Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Двигатели постоянного тока широко используются в промышленной автоматизации, железнодорожном транспорте, бытовой технике и других областях благодаря отличным характеристикам регулирования скорости и большому пусковому моменту. Однако в реальных условиях эксплуатации часто возникает проблема нестабильной скорости, что не только влияет на точность обработки и эффективность оборудования, но и может сократить срок службы двигателя. Поэтому выявление основных причин колебаний скорости и разработка целенаправленных решений имеют большое значение для обеспечения стабильной работы оборудования.
I. Основные причины нестабильной скорости двигателей постоянного тока
Скорость двигателя постоянного тока рассчитывается по формуле n = (U – IaRa)/(CeΦ) (где n – скорость, U – напряжение якоря, Ia – ток якоря, Ra – сопротивление якоря, Ce – постоянная двигателя, Φ – поток возбуждения). Суть колебаний скорости обусловлена аномальными изменениями одного или нескольких параметров, указанных в формуле. В сочетании с реальными условиями эксплуатации основные причины можно разделить на три категории: механические неисправности, электрические неисправности и проблемы системы управления.
1. Неисправности механической конструкции: неисправности в системах трансмиссии и поддержки
Механические неисправности являются наиболее очевидными причинами. Во-первых, износ или повреждение подшипников: после длительной эксплуатации шарики подшипника изнашиваются, а сепаратор разрушается, что приводит к эксцентриситету ротора, увеличению сопротивления вращению и колебаниям скорости. Во-вторых, неравномерный воздушный зазор между якорем и статором: ошибки сборки или длительная вибрация приводят к неравномерному воздушному зазору, вызывая несбалансированное распределение магнитного потока, что, в свою очередь, влияет на стабильность электромагнитного момента. В-третьих, чрезмерные колебания нагрузки: например, внезапное изменение количества резания во время обработки на станке и накопление материалов в конвейерном оборудовании приведут к мгновенному увеличению момента нагрузки двигателя, а ток якоря Ia резко возрастет. Согласно формуле скорости, скорость соответственно уменьшится, что приведет к колебаниям.
2. Неисправности электрической системы: неисправности цепей и компонентов
Электрическая система является энергетической основой работы двигателя, и её неисправности напрямую влияют на стабильность параметров. Наиболее распространёнными являются проблемы в цепи якоря. Например, межвитковое замыкание обмотки якоря приведёт к выходу из строя части обмотки, уменьшению эффективной площади сечения проводника и увеличению и нестабильности тока Ia. Плохой контакт между коллектором и щётками: из-за износа щёток, недостаточного давления пружины или окисления поверхности коллектора сопротивление контакта будет колебаться, вызывая колебания напряжения якоря U. Неисправности в цепи возбуждения также критичны. В двигателях постоянного тока с независимым возбуждением обрыв или плохой контакт обмотки возбуждения приведут к резкому падению магнитного потока Φ и мгновенному увеличению скорости (риск «разгона»). В двигателях с параллельным возбуждением изменение сопротивления цепи возбуждения приведёт к нестабильности Φ, что, в свою очередь, вызовет колебания скорости. Кроме того, важным фактором являются колебания напряжения питания. Если напряжение системы электроснабжения нестабильно, это напрямую вызовет изменения U, и скорость будет колебаться соответствующим образом.
3. Проблемы системы управления: отказ регулирования скорости и обратной связи
Современные двигатели постоянного тока в основном полагаются на системы управления для достижения точного регулирования скорости, и неисправности в системе управления напрямую вызывают проблемы со скоростью. Во-первых, отклонения в устройстве регулирования скорости: например, в тиристорной системе регулирования скорости неисправности в цепи запуска приводят к нестабильному углу проводимости тиристора и ненормальному регулированию напряжения якоря. Во-вторых, отказ линии обратной связи: неисправности в датчике обратной связи по скорости (таком как тахогенератор, энкодер) делают невозможным точный сбор сигналов скорости, и система управления не может регулировать выход в соответствии с фактической скоростью, что приводит к отклонению скорости от заданного значения. В-третьих, дефекты в алгоритме управления: если параметры алгоритма ПИД, принятые системой управления, не настроены должным образом, реакция регулировки на колебания скорости задерживается или выходит за пределы, и стабильное управление не может быть достигнуто.
II. Целевые решения
1. Оптимизация механической структуры для уменьшения физических помех
При механических неисправностях необходимо разработать механизм регулярного технического обслуживания: регулярно проверять рабочее состояние подшипника, своевременно заменять его при обнаружении износа или ненормального шума, а также добавлять смазку по мере необходимости для снижения сопротивления трения; точно калибровать якорь и статор, чтобы обеспечить равномерный воздушный зазор, и строго контролировать ошибки при сборке; оптимизировать конструкцию нагрузки, добавить буферные устройства (такие как муфты, редукторы) на конце нагрузки, чтобы избежать мгновенного удара нагрузки, и в то же время разумно согласовывать мощность двигателя с требуемой нагрузкой, чтобы не допустить работы с перегрузкой.
2. Устраните неполадки в электрической системе, чтобы обеспечить стабильность энергоснабжения.
Устранение неисправностей электрической системы должно проводиться поэтапно: во-первых, проверьте напряжение питания и убедитесь, что напряжение питания стабильно в допустимых пределах, установив стабилизатор напряжения или устройство контроля напряжения; во-вторых, проверьте якорь и цепь возбуждения, используйте мультиметр и мегаомметр для проверки изоляции обмотки, устраните проблемы с межвитковыми замыканиями и обрывами, отполируйте коллектор, замените изношенные щетки и отрегулируйте давление пружины для обеспечения хорошего контакта; наконец, регулярно проверяйте электрические компоненты (такие как контакторы, предохранители) и своевременно заменяйте стареющие компоненты, чтобы снизить риск неисправностей цепи.
3. Улучшить систему управления для достижения точного регулирования
Оптимизация системы управления является основой решения проблемы нестабильной скорости: регулярно калибруйте устройство регулирования скорости, проверяйте ключевые компоненты, такие как триггерная схема и тиристор, чтобы обеспечить точное регулирование напряжения якоря; замените неисправный датчик обратной связи по скорости, выберите датчик с более высокой точностью и более высокой помехозащищенностью (например, фотоэлектрический энкодер), а также укрепите установку и фиксацию датчика для снижения вибрационных помех; оптимизируйте алгоритм управления, настройте параметры ПИД-регулятора с помощью отладки на месте, чтобы улучшить скорость реагирования и точность регулирования системы при колебаниях скорости, и при необходимости внедрите алгоритм адаптивного управления для реализации динамической подстройки под различные рабочие условия.
III. Резюме
Нестабильная скорость двигателей постоянного тока является результатом совокупного воздействия множества факторов, включая механику, электрику и управление. Необходимо разрабатывать решения, исходя из двойного подхода: «обслуживание оборудования + оптимизация системы». Внедрение механизма регулярного обслуживания, точное выявление причин неисправностей и оптимизация стратегий управления позволяют эффективно повысить стабильность скорости двигателя, продлить срок службы оборудования и гарантировать надежность промышленного производства и эксплуатации оборудования. На практике также необходимо учитывать такие специфические условия, как модель двигателя и условия эксплуатации, для обеспечения точного позиционирования и эффективного решения задач.
