In scenari di avvio e arresto frequenti (ad esempio, ascensori, macchine utensili CNC, linee di produzione automatizzate), i motori a corrente continua subiscono ripetute transizioni da 0 alla velocità nominale e viceversa. Ciò sottopone componenti specifici a urti e perdite di energia costanti, richiedendo un'attenzione particolare a quattro componenti principali: spazzole e commutatori, avvolgimenti di indotto, cuscinetti e freni elettromagneticiDi seguito sono descritti dettagliatamente i meccanismi di usura e le misure di manutenzione mirate:
1. Spazzole e commutatori: zone ad alto impatto per attrito e scintille durante avviamenti/arresti
Avviamenti e arresti frequenti accelerano l'usura di spazzole e commutatori, a causa di due fattori chiave: in primo luogo, la corrente di indotto fluttua drasticamente durante gli avviamenti/arresti (la corrente di avviamento può raggiungere 5-8 volte la corrente nominale) e la velocità del commutatore aumenta o diminuisce rapidamente da 0, causando "impatto di attrito radente" e "scintille di commutazione intensificate" all'interfaccia di contatto. Da un lato, l'impatto di attrito accelera l'usura delle spazzole: in normali condizioni di funzionamento continuo, le spazzole durano in genere 2.000-3.000 ore, ma questa durata si riduce a 800-1.200 ore in scenari di avviamenti e arresti frequenti. Se le spazzole non vengono sostituite quando sono usurate a 1/3 della loro lunghezza originale, l'area di contatto diminuisce, la densità di corrente aumenta e le scintille peggiorano. D'altro canto, improvvisi cambiamenti nella forza elettromotrice di commutazione durante gli avviamenti/arresti generano facilmente forti scintille, che bruciano la superficie del commutatore, creando buche o strati di ossido e aumentando la resistenza di contatto, formando un circolo vizioso di "usura → scintille → usura più grave".
La manutenzione si concentra su tre fasi chiave:
- Controllare regolarmente l'usura delle spazzole ogni 200-300 ore di funzionamento. Sostituire le spazzole con modelli idonei (ad esempio, le spazzole composite in polvere di grafite-metallo sono preferibili in caso di frequenti avvii e arresti, poiché offrono una resistenza all'usura superiore del 30% rispetto alle spazzole in grafite pura) e assicurarsi che la pressione delle spazzole sia stabilizzata a 15-25 kPa (una pressione insufficiente causa scintille; una pressione eccessiva accelera l'usura).
- Lucidare la superficie del commutatore con carta vetrata a grana fine 400 ogni 500 ore per rimuovere strati di ossido e vaiolature, assicurandosi che la rugosità superficiale (Ra) sia ≤ 0,8 μm. Dopo la lucidatura, pulire la superficie con alcol.
- Applicare uno strato sottile di grasso conduttivo (ad esempio grasso a base di grafite) sulla superficie del commutatore per ridurre il coefficiente di attrito durante gli avviamenti/arresti e ridurre al minimo le scintille.
2. Avvolgimenti dell'indotto: rischi di degradazione dell'isolamento e perdita di rame sotto l'impatto della corrente di avvio-arresto
Durante gli avviamenti e gli arresti, gli avvolgimenti dell'indotto sono esposti a una duplice minaccia di usura:
- Un'elevata corrente di spunto causa un aumento delle perdite di rame (Pcu = I²R). Ad esempio, un motore con una corrente nominale di 50 A può avere una corrente di spunto di 300 A, aumentando le perdite di rame fino a 36 volte il livello operativo nominale. Ciò provoca un improvviso aumento della temperatura negli avvolgimenti, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento (ad esempio, la durata di un isolamento di Classe B si dimezza se esposto a temperature superiori a 130 °C).
- Durante la rotazione del rotore, gli avvolgimenti dell'indotto sono sottoposti a ripetuti impatti di forza elettromagnetica. In particolare, alle estremità fisse dei fili di avvolgimento, le vibrazioni danneggiano facilmente lo strato isolante, causando cortocircuiti tra le spire.
Centri di manutenzione su “controllo corrente” e “test di isolamento”:
- Installare un avviatore progressivo nel circuito di indotto. Aumentando gradualmente la tensione di indotto, la corrente di avviamento viene limitata a 1,5–2 volte il valore nominale (ad esempio, 75–100 A per un motore da 50 A), evitando impatti ad alta corrente.
- Verificare la resistenza di isolamento degli avvolgimenti dell'indotto con un megaohmetro ogni 3 mesi, assicurandosi che rimanga ≥ 0,5 MΩ (per motori da 380 V). Se la resistenza di isolamento diminuisce, smontare il motore e asciugare gli avvolgimenti con una pistola termica (temperatura ≤ 80 °C) o riapplicare la vernice isolante (ad esempio, vernice isolante modificata con resina epossidica).
- Ispezionare il nastro di fissaggio alle estremità degli avvolgimenti dell'indotto. Sostituire il nastro allentato o rotto con alternative resistenti alle alte temperature (ad esempio, nastro in fibra di vetro) per prevenire l'usura causata dalle vibrazioni.
3. Cuscinetti: rischi nascosti di forza radiale e guasti di lubrificazione durante gli avviamenti/arresti
Avviamenti e arresti frequenti interrompono la lubrificazione stabile e l'equilibrio delle forze dei cuscinetti:
- All'avvio, il rotore accelera improvvisamente da fermo, causando un "attrito radente" (invece del normale attrito volvente) tra l'anello interno del cuscinetto e le sfere. Questo rompe il film di grasso, accelerando l'usura di sfere e piste.
- Durante gli avviamenti/arresti, l'albero motore è soggetto a eccentricità radiale a causa delle fluttuazioni del carico, sottoponendo i cuscinetti a una forza radiale aggiuntiva. Nel tempo, questo aumenta il gioco dei cuscinetti (i normali cuscinetti a sfere a gola profonda hanno un gioco ≤ 0,1 mm, che può superare 0,2 mm dopo frequenti avviamenti/arresti), causando rumori e vibrazioni anomali.
La manutenzione enfatizza la “gestione della lubrificazione” e i “test di gioco”:
- Ridurre l'intervallo di sostituzione del grasso, da 6 mesi (per il normale funzionamento) a 3 mesi per frequenti avvii e arresti. Utilizzare grasso resistente al taglio e alle alte temperature (ad esempio, grasso composito al litio di grado 2, adatto per temperature comprese tra -20 °C e 150 °C) e riempire 1/2–2/3 dello spazio interno del cuscinetto (un eccesso di grasso causa surriscaldamento; una quantità insufficiente di grasso causa attrito a secco).
- Monitorare il rumore dei cuscinetti con uno stetoscopio ogni 200 ore. Se si verificano rumori di "ronzio" o "clic", spegnere immediatamente il motore. Misurare il gioco dei cuscinetti con uno spessimetro e sostituire i cuscinetti se supera 0,15 mm.
- Assicurarsi che la deviazione di coassialità tra l'albero motore e il giunto sia ≤ 0,1 mm durante l'installazione per ridurre l'impatto della forza radiale durante gli avviamenti/arresti.
4. Freni elettromagnetici: usura delle pastiglie e delle bobine dei freni in caso di frenate frequenti
Alcuni motori a corrente continua (ad esempio, motori di trazione per ascensori, motori di sollevamento) sono dotati di freni elettromagnetici. Avviamenti e arresti frequenti richiedono il ripetuto "inserimento e disinserimento" del freno, causando due tipi di usura:
- Usura delle pastiglie freno: ogni ciclo di frenata comporta attrito tra la pastiglia e il tamburo del freno. Le frenate frequenti riducono rapidamente lo spessore delle pastiglie (lo spessore normale delle pastiglie è di 5 mm; l'usura può raggiungere 0,5-1 mm al mese in caso di frequenti partenze e arresti). Quando lo spessore scende al di sotto di 2 mm, le prestazioni di frenata diminuiscono significativamente.
- Usura della bobina: l'eccitazione frequente della bobina del freno aumenta la perdita di rame. Inoltre, l'impatto della forza elettromagnetica durante l'innesto danneggia facilmente lo strato isolante della bobina, causando cortocircuiti.
La manutenzione riguarda “pastiglie freno” e “bobine”:
- Controllare settimanalmente lo spessore delle pastiglie dei freni. Sostituire le pastiglie quando lo spessore è inferiore a 2 mm, assicurandosi che l'area di contatto tra pastiglia e tamburo del freno sia ≥ 90% per evitare una forza di frenata non uniforme.
- Misurare la resistenza della bobina del freno mensilmente. Se la deviazione dal valore nominale supera il 5%, smontare la bobina per verificare la presenza di cortocircuiti tra le spire. Riavvolgere la bobina o sostituire l'intero gruppo freno se vengono rilevati cortocircuiti.
- Applicare uno strato sottile di rivestimento resistente all'usura ad alta temperatura (ad esempio, rivestimento a base ceramica) sulla superficie del tamburo del freno per migliorare la resistenza all'usura di pastiglie e tamburi, prolungando la durata delle pastiglie.
In sintesi, per i motori a corrente continua sottoposti a frequenti avvii e arresti, "ispezioni ad alta frequenza + manutenzione mirata" di spazzole/commutatori, avvolgimenti dell'indotto, cuscinetti e freni elettromagnetici possono ridurre i tassi di guasto dei componenti di oltre il 60%. Ciò garantisce un funzionamento stabile a lungo termine ed evita tempi di fermo della produzione o incidenti di sicurezza causati da danni ai componenti.