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A instabilidade na rotação de motores CC é causada por fatores complexos que envolvem múltiplos componentes, como alimentação elétrica, mecânica, eletromagnetismo e controle. As causas específicas e as soluções propostas são as seguintes:
I. Anomalias no Fornecimento de Energia e no Sistema de Alimentação: “Falha na Fonte” de Entrada de Energia
A velocidade de rotação de um motor CC está diretamente relacionada à tensão da armadura (de acordo com a fórmula n=(U-IaRa)/(CeΦ), onde n é a velocidade de rotação, U é a tensão da armadura, Ia é a corrente da armadura, Ra é a resistência da armadura, Ce é a constante elástica e Φ é o fluxo magnético). Flutuações de tensão ou anomalias na corrente do sistema de alimentação são as principais causas de instabilidade na velocidade de rotação.
Problemas comuns incluem: a tensão de entrada flutua em mais de ±10% devido a mudanças na carga da rede elétrica; o diâmetro do fio do cabo de alimentação é muito pequeno, levando a perdas excessivas na linha quando a corrente é alta, resultando em uma queda de tensão; o capacitor de filtro da fonte de alimentação envelhece e falha, não conseguindo filtrar as ondulações da corrente alternada, fazendo com que a armadura receba uma tensão pulsante. Por exemplo, se um pequeno motor CC usar uma fonte de alimentação chaveada de baixa qualidade, ocorrerá uma oscilação perceptível na velocidade de rotação quando o coeficiente de ondulação exceder 5%.
Soluções: Priorize a seleção de fontes de alimentação lineares ou fontes de alimentação chaveadas de alta frequência com precisão de regulação de tensão de ±0,5% para garantir uma tensão de armadura estável; selecione fios de cobre com diâmetro suficiente de acordo com a corrente nominal do motor e controle a queda de tensão na linha em até 0,5V; verifique regularmente o valor da capacitância do capacitor de filtro da fonte de alimentação, substitua os componentes envelhecidos e defeituosos e, se necessário, adicione um circuito de filtro secundário para melhorar a pureza da fonte de alimentação.
II. Falhas na Estrutura Mecânica: “Obstáculos Físicos” na Transmissão de Energia
O desgaste, o travamento ou a montagem incorreta de componentes mecânicos levam a uma carga desigual no motor, causando flutuações na velocidade de rotação. Os principais problemas incluem: lubrificação insuficiente e desgaste dos rolamentos, que levam a um torque de atrito variável e, em casos graves, ao fenômeno de "varredura do furo" (atrito entre a armadura e o estator); componentes de transmissão, como acoplamentos e polias, instalados excentricamente, gerando forças radiais periódicas; travamento da extremidade de carga (como travamento de válvulas, engrenamento inadequado), resultando em mudanças repentinas no torque de carga.
Tomando como exemplo o motor de acionamento da correia transportadora, se o desvio de paralelismo da polia exceder 0,1 mm/m, a tensão da correia mudará periodicamente e a velocidade de rotação do motor flutuará em conformidade. Soluções: Estabelecer um mecanismo de manutenção regular, lubrificar os rolamentos a cada 2000 horas de operação e substituí-los prontamente quando o desgaste exceder o padrão; usar um relógio comparador para calibrar a coaxialidade e o paralelismo dos componentes de transmissão e controlar o erro dentro de 0,05 mm; instalar um sensor de torque na extremidade da carga para monitorar a variação da carga em tempo real e evitar a operação em sobrecarga.
III. Falhas no corpo do motor e no sistema eletromagnético: “Atenuação do desempenho” do acionamento principal
Falhas no circuito eletromagnético interno ou em componentes estruturais do motor prejudicam diretamente a estabilidade da velocidade de rotação, manifestando-se principalmente como: envelhecimento do isolamento do enrolamento da armadura, levando a curto-circuito entre espiras, reduzindo a resistência da armadura (Ra), aumentando a corrente (Ia) e aumentando anormalmente a velocidade de rotação; circuito aberto ou mau contato do enrolamento de excitação, levando a uma diminuição do fluxo de excitação (Φ) e um aumento acentuado na velocidade de rotação (risco de "descontrole"); desgaste da superfície do comutador ou mau contato da escova de carvão causam corrente intermitente na armadura, resultando em pulsação da velocidade de rotação.
Para solucionar esses problemas, são necessários métodos de teste profissionais para localizar as falhas: utilize um megômetro para detectar a resistência de isolamento do enrolamento da armadura e reaplique tinta isolante quando o valor for inferior a 0,5 MΩ; meça a corrente de ativação/desativação do enrolamento de excitação com um multímetro e, caso o contato esteja ruim, lustre e aperte o bloco de terminais; lixe regularmente a superfície do comutador com lixa fina, ajuste a pressão da escova de carvão (geralmente entre 0,15 e 0,25 MPa) e assegure-se de que a área de contato seja superior a 90%.
IV. Falha do circuito de controle e do sistema de realimentação: “Quebra de malha fechada” da regulação da velocidade de rotação
Os motores CC modernos geralmente adotam controle PID em malha fechada. Sinais de feedback de velocidade de rotação anormais ou parâmetros de controle incompatíveis podem levar à falha na regulação. Problemas comuns incluem: instalação inadequada de sensores de velocidade de rotação (como encoders e tacogeradores) que causa perda de pulsos nos sinais de feedback; configuração inadequada dos parâmetros PID do controlador, com ganho proporcional excessivo propenso a oscilações e tempo de integração muito longo que leva a atraso na resposta; danos a componentes como relés e tiristores no circuito de controle que causam falha na regulação da tensão da armadura.
Soluções: Fixe o sensor de velocidade de rotação com uma estrutura antideslizante, assegure-se de que a linha de transmissão do sinal tenha boa blindagem para evitar interferência eletromagnética; reajuste os parâmetros PID através do “método da curva de atenuação” para adequar a velocidade de resposta do sistema à estabilidade; realize testes regulares de ativação/desativação no circuito de controle, substitua os componentes defeituosos e, se necessário, adicione módulos de controle redundantes para melhorar a confiabilidade.
Em resumo, a solução para o problema da instabilidade da velocidade de rotação dos motores CC exige a aplicação do princípio de "investigação da origem e processamento hierárquico", com detecção abrangente em quatro dimensões: alimentação elétrica, mecânica, eletromagnetismo e controle. A formulação de soluções direcionadas, baseadas nas condições de operação do motor, e o estabelecimento de um mecanismo de manutenção regular são essenciais para garantir a estabilidade da velocidade de rotação e melhorar a qualidade operacional do equipamento.
