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La velocità di rotazione instabile dei motori a corrente continua è causata da fattori complessi che coinvolgono molteplici componenti, come l'alimentazione, i macchinari, l'elettromagnetismo e il controllo. Le cause specifiche e le soluzioni mirate sono le seguenti:
I. Alimentazione e sistema di alimentazione anomali: “guasto alla fonte” dell’ingresso di energia
La velocità di rotazione di un motore a corrente continua è direttamente correlata alla tensione di indotto (in linea con la formula n=(U-IaRa)/(CeΦ), dove n è la velocità di rotazione, U è la tensione di indotto, Ia è la corrente di indotto, Ra è la resistenza di indotto, Ce è la costante della forza elettromotrice e Φ è il flusso di eccitazione). La fluttuazione della tensione o l'anomalia della corrente nel sistema di alimentazione sono la causa principale di una velocità di rotazione instabile.
I problemi più comuni includono: la tensione di ingresso fluttua di oltre ±10% a causa delle variazioni del carico della rete elettrica; il diametro del filo del cavo di alimentazione è troppo piccolo, causando un'eccessiva perdita di linea quando la corrente è elevata, con conseguente "caduta di tensione"; il condensatore di filtro dell'alimentatore invecchia e si guasta, non riuscendo a filtrare le ondulazioni della corrente alternata, causando una tensione pulsante dell'indotto. Ad esempio, se un piccolo motore a corrente continua utilizza un alimentatore switching di qualità inferiore, si verificherà un evidente jitter della velocità di rotazione quando il coefficiente di ondulazione supera il 5%.
Soluzioni: dare priorità alla selezione di alimentatori lineari o alimentatori switching ad alta frequenza con una precisione di regolazione della tensione entro ±0,5% per garantire una tensione di armatura stabile; selezionare fili con anima in rame con un diametro del filo sufficiente in base alla corrente nominale del motore e controllare la caduta di tensione di linea entro 0,5 V; rilevare regolarmente il valore della capacità del condensatore del filtro dell'alimentatore, sostituire i componenti obsoleti e guasti e, se necessario, aggiungere un circuito di filtro secondario per migliorare la purezza dell'alimentatore.
II. Difetti della struttura meccanica: “ostacoli fisici” nella trasmissione di potenza
L'usura, l'inceppamento o le deviazioni di montaggio dei componenti meccanici causano un carico non uniforme del motore, causando quindi fluttuazioni della velocità di rotazione. I problemi principali includono: olio insufficiente e usura dei cuscinetti che causano fluttuazioni della coppia di attrito e, nei casi più gravi, si verifica il fenomeno di "sweeping del foro" (attrito tra l'indotto e lo statore); i componenti di trasmissione come giunti e pulegge sono installati eccentricamente, generando forze radiali periodiche; il lato di carico è inceppato (ad esempio a causa dell'inceppamento delle valvole o di un cattivo accoppiamento degli ingranaggi), con conseguenti improvvise variazioni della coppia di carico.
Prendendo come esempio il motore di trasmissione del nastro trasportatore, se la deviazione di parallelismo della puleggia supera 0,1 mm/m, la tensione della cinghia cambierà periodicamente e la velocità di rotazione del motore fluttuerà di conseguenza. Soluzioni: stabilire un meccanismo di manutenzione regolare, lubrificare i cuscinetti ogni 2000 ore di funzionamento e sostituirli tempestivamente quando l'usura supera lo standard; utilizzare un comparatore a quadrante per calibrare la coassialità e il parallelismo dei componenti della trasmissione e controllare l'errore entro 0,05 mm; installare un sensore di coppia sul lato carico per monitorare la variazione del carico in tempo reale ed evitare il funzionamento in sovraccarico.
III. Difetti del corpo motore e del sistema elettromagnetico: “Attenuazione delle prestazioni” del nucleo di azionamento
I guasti nel circuito elettromagnetico interno o nei componenti strutturali del motore danneggeranno direttamente la stabilità della velocità di rotazione, manifestandosi principalmente come: l'invecchiamento dell'isolamento dell'avvolgimento dell'indotto porta a un cortocircuito tra spire, riducendo la resistenza dell'indotto Ra, aumentando la corrente Ia e aumentando in modo anomalo la velocità di rotazione; il circuito aperto o il contatto scadente dell'avvolgimento di eccitazione portano a una diminuzione del flusso di eccitazione Φ e a un brusco aumento della velocità di rotazione (rischio di "fuga"); l'usura della superficie del commutatore o il contatto scadente della spazzola di carbone causano una corrente di indotto intermittente, con conseguente pulsazione della velocità di rotazione.
Per risolvere tali problemi, sono necessari metodi di prova professionali per individuare i guasti: utilizzare un megaohmetro per rilevare la resistenza di isolamento dell'avvolgimento dell'indotto e reimpregnarlo con vernice per il trattamento di isolamento quando è inferiore a 0,5 MΩ; misurare l'accensione e lo spegnimento dell'avvolgimento di eccitazione con un multimetro e lucidare il morsetto e fissarlo quando il contatto è scadente; lucidare regolarmente la superficie del commutatore con carta vetrata fine, regolare la pressione della spazzola di carbone (solitamente 0,15-0,25 MPa) e assicurarsi che l'area di contatto superi il 90%.
IV. Guasto del circuito di controllo e del sistema di feedback: “rottura a circuito chiuso” della regolazione della velocità di rotazione
I moderni motori a corrente continua adottano principalmente il controllo PID a circuito chiuso. Segnali di feedback anomali della velocità di rotazione o parametri del controller non corrispondenti causano guasti alla regolazione. Tra i problemi più comuni figurano: l'installazione non corretta dei sensori di velocità di rotazione (come encoder e dinamo tachimetriche) porta alla perdita di impulsi dei segnali di feedback; un'impostazione non ragionevole dei parametri PID del controller, un guadagno proporzionale eccessivo è soggetto a oscillazioni e un tempo integrale troppo lungo porta a ritardi nella risposta; danni a componenti come relè e tiristori nel circuito di controllo portano al guasto della regolazione della tensione di armatura.
Soluzioni: fissare il sensore di velocità di rotazione con una struttura anti-allentamento, assicurarsi che la linea di trasmissione del segnale abbia una buona schermatura per evitare interferenze elettromagnetiche; risintonizzare i parametri PID tramite il "metodo della curva di attenuazione" per adattare la velocità di risposta del sistema alla stabilità; eseguire regolarmente il rilevamento on-off sul circuito di controllo, sostituire i componenti guasti e, se necessario, aggiungere moduli di controllo ridondanti per migliorare l'affidabilità.
In sintesi, per risolvere il problema della velocità di rotazione instabile dei motori a corrente continua è necessario seguire il principio di "indagine della fonte ed elaborazione gerarchica", rilevando in modo completo quattro dimensioni di alimentazione, macchinari, elettromagnetismo e controllo, formulando soluzioni mirate in base alle condizioni operative del motore e stabilendo un meccanismo di manutenzione regolare per garantire fondamentalmente la stabilità della velocità di rotazione e migliorare la qualità di funzionamento dell'apparecchiatura.
