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I motori a corrente continua sono ampiamente utilizzati nell'automazione industriale, nel trasporto ferroviario, negli elettrodomestici e in altri settori grazie alle loro eccellenti prestazioni di regolazione della velocità e all'elevata coppia di spunto. Tuttavia, il problema dell'instabilità della velocità si verifica frequentemente durante il funzionamento effettivo, il che non solo influisce sulla precisione di lavorazione e sull'efficienza produttiva delle apparecchiature, ma può anche ridurre la durata utile del motore. Pertanto, chiarire le cause principali delle fluttuazioni di velocità e formulare soluzioni mirate è di fondamentale importanza per garantire il funzionamento stabile delle apparecchiature.
I. Cause principali della velocità instabile dei motori CC
La velocità di un motore a corrente continua segue la formula n = (U – IaRa)/(CeΦ) (dove n è la velocità, U è la tensione di indotto, Ia è la corrente di indotto, Ra è la resistenza di indotto, Ce è la costante del motore e Φ è il flusso di eccitazione). L'essenza della fluttuazione di velocità è causata da variazioni anomale di uno o più parametri nella formula. Considerando gli scenari operativi reali, le cause principali possono essere suddivise in tre categorie: guasti meccanici, anomalie elettriche e problemi del sistema di controllo.
1. Guasti alla struttura meccanica: anomalie nei sistemi di trasmissione e supporto
I guasti meccanici sono gli incentivi più intuitivi. In primo luogo, l'usura o il danneggiamento dei cuscinetti: dopo un funzionamento prolungato, le sfere dei cuscinetti si usurano e la gabbia si rompe, il che causa l'eccentricità del rotore, aumenta la resistenza alla rotazione e fa fluttuare la velocità. In secondo luogo, il traferro irregolare tra l'indotto e lo statore: errori di assemblaggio o vibrazioni prolungate causano un traferro irregolare, causando una distribuzione sbilanciata del flusso magnetico, che a sua volta influisce sulla stabilità della coppia elettromagnetica. In terzo luogo, l'eccessiva fluttuazione del carico: ad esempio, l'improvvisa variazione della quantità di taglio durante la lavorazione delle macchine utensili e l'accumulo di materiali nelle apparecchiature di trasporto causeranno un aumento istantaneo della coppia di carico del motore e un brusco aumento della corrente di indotto Ia. Secondo la formula della velocità, la velocità diminuirà di conseguenza, con conseguente fluttuazione.
2. Anomalie del sistema elettrico: guasti ai circuiti e ai componenti
Il sistema elettrico è il fondamento energetico per il funzionamento del motore e le sue anomalie influiscono direttamente sulla stabilità dei parametri. I problemi nel circuito di indotto sono i più comuni. Ad esempio, un cortocircuito tra spire dell'avvolgimento di indotto porterà al guasto di una parte dell'avvolgimento, ridurrà l'area effettiva del conduttore e renderà Ia instabile e in aumento. Scarso contatto tra il commutatore e la spazzola: a causa dell'usura della spazzola, di una pressione della molla insufficiente o dell'ossidazione della superficie del commutatore, la resistenza di contatto fluttuerà, causando fluttuazioni della tensione di indotto U. Anche i guasti nel circuito di eccitazione sono critici. Nei motori CC ad eccitazione separata, un circuito aperto o un contatto difettoso dell'avvolgimento di eccitazione causerà una brusca diminuzione del flusso magnetico Φ e un aumento istantaneo della velocità (rischio di "fuga"). Nei motori ad eccitazione in derivazione, le variazioni della resistenza del circuito di eccitazione renderanno Φ instabile, il che a sua volta causerà fluttuazioni di velocità. Inoltre, anche le fluttuazioni della tensione di alimentazione sono un fattore importante. Se la tensione del sistema di alimentazione è instabile, ciò causerà direttamente variazioni di U e la velocità oscillerà di conseguenza.
3. Problemi del sistema di controllo: guasto della regolazione della velocità e del feedback
I moderni motori a corrente continua si affidano principalmente a sistemi di controllo per ottenere una regolazione precisa della velocità, e guasti nel sistema di controllo causano direttamente problemi di velocità. In primo luogo, anomalie nel dispositivo di regolazione della velocità: ad esempio, nel sistema di regolazione della velocità a tiristori, guasti nel circuito di trigger causano un angolo di conduzione instabile del tiristore e una regolazione anomala della tensione di armatura. In secondo luogo, guasti nel collegamento di retroazione: guasti nel sensore di retroazione della velocità (come dinamo tachimetrica, encoder) rendono impossibile la raccolta accurata dei segnali di velocità e il sistema di controllo non può regolare l'uscita in base alla velocità effettiva, causando una deviazione della velocità dal valore impostato. In terzo luogo, difetti nell'algoritmo di controllo: se i parametri dell'algoritmo PID adottati dal sistema di controllo non sono correttamente regolati, la risposta di regolazione alle fluttuazioni di velocità è ritardata o superata e non è possibile ottenere un controllo stabile.
II. Soluzioni mirate
1. Ottimizzare la struttura meccanica per ridurre le interferenze fisiche
In caso di guasti meccanici, è necessario stabilire un meccanismo di manutenzione regolare: controllare regolarmente lo stato di funzionamento del cuscinetto, sostituirlo tempestivamente in caso di usura o rumore anomalo e aggiungere grasso lubrificante secondo necessità per ridurre la resistenza all'attrito; calibrare accuratamente l'indotto e lo statore per garantire un traferro uniforme e controllare rigorosamente gli errori durante il montaggio; ottimizzare la progettazione del carico, aggiungere dispositivi tampone (come frizioni, riduttori) all'estremità del carico per evitare l'impatto istantaneo del carico e, allo stesso tempo, adattare ragionevolmente la potenza del motore alla richiesta di carico per evitare il funzionamento in sovraccarico.
2. Risolvere i problemi del sistema elettrico per garantire la stabilità energetica
La risoluzione dei problemi dell'impianto elettrico deve essere eseguita passo dopo passo: innanzitutto, rilevare la tensione di alimentazione e assicurarsi che sia stabile entro l'intervallo consentito installando uno stabilizzatore di tensione o un dispositivo di monitoraggio della tensione; in secondo luogo, controllare l'indotto e il circuito di eccitazione, utilizzare un multimetro e un megaohmetro per rilevare l'isolamento dell'avvolgimento, risolvere i problemi di cortocircuito tra spire e circuiti aperti, lucidare il commutatore, sostituire le spazzole usurate e regolare la pressione della molla per garantire un buon contatto; infine, controllare regolarmente i componenti elettrici (come contattori, fusibili) e sostituire tempestivamente i componenti obsoleti per ridurre il rischio di guasti al circuito.
3. Migliorare il sistema di controllo per ottenere una regolamentazione precisa
L'ottimizzazione del sistema di controllo è fondamentale per risolvere il problema della velocità instabile: calibrare regolarmente il dispositivo di regolazione della velocità, controllare i componenti chiave come il circuito di trigger e il tiristore per garantire una regolazione accurata della tensione dell'indotto; sostituire il sensore di feedback della velocità difettoso, selezionare un sensore con maggiore precisione e maggiore capacità anti-interferenza (come un encoder fotoelettrico) e rafforzare l'installazione e il fissaggio del sensore per ridurre le interferenze dovute alle vibrazioni; ottimizzare l'algoritmo di controllo, regolare i parametri PID tramite il debug in loco per migliorare la velocità di risposta e la precisione di regolazione del sistema alle fluttuazioni di velocità e, se necessario, introdurre un algoritmo di controllo adattivo per realizzare una regolazione dinamica per diverse condizioni di lavoro.
III. Riepilogo
La velocità instabile dei motori a corrente continua è il risultato dell'azione combinata di molteplici fattori, tra cui meccanica, elettricità e controllo. È necessario formulare soluzioni basate sulla duplice dimensione di "manutenzione hardware + ottimizzazione del sistema". Istituendo un meccanismo di manutenzione regolare, individuando accuratamente le cause profonde dei guasti e ottimizzando le strategie di controllo, è possibile migliorare efficacemente la stabilità della velocità del motore, prolungare la durata utile dell'apparecchiatura e garantire l'affidabilità della produzione industriale e del funzionamento delle apparecchiature. Nelle applicazioni pratiche, è inoltre necessario combinare condizioni specifiche, come il modello del motore e le condizioni operative, per ottenere un posizionamento accurato e una soluzione efficiente dei problemi.
