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Dans la production industrielle ou l'utilisation quotidienne d'équipements, les moteurs à courant continu subissent fréquemment des fluctuations de vitesse anormales (variations de vitesse entre des valeurs élevées et faibles). Ceci affecte non seulement la précision de traitement et la stabilité de fonctionnement des équipements, mais peut également réduire la durée de vie des moteurs. Quelles sont les principales causes de ces fluctuations de vitesse anormales dans les moteurs à courant continu ? Quelles solutions systématiques doivent être mises en œuvre pour y remédier ?
I. Analyse des causes profondes
La vitesse d'un moteur à courant continu est donnée par la formule n = (U – IaRa)/(CeΦ) (où n est la vitesse, U la tension d'induit, Ia le courant d'induit, Ra la résistance du circuit d'induit, Ce la constante du moteur et Φ le flux d'excitation). Les fluctuations de vitesse sont principalement dues à des variations anormales d'un ou plusieurs paramètres de la formule, variations qui peuvent être classées en trois catégories : défaillances du système électrique, problèmes de structure mécanique et influences de l'environnement d'exploitation.
1. Défaillances du système électrique : Il s'agit de la cause la plus fréquente des fluctuations de vitesse. Premièrement, une alimentation électrique instable dans le circuit d'induit (ondulations de la tension de sortie de l'alimentation CC, mauvais contact des fils ou augmentation de la résistance due au vieillissement de la ligne) provoque des variations instantanées de U et Ia, entraînant directement des fluctuations de vitesse. Deuxièmement, des anomalies du système d'excitation : dans les moteurs CC à excitation séparée, un circuit ouvert, un court-circuit ou un mauvais contact dans l'enroulement d'excitation provoque une variation soudaine de Φ ; pour les moteurs à excitation shunt, une augmentation soudaine de la résistance du circuit d'excitation entraîne une diminution du flux magnétique, provoquant une forte augmentation de la vitesse. Troisièmement, des défaillances de l'enroulement d'induit : un court-circuit entre spires, un circuit ouvert dans l'enroulement ou un mauvais contact des segments du collecteur provoquent une variation irrégulière de Ia, ce qui nuit à la stabilité de la vitesse.
2. Problèmes de structure mécanique : Les variations brusques de résistance mécanique entraînent indirectement des fluctuations de vitesse. Des roulements de moteur usés, insuffisamment lubrifiés ou endommagés augmentent la résistance à la rotation et provoquent des fluctuations périodiques. Des défauts d'installation de l'accouplement (comme un mauvais alignement ou un jeu excessif) entraînent une transmission de charge irrégulière et des à-coups intermittents. Si la charge entraînée par le moteur risque de se bloquer ou de caler (par exemple, en cas d'accumulation de matériaux dans un convoyeur), cela provoque des variations brusques du couple de charge. Selon la formule de la vitesse, lorsque la charge augmente, le courant Ia augmente et la vitesse diminue en conséquence ; lorsque la charge diminue, la vitesse augmente à nouveau.
3. Influences de l'environnement opérationnel externe : Premièrement, une température ambiante élevée augmente la résistance d'enroulement d'induit Ra en raison de la dilatation et de la contraction thermiques ; simultanément, les propriétés magnétiques de l'enroulement d'excitation s'affaiblissent, entraînant une diminution du flux magnétique Φ. Ces deux effets combinés provoquent des fluctuations de vitesse. Deuxièmement, des facteurs environnementaux tels que la poussière et l'humidité corrodent les bornes ou les collecteurs du moteur, ce qui engendre une résistance de contact instable et, par conséquent, des variations de courant et de vitesse. Troisièmement, les interférences électromagnétiques externes, notamment les champs magnétiques intenses générés par des équipements de forte puissance situés à proximité, perturbent la stabilité du flux du système d'excitation.
II. Solutions systématiques
1. Optimiser le système électrique pour garantir des paramètres stables : Tout d'abord, inspectez le système d'alimentation, remplacez les câbles vétustes et utilisez des connexions à faible résistance, comme des barres de cuivre, pour assurer un bon contact dans le circuit d'induit. Si l'ondulation du courant est importante, installez des condensateurs de filtrage ou des stabilisateurs de tension pour stabiliser la tension d'induit U. Ensuite, inspectez le système d'excitation : mesurez la résistance de l'enroulement d'excitation à l'aide d'un multimètre, recherchez les courts-circuits et les circuits ouverts, et remplacez les enroulements endommagés. Pour les moteurs à excitation shunt, étalonnez régulièrement la varistance du circuit d'excitation afin de prévenir toute variation anormale de résistance. Enfin, inspectez l'enroulement d'induit : détectez les courts-circuits entre spires par un test de chute de tension d'induit, réparez ou remplacez l'enroulement sans délai, et nettoyez les segments du collecteur et polissez la couche d'oxyde pour assurer une bonne conduction du courant.
2. Refonte de la structure mécanique pour réduire les fluctuations de résistance : Assurez un entretien régulier des roulements du moteur, ajoutez de l'huile de lubrification et remplacez les roulements et joints usés pour garantir une rotation fluide. Recalibrez l'accouplement, ajustez la concentricité et serrez les boulons de fixation pour éviter une transmission de charge inégale. Parallèlement, inspectez l'équipement de charge, nettoyez les accumulations de matériaux dans le canal de convoyage et réparez les composants bloqués afin de garantir un couple de charge stable et de réduire ainsi l'impact de la source sur la vitesse du moteur.
3. Améliorer l'environnement d'exploitation pour éliminer les interférences externes : Installez le moteur dans un endroit bien ventilé et prévoyez des ventilateurs ou un système de refroidissement pour maintenir la température ambiante dans sa plage de fonctionnement nominale. Protégez les bornes et le collecteur du moteur par une protection étanche contre la corrosion due à la poussière et à l'humidité. En cas d'interférences électromagnétiques, un blindage peut être installé sur le circuit d'excitation du moteur, ou sa position d'installation peut être ajustée afin de l'éloigner des équipements générant des interférences de forte puissance.
De plus, la mise en place d'un système d'inspection régulier permettant de surveiller en temps réel la vitesse du moteur à l'aide d'un tachymètre, d'enregistrer les paramètres de fonctionnement et de détecter à l'avance les tendances anormales ; la réalisation régulière d'une maintenance complète du moteur, comprenant le nettoyage, le serrage et l'étalonnage, peut réduire efficacement la probabilité de fluctuations de vitesse et garantir le fonctionnement stable du moteur à courant continu.
