Inductor directo de fluctuaciones de parámetros
La inestabilidad en la alimentación del inducido es el factor más común. Por ejemplo, una ondulación excesiva en la salida de la fuente de alimentación de CC, un mal contacto de los cables o una caída de tensión repentina causada por un diámetro de cable insuficiente provocarán fluctuaciones anormales en el valor de U en la fórmula. Las fallas en el circuito de excitación también son cruciales. En un motor de excitación en serie, el devanado de excitación está conectado en serie con el inducido; si hay un cortocircuito parcial en el devanado, Φ disminuirá, lo que resultará en un aumento repentino de la velocidad. En un motor de excitación en derivación, un mal contacto de la resistencia del circuito de excitación causará cambios en la corriente de excitación, lo que provocará fluctuaciones en Φ. Además, los cortocircuitos entre espiras en el devanado del inducido o la oxidación de los segmentos del conmutador causarán variaciones instantáneas en Ia, y la caída de tensión generada a través de Ra cambiará en consecuencia, lo que alterará el equilibrio de velocidad.
2. Problemas de estructura mecánica: factores que interfieren en la transmisión de fuerza
El método de conexión entre el motor y la carga afecta directamente la estabilidad de la velocidad. Una desalineación en la instalación del acoplamiento (como desalineación o holgura) provoca fluctuaciones periódicas en el par de carga, lo que conlleva fluctuaciones significativas en Ia con los cambios de carga. El desgaste de los cojinetes o una lubricación deficiente aumentan la resistencia por fricción mecánica; la variación aleatoria de esta resistencia rompe el equilibrio de par electromagnético = par de carga + par de fricción y causa fluctuaciones de velocidad. Si el motor presenta un desequilibrio en el rotor, la fuerza centrífuga generada durante la rotación a alta velocidad provoca vibraciones mecánicas, lo que agrava aún más las fluctuaciones de par.
3. Control y factores ambientales: Regulación del sistema e interferencia externa
Los parámetros desajustados del sistema de control de velocidad son una causa importante. Por ejemplo, un coeficiente proporcional excesivamente grande del controlador PID puede provocar fácilmente sobreimpulsos, y un tiempo de integración excesivamente largo no logra suprimir los errores en estado estacionario de manera oportuna, lo que causa que la velocidad oscile alrededor del valor objetivo. La interferencia ambiental externa tampoco puede ignorarse: una fuerte radiación electromagnética interferirá con las señales de control, y los cambios de temperatura afectarán los valores de resistencia Ra y del devanado de excitación. Cuando la temperatura aumenta, Ra aumenta; si U permanece constante, Ia y el par electromagnético disminuirán, lo que finalmente provocará una caída en la velocidad.
II. Soluciones sistemáticas
1. Optimizar el sistema eléctrico para estabilizar los parámetros principales.
Primero, inspeccione el sistema de alimentación: reemplace la fuente de alimentación de CC por una de alta calidad (factor de rizado ≤ 1%) o conecte un condensador en paralelo en el terminal de salida para filtrar la señal. Si hay problemas con el cableado, asegúrese de que la sección transversal del cable cumpla con los requisitos de corriente (densidad de corriente ≤ 6 A/mm²), vuelva a apretar los bloques de terminales y, si es necesario, utilice contactos plateados para reducir la resistencia de contacto. Segundo, revise los devanados: compruebe el aislamiento de los devanados de armadura y excitación con un megóhmetro. Si hay un cortocircuito, rebobine los devanados y asegúrese de que la precisión del bobinado sea correcta (error entre espiras ≤ 0,5%). Si los segmentos del colector están oxidados, líjelos con papel de lija fino y aplique grasa conductora; al mismo tiempo, verifique que el área de contacto entre la escobilla y los segmentos del colector sea de al menos el 85%.
2. Reparar la estructura mecánica para eliminar la interferencia de transmisión.
Para problemas de conexión, recalibre el acoplamiento para asegurar que la desviación radial sea ≤ 0,05 mm y la desviación de la cara frontal sea ≤ 0,03 mm. Si la fluctuación de carga es grande, se puede utilizar un acoplamiento flexible para absorber los impactos. En caso de fallas en los rodamientos, se deben reemplazar oportunamente los rodamientos de alta precisión del mismo modelo (como los de grado P5) y se debe agregar regularmente grasa resistente a altas temperaturas (cada 500 horas de funcionamiento). Si el rotor está desequilibrado, realice una prueba de equilibrado dinámico y controle el desequilibrio dentro de 5 g·cm agregando contrapesos en ambos extremos del rotor.
3. Mejorar las estrategias de control para aislar la interferencia externa
Reajuste los parámetros PID y determine los parámetros óptimos mediante pruebas de respuesta escalón: el coeficiente proporcional garantiza que la velocidad de respuesta cumpla con los requisitos, el tiempo integral elimina los errores estáticos y el tiempo derivativo suprime la sobreoscilación. Para evitar interferencias electromagnéticas, se puede envolver el circuito de control con una capa de blindaje metálico, la cual debe conectarse a tierra en un solo punto. Para mitigar el impacto de la temperatura, instale un sensor de temperatura en el motor y realice la compensación de temperatura del voltaje de armadura a través del sistema de control: cuando la temperatura aumente 10 °C, el voltaje de armadura se incrementará automáticamente entre un 1 % y un 2 %. Además, realice un mantenimiento periódico del motor, elimine el polvo superficial e inspeccione el sistema de refrigeración para garantizar que el motor funcione dentro de un rango de temperatura de 40 °C a 60 °C.
Mediante las medidas sistemáticas mencionadas, aplicadas en los aspectos eléctricos, mecánicos y de control, se puede resolver eficazmente el problema de la fluctuación de velocidad en los motores de CC. La tasa de fluctuación de velocidad se puede controlar dentro de un margen de ±1%, lo que cumple con los requisitos de operación de precisión y extiende la vida útil del motor en más de un 30%.
