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工業生産や日常的な設備運転において、DCモーターは異常な速度変動（高速から低速への変動）を頻繁に経験します。これは、設備の加工精度や動作安定性に影響を与えるだけでなく、モーターの寿命を縮める可能性もあります。DCモーターの異常な速度変動の根本的な原因は何でしょうか？これらの原因に対して、どのような体系的な解決策を講じるべきでしょうか？
I. 中核原因の分析
DCモータの速度は、n = (U – IaRa)/(CeΦ)という式に従います（ここで、nは速度、Uは電機子電圧、Iaは電機子電流、Raは電機子回路抵抗、Ceはモータ定数、Φは励磁磁束）。速度変動は、基本的にこの式における1つまたは複数のパラメータの異常な変化によって引き起こされ、具体的には、電気系統の故障、機械構造の問題、および外部動作環境の影響の3つのカテゴリに分類できます。
1. 電気システムの故障: これは速度変動の最も一般的な原因です。まず、電機子回路への電力供給が不安定な場合（直流電源の出力電圧のリップル、電線の接触不良、線路の老朽化による抵抗増加など）、UとIaが瞬間的に変化し、速度変動に直接つながります。次に、異常な励磁システム：他励式直流モータでは、励磁巻線の断線、短絡、または接触不良によりΦが急激に変化します。また、並列励磁モータでは、励磁回路の抵抗が急激に増加すると磁束も減少し、速度が急激に上昇します。最後に、電機子巻線の故障：巻線間の短絡、巻線の断線、または整流子片の接触不良によりIaが不均一になり、速度の安定性が損なわれます。
2. 機械構造の問題: 機械抵抗の急激な変化は、間接的に速度変動を引き起こします。摩耗、潤滑不足、または損傷したモーターベアリングは回転抵抗を増加させ、周期的な変動を引き起こします。カップリングの取り付け偏差（位置ずれ、緩みなど）は、負荷伝達の不均一性を引き起こし、断続的な負荷衝撃を引き起こします。モーター自体が駆動する負荷に、搬送装置における材料の堆積など、詰まりや失速の危険性がある場合、負荷トルクの急激な変化を引き起こします。速度の公式によれば、負荷が増加するとIaが増加し、それに応じて速度が低下します。負荷が減少すると、速度は再び上昇します。
3. 外部事業環境の影響: まず、周囲温度が高いと、熱膨張と収縮により電機子巻線抵抗Raが増加します。同時に、励磁巻線の磁気特性が弱まり、Φが減少します。これら2つの影響が相まって速度変動を引き起こします。次に、埃や湿度などの環境要因により、モーター端子や整流子が腐食し、接触抵抗が不安定になり、電流と速度に影響を与えます。さらに、外部からの電磁干渉：近くの高出力機器から発生する強力な磁場は、励磁システムの磁束安定性を阻害します。
II. 体系的な解決策
1. 安定したパラメータを確保するために電気システムを最適化します。 まず、電源システムを検査し、老朽化した電線を交換し、銅バーなどの低抵抗接続方法を採用して、電機子回路の良好な接触を確保します。電源リップルが大きい場合は、フィルタコンデンサまたは電圧安定器を設置して、電機子電圧Uを安定させることができます。次に、励磁システムを検査します。マルチメーターを使用して励磁巻線の抵抗を測定し、短絡や断線がないか確認し、損傷した巻線を交換します。シャント励磁モータの場合は、異常な抵抗変化を防ぐために、励磁回路のバリスタを定期的に校正します。最後に、電機子巻線を検査します。電機子電圧降下テストを通じて巻線間の短絡を特定し、巻線を適時に修理または交換します。同時に、整流子セグメントを清掃し、酸化層を研磨して、スムーズな電流伝導を確保します。
2. 抵抗変動を低減するための機械構造の見直し モーターのベアリングを定期的にメンテナンスし、潤滑油を補充し、摩耗したベアリングとシールを交換して、柔軟な回転を確保します。カップリングの再校正、同心度調整、接続ボルトの締め付けを行い、負荷伝達の不均一性を防ぎます。同時に、負荷設備を点検し、搬送路内の材料堆積物を清掃し、詰まった部品を修理することで、負荷トルクの安定性を確保し、発生源からのモーター速度への影響を軽減します。
3. 外部干渉を排除するための動作環境の改善： モーターは風通しの良い場所に設置し、冷却ファンや冷却装置を追加して周囲温度をモーターの定格動作範囲内に制御してください。モーター端子と整流子は密閉保護され、埃や湿気による腐食を防止します。電磁干渉がある場合は、モーター励磁回路にシールドを設置するか、モーターの設置位置を調整して高出力干渉機器から遠ざけてください。
さらに、タコメータを使用してモーターの速度をリアルタイムで監視し、動作パラメータを記録して異常な傾向を事前に検出する定期的な検査システムを確立し、清掃、締め付け、校正を含むモーターの包括的なメンテナンスを定期的に実施することで、速度変動の可能性を効果的に低減し、DCモーターの安定した動作を確保できます。
