Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Стабильность скорости двигателя постоянного тока напрямую определяет его практическое применение. Колебания скорости, особенно в таких областях, как прецизионное производство и автоматизированная конвейерная техника, часто приводят к проблемам в цепи. Для решения этой проблемы необходимо исходить из конструктивных характеристик и принципа работы двигателя, провести комплексный анализ в сочетании с системами электрического управления и механической трансмиссии, выявить основную проблему и принять целенаправленные меры.
I. Основные причины колебаний скорости
Формула скорости двигателя постоянного тока: n = (U – IaRa) / (CeΦ) (где n – скорость, U – напряжение якоря, Ia – ток якоря, Ra – сопротивление якоря, Ce – константа противо-ЭДС, а Φ – поток возбуждения). Нестабильность любого параметра в формуле приводит к колебаниям скорости, которые можно разделить на три категории.
1. Ненормальная электрическая система: прямой источник колебаний параметров
Нестабильное питание якоря является наиболее распространенной причиной. Например, чрезмерные пульсации на выходе источника постоянного тока, плохой контакт проводов или внезапное падение напряжения, вызванное недостаточным диаметром провода, приведут к аномальным колебаниям значения U в формуле. Неисправности в цепи возбуждения также имеют решающее значение. В двигателе с последовательным возбуждением обмотка возбуждения соединена последовательно с якорем; при частичном коротком замыкании в обмотке Φ уменьшится, что приведет к резкому увеличению скорости. В двигателе с параллельным возбуждением плохой контакт сопротивления цепи возбуждения вызовет изменения тока возбуждения, что приведет к колебаниям Φ. Кроме того, межвитковые короткие замыкания в обмотке якоря или окисление сегментов коллектора вызовут мгновенные изменения Ia, и падение напряжения, генерируемое через Ra, соответствующим образом изменится, нарушив баланс скорости.
2. Проблемы механической структуры: факторы, влияющие на передачу силы
Способ соединения двигателя с нагрузкой напрямую влияет на стабильность скорости. Несоосность муфты (например, перекос или ослабление) вызывает периодические колебания момента нагрузки, что приводит к значительным колебаниям Ia при изменении нагрузки. Износ подшипников или недостаточная смазка увеличивают механическое сопротивление трения; случайные изменения этого сопротивления нарушают баланс «электромагнитный момент = момент нагрузки + момент трения» и вызывают колебания скорости. Если ротор двигателя не сбалансирован, центробежная сила, возникающая при вращении на высокой скорости, вызывает механическую вибрацию, что ещё больше усугубляет колебания момента.
3. Факторы контроля и окружающей среды: регуляция системы и внешнее вмешательство
Важной причиной является несоответствие параметров системы регулирования скорости. Например, слишком большой коэффициент пропорциональности ПИД-регулятора легко приводит к перерегулированию, а слишком большое время интегрирования не обеспечивает своевременного подавления установившихся ошибок, что приводит к колебаниям скорости относительно заданного значения. Нельзя игнорировать и внешние помехи: сильное электромагнитное излучение будет искажать сигналы управления, а изменения температуры повлияют на значения сопротивления Ra и обмотки возбуждения. С повышением температуры Ra увеличивается; при неизменном U уменьшаются Ia и электромагнитный момент, что в конечном итоге приводит к падению скорости.
II. Системные решения
1. Оптимизация электрической системы для стабилизации основных параметров
В первую очередь проверьте систему электропитания: замените источник постоянного тока на качественный (коэффициент пульсации ≤ 1%) или подключите параллельно выходному зажиму конденсатор для фильтрации. При проблемах с проводами необходимо убедиться, что сечение провода соответствует требованиям по току (плотность тока ≤ 6 А/мм²), подтянуть клеммные колодки и при необходимости использовать посеребренные контакты для уменьшения переходного сопротивления. Во-вторых, проверьте обмотки: проверьте состояние изоляции обмоток якоря и возбуждения с помощью мегомметра. При наличии короткого замыкания перемотайте обмотки и убедитесь в правильности намотки (межвитковая погрешность ≤ 0,5%). При наличии окисленных сегментов коллектора отполируйте их мелкой наждачной бумагой и смажьте токопроводящей смазкой; одновременно проверьте площадь контакта между щетками и сегментами коллектора, чтобы она была не менее 85%.
2. Ремонт механической конструкции для устранения помех при передаче
При проблемах с соединением повторно откалибруйте муфту, чтобы радиальное биение составляло ≤ 0,05 мм, а торцевое – ≤ 0,03 мм. При значительных колебаниях нагрузки для амортизации ударов можно использовать гибкую муфту. При неисправностях подшипников следует своевременно заменять высокоточные подшипники той же модели (например, класса P5) и регулярно добавлять термостойкую смазку (каждые 500 часов работы). Если ротор разбалансирован, проведите динамическую балансировку и контролируйте дисбаланс в пределах 5 г·см, добавляя балансировочные грузики на оба конца ротора.
3. Улучшить стратегии контроля для изоляции внешнего вмешательства
Перенастройте параметры ПИД-регулятора и определите оптимальные параметры с помощью испытаний на ступенчатость: коэффициент пропорциональности обеспечивает соответствие скорости отклика требованиям, время интегрирования устраняет статические ошибки, а время дифференцирования подавляет перерегулирование. Для защиты от электромагнитных помех цепь управления можно обернуть металлическим экранирующим слоем, заземлив его в одной точке. Для устранения влияния температуры установите на двигатель датчик температуры и реализуйте температурную компенсацию напряжения якоря через систему управления: при повышении температуры на 10 °C напряжение якоря автоматически увеличивается на 1–2%. Кроме того, регулярно проводите техническое обслуживание двигателя, удаляйте пыль с поверхности и проверяйте систему охлаждения, чтобы убедиться, что двигатель работает в диапазоне температур от 40 до 60 °C.
Благодаря вышеперечисленным систематическим мерам в области электрики, механики и управления проблема колебаний скорости двигателей постоянного тока может быть эффективно решена. Величина колебаний скорости может контролироваться в пределах ±1%, что соответствует требованиям точности работы и продлевает срок службы двигателя более чем на 30%.
