มอเตอร์กระแสตรงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ระบบขนส่งมวลชนทางราง เครื่องใช้ในครัวเรือน และสาขาอื่นๆ เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการควบคุมความเร็วที่ดีเยี่ยมและมีแรงบิดเริ่มต้นสูง อย่างไรก็ตาม ปัญหาความเร็วไม่คงที่มักเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานจริง ซึ่งไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการประมวลผลและประสิทธิภาพการผลิตของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังอาจทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์สั้นลงอีกด้วย ดังนั้น การชี้แจงสาเหตุหลักของความผันผวนของความเร็วและการกำหนดแนวทางแก้ไขที่ตรงจุดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันการทำงานของอุปกรณ์อย่างมีเสถียรภาพ
I. สาเหตุหลักของความเร็วที่ไม่เสถียรของมอเตอร์ DC
ความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงเป็นไปตามสูตร n = (U – IaRa)/(CeΦ) (โดยที่ n คือความเร็ว, U คือแรงดันอาร์เมเจอร์, Ia คือกระแสอาร์เมเจอร์, Ra คือความต้านทานอาร์เมเจอร์, Ce คือค่าคงที่ของมอเตอร์ และ Φ คือฟลักซ์กระตุ้น) แก่นแท้ของความผันผวนของความเร็วเกิดจากการเปลี่ยนแปลงที่ผิดปกติของพารามิเตอร์อย่างน้อยหนึ่งตัวในสูตร เมื่อรวมกับสถานการณ์การทำงานจริง สาเหตุหลักสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภท ได้แก่ ความผิดพลาดทางกล ความผิดปกติทางไฟฟ้า และปัญหาของระบบควบคุม
1. ข้อบกพร่องของโครงสร้างทางกล: ความผิดปกติในระบบส่งกำลังและระบบรองรับ
ความผิดพลาดทางกลเป็นแรงจูงใจที่สำคัญที่สุด ประการแรก การสึกหรอหรือความเสียหายของตลับลูกปืน: หลังจากใช้งานเป็นเวลานาน ลูกปืนจะสึกหรอและกรงจะแตก ซึ่งจะทำให้โรเตอร์เกิดการเยื้องศูนย์ เพิ่มความต้านทานการหมุน และทำให้ความเร็วผันผวน ประการที่สอง ช่องว่างอากาศระหว่างอาร์เมเจอร์และสเตเตอร์ที่ไม่เท่ากัน: ความผิดพลาดในการประกอบหรือการสั่นสะเทือนในระยะยาวจะนำไปสู่ช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้การกระจายฟลักซ์แม่เหล็กไม่สมดุล ซึ่งส่งผลต่อเสถียรภาพของแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้า ประการที่สาม ความผันผวนของโหลดที่มากเกินไป: ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงปริมาณการตัดอย่างกะทันหันระหว่างการประมวลผลของเครื่องมือกลและการสะสมของวัสดุในอุปกรณ์ลำเลียงจะทำให้แรงบิดของโหลดมอเตอร์เพิ่มขึ้นทันที และกระแสอาร์เมเจอร์ Ia จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตามสูตรความเร็ว ความเร็วจะลดลงตามไปด้วย ส่งผลให้เกิดความผันผวน
2. ความผิดปกติของระบบไฟฟ้า: วงจรและส่วนประกอบผิดปกติ
ระบบไฟฟ้าเป็นรากฐานพลังงานสำหรับการทำงานของมอเตอร์ และความผิดปกติของระบบส่งผลกระทบโดยตรงต่อเสถียรภาพของพารามิเตอร์ ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดคือปัญหาในวงจรอาร์เมเจอร์ ตัวอย่างเช่น การลัดวงจรระหว่างขดลวดอาร์เมเจอร์จะทำให้ขดลวดเสียหายบางส่วน ลดพื้นที่ตัวนำที่มีประสิทธิภาพ และทำให้ค่า Ia เพิ่มขึ้นและไม่เสถียร การสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน: เนื่องจากการสึกหรอของแปรงถ่าน แรงดันสปริงที่ไม่เพียงพอ หรือการเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวของคอมมิวเตเตอร์ ความต้านทานของหน้าสัมผัสจะผันผวน ทำให้แรงดันไฟฟ้าของอาร์เมเจอร์ U ผันผวน ความผิดพลาดในวงจรกระตุ้นก็มีความสำคัญเช่นกัน ในมอเตอร์กระแสตรงแบบแยกการกระตุ้น วงจรเปิดหรือการสัมผัสที่ไม่ดีของขดลวดกระตุ้นจะทำให้ฟลักซ์แม่เหล็ก Φ ลดลงอย่างรวดเร็ว และความเร็วจะเพิ่มขึ้นทันที (เสี่ยงต่อการเกิด "การวิ่งหนี") ในมอเตอร์แบบแยกการกระตุ้น การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของวงจรกระตุ้นจะทำให้ค่า Φ ไม่เสถียร ซึ่งส่งผลให้ความเร็วผันผวน นอกจากนี้ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน หากแรงดันไฟฟ้าของระบบแหล่งจ่ายไฟไม่เสถียร จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ U โดยตรง และความเร็วก็จะผันผวนตามไปด้วย
3. ปัญหาของระบบควบคุม: ความล้มเหลวในการควบคุมความเร็วและการป้อนกลับ
มอเตอร์กระแสตรงสมัยใหม่ส่วนใหญ่อาศัยระบบควบคุมเพื่อให้สามารถควบคุมความเร็วได้อย่างแม่นยำ และความผิดพลาดในระบบควบคุมจะก่อให้เกิดปัญหาความเร็วโดยตรง ประการแรก ความผิดปกติในอุปกรณ์ควบคุมความเร็ว เช่น ในระบบควบคุมความเร็วไทริสเตอร์ ความผิดพลาดในวงจรทริกเกอร์ทำให้มุมการนำไฟฟ้าของไทริสเตอร์ไม่เสถียรและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าอาร์เมเจอร์ผิดปกติ ประการที่สอง ความผิดพลาดของลิงก์ป้อนกลับ: ความผิดพลาดในเซ็นเซอร์ป้อนกลับความเร็ว (เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบทาโคเจนเนอเรเตอร์ และตัวเข้ารหัส) ทำให้ไม่สามารถรับสัญญาณความเร็วได้อย่างแม่นยำ และระบบควบคุมไม่สามารถปรับเอาต์พุตให้ตรงกับความเร็วจริง ทำให้ความเร็วเบี่ยงเบนไปจากค่าที่ตั้งไว้ ประการที่สาม ข้อบกพร่องในอัลกอริทึมควบคุม: หากพารามิเตอร์ของอัลกอริทึม PID ที่ระบบควบคุมใช้ไม่ได้รับการปรับแต่งอย่างเหมาะสม การตอบสนองในการปรับต่อความผันผวนของความเร็วจะล่าช้าหรือเกินขีดจำกัด และไม่สามารถควบคุมได้อย่างเสถียร
II. โซลูชันที่กำหนดเป้าหมาย
1. ปรับปรุงโครงสร้างเชิงกลเพื่อลดการรบกวนทางกายภาพ
สำหรับความผิดพลาดทางกลไก จำเป็นต้องสร้างกลไกการบำรุงรักษาตามปกติ: ตรวจสอบสถานะการทำงานของตลับลูกปืนเป็นประจำ เปลี่ยนเมื่อพบการสึกหรอหรือมีเสียงผิดปกติ และเติมจารบีหล่อลื่นตามความจำเป็นเพื่อลดแรงต้านแรงเสียดทาน ปรับเทียบอาร์เมเจอร์และสเตเตอร์อย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่ามีช่องว่างอากาศสม่ำเสมอ และควบคุมข้อผิดพลาดอย่างเคร่งครัดในระหว่างการประกอบ เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโหลด เพิ่มอุปกรณ์บัฟเฟอร์ (เช่น คลัตช์ ตัวลด) ที่ปลายโหลดเพื่อหลีกเลี่ยงแรงกระแทกจากโหลดทันที และในเวลาเดียวกัน ให้จับคู่กำลังมอเตอร์กับความต้องการโหลดอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการทำงานเกินโหลด
2. แก้ไขปัญหาระบบไฟฟ้าเพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพด้านพลังงาน
การแก้ไขปัญหาระบบไฟฟ้าควรดำเนินการทีละขั้นตอน: ขั้นแรก ตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟมีเสถียรภาพภายในช่วงที่อนุญาตโดยการติดตั้งเครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า ประการที่สอง ตรวจสอบอาร์เมเจอร์และวงจรกระตุ้น ใช้มัลติมิเตอร์และเมกะโอห์มมิเตอร์เพื่อตรวจจับฉนวนของขดลวด แก้ไขปัญหาไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างรอบและปัญหาวงจรเปิด ขัดคอมมิวเตเตอร์ เปลี่ยนแปรงที่สึกหรอ และปรับแรงดันสปริงเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสที่ดี สุดท้าย ตรวจสอบส่วนประกอบไฟฟ้าเป็นประจำ (เช่น คอนแทคเตอร์ ฟิวส์) และเปลี่ยนส่วนประกอบที่เก่าตามเวลาเพื่อลดความเสี่ยงของความผิดพลาดของวงจร
3. ปรับปรุงระบบควบคุมเพื่อให้บรรลุการควบคุมที่แม่นยำ
การปรับปรุงระบบควบคุมถือเป็นแกนหลักในการแก้ไขปัญหาความเร็วที่ไม่เสถียร โดยปรับเทียบอุปกรณ์ควบคุมความเร็วเป็นประจำ ตรวจสอบส่วนประกอบสำคัญ เช่น วงจรทริกเกอร์และไทริสเตอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าการควบคุมแรงดันอาร์เมเจอร์มีความแม่นยำ เปลี่ยนเซ็นเซอร์ตอบรับความเร็วที่ชำรุด เลือกเซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงกว่าและมีความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่งกว่า (เช่น ตัวเข้ารหัสโฟโตอิเล็กทริก) และเพิ่มความแข็งแกร่งในการติดตั้งและการยึดเซ็นเซอร์เพื่อลดการรบกวนจากการสั่นสะเทือน ปรับปรุงอัลกอริทึมการควบคุม ปรับพารามิเตอร์ PID ผ่านการดีบักในสถานที่เพื่อปรับปรุงความเร็วในการตอบสนองและความแม่นยำในการควบคุมระบบให้สอดคล้องกับความผันผวนของความเร็ว และหากจำเป็น ให้แนะนำอัลกอริทึมการควบคุมแบบปรับตัวเพื่อให้สามารถปรับแบบไดนามิกได้ตามสภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน
III. บทสรุป
ความเร็วที่ไม่เสถียรของมอเตอร์กระแสตรงเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของหลายปัจจัย ได้แก่ กลไก ไฟฟ้า และระบบควบคุม จำเป็นต้องกำหนดแนวทางแก้ไขจากสองมิติ คือ “การบำรุงรักษาฮาร์ดแวร์ + การเพิ่มประสิทธิภาพระบบ” การสร้างกลไกการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ การแก้ไขปัญหาต้นตอของปัญหาอย่างแม่นยำ และการปรับกลยุทธ์การควบคุมให้เหมาะสม จะช่วยปรับปรุงเสถียรภาพความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และรับประกันความน่าเชื่อถือของการผลิตเชิงอุตสาหกรรมและการทำงานของอุปกรณ์ ในทางปฏิบัติ จำเป็นต้องผสมผสานเงื่อนไขเฉพาะต่างๆ เช่น รุ่นมอเตอร์และสภาวะการทำงาน เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แม่นยำและแก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ




