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Os motores CC são amplamente usados em automação industrial, trânsito ferroviário, eletrodomésticos e outros campos devido ao seu excelente desempenho de regulação de velocidade e grande binário de partida. No entanto, o problema da velocidade instável ocorre frequentemente na operação real, o que não só afeta a precisão de processamento e a eficiência de produção do equipamento, mas também pode encurtar a vida útil do motor. Portanto, esclarecer as principais causas da flutuação da velocidade e formular soluções direcionadas são de grande importância para garantir o funcionamento estável dos equipamentos.
I. Causas principais da velocidade instável dos motores CC
A velocidade de um motor CC segue a fórmula n = (U – IaRa)/(CeΦ) (onde n é a velocidade, U é a tensão da armadura, Ia é a corrente da armadura, Ra é a resistência da armadura, Ce é a constante do motor e Φ é o fluxo de excitação). A essência da flutuação de velocidade é causada por mudanças anormais em um ou mais parâmetros da fórmula. Combinadas com cenários operacionais reais, as causas principais podem ser divididas em três categorias: falhas mecânicas, anormalidades elétricas e problemas do sistema de controle.
1. Defeitos da estrutura mecânica: anormalidades nos sistemas de transmissão e suporte
As falhas mecânicas são os incentivos mais intuitivos. Em primeiro lugar, desgaste ou dano do rolamento: após operação a longo prazo, as bolas do rolamento são desgastadas e a gaiola é quebrada, o que fará com que o rotor seja excêntrico, aumente a resistência à rotação e faça a velocidade flutuar. Em segundo lugar, a distância de ar desigual entre a armadura e o estator: erros de montagem ou vibração a longo prazo levarão a distância de ar inconsistente, causando distribuição desequilibrada do fluxo magnético, o que por sua vez afeta a estabilidade do binário eletromagnético. Em terceiro lugar, a flutuação excessiva da carga: por exemplo, a mudança súbita da quantidade de corte durante o processamento da máquina-ferramenta e a acumulação de materiais no equipamento de transporte fará com que o binário de carga do motor aumente instantaneamente e a corrente da armadura Ia aumente bruscamente. De acordo com a fórmula de velocidade, a velocidade diminuirá de acordo, resultando em flutuação.
2. Anormalidades do sistema elétrico: falhas do circuito e do componente
O sistema elétrico é a base energética para o funcionamento do motor, e suas anormalidades afetam diretamente a estabilidade dos parâmetros. Problemas no circuito da armadura são os mais comuns. Por exemplo, um curto-circuito entre espiras do enrolamento da armadura leva à falha de parte do enrolamento, reduzindo a área útil do condutor e causando aumento e instabilidade da corrente de armadura (Ia). Mau contato entre o comutador e as escovas: devido ao desgaste das escovas, pressão insuficiente da mola ou oxidação da superfície do comutador, a resistência de contato flutua, causando flutuações na tensão da armadura (U). Falhas no circuito de excitação também são críticas. Em motores CC de excitação independente, um circuito aberto ou mau contato no enrolamento de excitação causa uma queda brusca no fluxo magnético (Φ), e a velocidade aumenta instantaneamente (risco de "descontrole"). Em motores de excitação shunt, mudanças na resistência do circuito de excitação tornam Φ instável, o que, por sua vez, causa flutuações de velocidade. Além disso, a flutuação da tensão de alimentação também é um fator importante. Se a tensão do sistema de alimentação for instável, isso causará diretamente alterações em U, e a velocidade flutuará consequentemente.
3. Problemas no Sistema de Controle: Falha na Regulação de Velocidade e no Feedback
Os motores CC modernos dependem, em grande parte, de sistemas de controle para obter uma regulação precisa da velocidade, e falhas no sistema de controle causam problemas de velocidade diretamente. Em primeiro lugar, anormalidades no dispositivo de regulação de velocidade: por exemplo, no sistema de regulação de velocidade por tiristor, falhas no circuito de disparo levam a um ângulo de condução instável do tiristor e a uma regulação anormal da tensão da armadura. Em segundo lugar, falha no circuito de realimentação: falhas no sensor de realimentação de velocidade (como tacogerador, encoder) impossibilitam a coleta precisa dos sinais de velocidade, e o sistema de controle não consegue ajustar a saída de acordo com a velocidade real, levando a um desvio da velocidade em relação ao valor definido. Em terceiro lugar, defeitos no algoritmo de controle: se os parâmetros do algoritmo PID adotados pelo sistema de controle não estiverem devidamente ajustados, a resposta de ajuste às flutuações de velocidade será atrasada ou excessiva, e o controle estável não poderá ser alcançado.
II. Soluções direcionadas
1. Otimizar a estrutura mecânica para reduzir a interferência física.
Para falhas mecânicas, é necessário estabelecer um mecanismo de manutenção regular: verificar regularmente o estado de funcionamento do rolamento, substituí-lo a tempo se for detectado desgaste ou ruído anormal e adicionar graxa lubrificante conforme necessário para reduzir a resistência ao atrito; calibrar com precisão a armadura e o estator para garantir uma folga de ar uniforme e controlar rigorosamente os erros durante a montagem; otimizar o projeto da carga, adicionar dispositivos de amortecimento (como embreagens, redutores) na extremidade da carga para evitar impactos instantâneos da carga e, ao mesmo tempo, adequar adequadamente a potência do motor à demanda de carga para evitar sobrecarga.
2. Solucionar problemas no sistema elétrico para garantir a estabilidade energética.
A resolução de problemas no sistema elétrico deve ser realizada passo a passo: primeiro, verifique a tensão de alimentação e assegure-se de que ela esteja estável dentro da faixa permitida, instalando um estabilizador de tensão ou um dispositivo de monitoramento de tensão; segundo, verifique a armadura e o circuito de excitação, utilizando um multímetro e um megômetro para verificar o isolamento do enrolamento, solucione problemas de curto-circuito entre espiras e circuito aberto, limpe o comutador, substitua as escovas desgastadas e ajuste a pressão da mola para garantir um bom contato; por fim, verifique regularmente os componentes elétricos (como contatores e fusíveis) e substitua os componentes envelhecidos em tempo hábil para reduzir o risco de falhas no circuito.
3. Aprimorar o sistema de controle para alcançar uma regulação precisa.
A otimização do sistema de controle é fundamental para solucionar a instabilidade de velocidade: calibre regularmente o dispositivo de regulação de velocidade, verifique componentes-chave como o circuito de disparo e o tiristor para garantir a regulação precisa da tensão da armadura; substitua o sensor de feedback de velocidade defeituoso, selecione um sensor com maior precisão e capacidade anti-interferência (como um encoder fotoelétrico) e reforce a instalação e a fixação do sensor para reduzir a interferência de vibrações; otimize o algoritmo de controle, ajuste os parâmetros PID por meio de depuração em campo para melhorar a velocidade de resposta e a precisão da regulação do sistema às flutuações de velocidade e, se necessário, introduza um algoritmo de controle adaptativo para realizar o ajuste dinâmico a diferentes condições de trabalho.
III. Resumo
A instabilidade da velocidade dos motores CC resulta da ação combinada de múltiplos fatores, incluindo mecânica, eletricidade e controle. É necessário formular soluções a partir da perspectiva dupla de “manutenção de hardware + otimização do sistema”. Ao estabelecer um mecanismo de manutenção regular, diagnosticar com precisão as causas raízes das falhas e otimizar as estratégias de controle, a estabilidade da velocidade do motor pode ser efetivamente melhorada, a vida útil do equipamento pode ser prolongada e a confiabilidade da produção industrial e da operação do equipamento pode ser garantida. Em aplicações práticas, também é necessário combinar as condições específicas, como o modelo do motor e as condições de operação, para realizar o posicionamento preciso e a solução eficiente dos problemas.
