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A estabilidade da velocidade de um motor CC determina diretamente seu valor de aplicação. Especialmente em cenários como manufatura de precisão e transporte automatizado, as flutuações de velocidade frequentemente causam problemas na cadeia de transmissão. Para solucionar esse problema, é necessário partir das características estruturais e do princípio de funcionamento do motor, realizar uma análise abrangente em conjunto com os sistemas de controle elétrico e transmissão mecânica, identificar o ponto crítico e tomar medidas específicas.
I. Principais Causas da Flutuação de Velocidade
A fórmula da velocidade de um motor CC é 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 da força contraeletromotriz e Φ é o fluxo de excitação). A instabilidade de qualquer parâmetro na fórmula causará flutuação de velocidade, que pode ser especificamente dividida em três categorias.
1. Sistema Elétrico Anormal: Causa Direta da Flutuação de Parâmetros
A instabilidade na alimentação da armadura é o fator mais comum. Por exemplo, ondulação excessiva na saída da fonte de alimentação CC, mau contato dos fios ou queda repentina de tensão causada por diâmetro insuficiente dos fios levam a flutuações anormais no valor de U na fórmula. Falhas no circuito de excitação também são cruciais. Em um motor de excitação em série, o enrolamento de excitação é conectado em série com a armadura; se houver um curto-circuito parcial no enrolamento, Φ diminuirá, resultando em um aumento repentino na velocidade. Em um motor de excitação em paralelo, o mau contato da resistência do circuito de excitação causará alterações na corrente de excitação, levando à flutuação de Φ. Além disso, curtos-circuitos entre espiras no enrolamento da armadura ou oxidação dos segmentos do comutador causarão mutações instantâneas em Ia, e a queda de tensão gerada por Ra mudará de acordo, perturbando o equilíbrio da velocidade.
2. Problemas de estrutura mecânica: fatores que interferem na transmissão de força
O método de conexão entre o motor e a carga afeta diretamente a estabilidade da velocidade. O desalinhamento na instalação do acoplamento (como desalinhamento e folga) causará flutuações periódicas no torque da carga, levando a flutuações severas em Ia com mudanças na carga. O desgaste dos rolamentos ou a lubrificação inadequada aumentarão a resistência ao atrito mecânico; a mudança aleatória dessa resistência quebrará o equilíbrio de “torque eletromagnético = torque da carga + torque de atrito” e causará flutuação de velocidade. Se o próprio motor apresentar um problema de desbalanceamento do rotor, a força centrífuga gerada durante a rotação em alta velocidade causará vibração mecânica, exacerbando ainda mais a flutuação do torque.
3. Controle e fatores ambientais: regulação do sistema e interferência externa
Parâmetros inadequados no sistema de controle de velocidade são uma causa importante. Por exemplo, um coeficiente proporcional excessivamente grande no controlador PID leva facilmente a ultrapassagens, e um tempo de integração excessivamente longo não consegue suprimir os erros em regime permanente em tempo hábil, fazendo com que a velocidade oscile em torno do valor alvo. Interferências ambientais externas também não podem ser ignoradas: forte radiação eletromagnética interfere nos sinais de controle, e variações de temperatura afetam os valores de resistência de Ra e do enrolamento de excitação. Quando a temperatura sobe, Ra aumenta; se U permanecer inalterado, Ia e o torque eletromagnético diminuem, levando eventualmente a uma queda na velocidade.
II. Soluções Sistemáticas
1. Otimizar o sistema elétrico para estabilizar os parâmetros principais.
Primeiramente, inspecione o sistema de alimentação: substitua a fonte de alimentação CC por uma de alta qualidade (fator de ondulação ≤ 1%) ou conecte um capacitor em paralelo no terminal de saída de energia para filtragem. Em relação aos fios, é necessário garantir que a área da seção transversal do fio atenda aos requisitos de corrente (densidade de corrente ≤ 6 A/mm²), reapertar os blocos de terminais e usar contatos banhados a prata, se necessário, para reduzir a resistência de contato. Em segundo lugar, revise os enrolamentos: verifique o isolamento dos enrolamentos da armadura e da excitação com um megômetro. Se houver curto-circuito, rebobine os enrolamentos e assegure a precisão do enrolamento (erro entre espiras ≤ 0,5%). Para segmentos do comutador oxidados, lixe-os com lixa fina e aplique graxa condutora; ao mesmo tempo, verifique a área de contato entre a escova e os segmentos do comutador para garantir que seja de pelo menos 85%.
2. Reparar a estrutura mecânica para eliminar a interferência na transmissão.
Para problemas de conexão, recalibre o acoplamento para garantir que o desvio radial seja ≤ 0,05 mm e o desvio da face final seja ≤ 0,03 mm. Se a flutuação de carga for grande, um acoplamento flexível pode ser usado para absorver impactos. Em caso de falhas nos rolamentos, rolamentos de alta precisão do mesmo modelo (como o grau P5) devem ser substituídos o mais rápido possível, e graxa resistente a altas temperaturas deve ser adicionada regularmente (a cada 500 horas de operação). Se o rotor estiver desbalanceado, realize um teste de balanceamento dinâmico e controle o desbalanceamento para dentro de 5 g·cm adicionando contrapesos em ambas as extremidades do rotor.
3. Aprimorar as estratégias de controle para isolar interferências externas.
Reajuste os parâmetros PID e determine os parâmetros ideais por meio de testes de resposta ao degrau: o coeficiente proporcional garante que a velocidade de resposta atenda aos requisitos, o tempo integral elimina erros estáticos e o tempo derivativo suprime a ultrapassagem. Para interferência eletromagnética, uma camada de blindagem metálica pode ser aplicada ao redor do circuito de controle, e essa camada deve ser aterrada em um único ponto. Para lidar com o impacto da temperatura, instale um sensor de temperatura no motor e implemente a compensação de temperatura da tensão da armadura por meio do sistema de controle — quando a temperatura subir 10 °C, a tensão da armadura será automaticamente aumentada em 1% a 2%. Além disso, realize manutenção regular no motor, removendo a poeira da superfície e inspecionando o sistema de refrigeração para garantir que o motor opere dentro de uma faixa de temperatura de 40 °C a 60 °C.
Por meio das medidas sistemáticas acima mencionadas nos aspectos elétrico, mecânico e de controle, o problema de flutuação de velocidade dos motores CC pode ser resolvido de forma eficaz. A taxa de flutuação de velocidade pode ser controlada dentro de ±1%, o que atende aos requisitos de operação de precisão e prolonga a vida útil do motor em mais de 30%.
