ความเร็วรอบที่ไม่คงที่ของมอเตอร์กระแสตรงเกิดจากปัจจัยที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับหลายส่วน เช่น แหล่งจ่ายไฟ กลไก แม่เหล็กไฟฟ้า และการควบคุม สาเหตุเฉพาะและแนวทางแก้ไขมีดังต่อไปนี้:
I. ความผิดปกติของแหล่งจ่ายไฟและระบบจ่ายไฟ: “ความล้มเหลวของแหล่งจ่ายพลังงาน”
ความเร็วรอบของมอเตอร์กระแสตรงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าของขดลวดอาร์มาเจอร์ (ตามสูตร n=(U-IaRa)/(CeΦ) โดยที่ n คือความเร็วรอบ, U คือแรงดันไฟฟ้าของขดลวดอาร์มาเจอร์, Ia คือกระแสไฟฟ้าของขดลวดอาร์มาเจอร์, Ra คือความต้านทานของขดลวดอาร์มาเจอร์, Ce คือค่าคงที่ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า และ Φ คือฟลักซ์กระตุ้น) ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าหรือความผิดปกติของกระแสไฟฟ้าในระบบจ่ายไฟเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ความเร็วรอบไม่คงที่
ปัญหาที่พบได้ทั่วไป ได้แก่: แรงดันไฟฟ้าขาเข้าผันผวนเกิน ±10% เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของโหลดในโครงข่ายไฟฟ้า; เส้นผ่านศูนย์กลางของสายไฟเล็กเกินไป ทำให้เกิดการสูญเสียในสายมากเกินไปเมื่อกระแสไฟฟ้าสูง ส่งผลให้เกิด "แรงดันตก"; ตัวเก็บประจุตัวกรองของแหล่งจ่ายไฟเสื่อมสภาพและเสียหาย ไม่สามารถกรองคลื่นรบกวน AC ได้ ทำให้ขดลวดอาร์มาเจอร์ได้รับแรงดันไฟฟ้าแบบเป็นจังหวะ ตัวอย่างเช่น หากมอเตอร์ DC ขนาดเล็กใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งคุณภาพต่ำ จะเกิดการสั่นไหวของความเร็วในการหมุนอย่างเห็นได้ชัดเมื่อค่าสัมประสิทธิ์คลื่นรบกวนเกิน 5%
แนวทางแก้ไข: ให้ความสำคัญกับการเลือกใช้แหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นหรือแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งความถี่สูงที่มีความแม่นยำในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าภายใน ±0.5% เพื่อให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าของขดลวดอาร์มาเจอร์มีความเสถียร เลือกใช้สายไฟแกนทองแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงพอตามกระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ และควบคุมแรงดันตกคร่อมสายไฟให้อยู่ภายใน 0.5V ตรวจสอบค่าความจุของตัวเก็บประจุตัวกรองของแหล่งจ่ายไฟเป็นประจำ เปลี่ยนชิ้นส่วนที่เสื่อมสภาพและชำรุด และหากจำเป็น ให้เพิ่มวงจรกรองรองเพื่อปรับปรุงความบริสุทธิ์ของแหล่งจ่ายไฟ
II. ข้อบกพร่องของโครงสร้างเชิงกล: “สิ่งกีดขวางทางกายภาพ” ในระบบส่งกำลัง
การสึกหรอ การติดขัด หรือความคลาดเคลื่อนในการประกอบชิ้นส่วนทางกล จะทำให้มอเตอร์รับภาระไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ความเร็วรอบผันผวน ปัญหาหลักๆ ได้แก่: น้ำมันหล่อลื่นไม่เพียงพอและการสึกหรอของแบริ่งทำให้แรงบิดเสียดทานผันผวน และในกรณีที่รุนแรง อาจเกิดปรากฏการณ์ "การกวาดรู" (แรงเสียดทานระหว่างอาร์มาเจอร์และสเตเตอร์); ชิ้นส่วนส่งกำลัง เช่น ข้อต่อและรอก ติดตั้งเยื้องศูนย์ ทำให้เกิดแรงรัศมีเป็นระยะ; ปลายโหลดติดขัด (เช่น วาล์วติดขัด การเข้าเกียร์ไม่ดี) ส่งผลให้แรงบิดโหลดเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน
ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ขับเคลื่อนสายพานลำเลียง หากความคลาดเคลื่อนของความขนานของรอกเกิน 0.1 มม./เมตร แรงตึงของสายพานจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ และความเร็วรอบของมอเตอร์จะผันผวนตามไปด้วย แนวทางแก้ไข: จัดตั้งกลไกการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ หล่อลื่นตลับลูกปืนทุกๆ 2000 ชั่วโมงการทำงาน และเปลี่ยนตลับลูกปืนให้ตรงเวลาเมื่อการสึกหรอเกินมาตรฐาน ใช้เครื่องวัดความเที่ยงตรง (dial indicator) ในการสอบเทียบความตรงแกนและความขนานของชิ้นส่วนส่งกำลัง และควบคุมความคลาดเคลื่อนให้อยู่ภายใน 0.05 มม. ติดตั้งเซ็นเซอร์วัดแรงบิดที่ปลายด้านรับน้ำหนักเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักบรรทุกแบบเรียลไทม์และหลีกเลี่ยงการทำงานเกินกำลัง
III. ข้อบกพร่องของตัวมอเตอร์และระบบแม่เหล็กไฟฟ้า: “ประสิทธิภาพการทำงานลดลง” ของระบบขับเคลื่อนหลัก
ความผิดปกติในวงจรแม่เหล็กไฟฟ้าภายในหรือส่วนประกอบโครงสร้างของมอเตอร์จะส่งผลเสียโดยตรงต่อความเสถียรของความเร็วในการหมุน โดยส่วนใหญ่จะแสดงออกมาในรูปแบบต่างๆ ดังนี้: การเสื่อมสภาพของฉนวนขดลวดอาร์มาเจอร์ทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างขดลวด ส่งผลให้ความต้านทานอาร์มาเจอร์ Ra ลดลง กระแส Ia เพิ่มขึ้น และความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติ; วงจรเปิดหรือการสัมผัสที่ไม่ดีของขดลวดกระตุ้นทำให้ฟลักซ์กระตุ้น Φ ลดลงและความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (เสี่ยงต่อการเกิด “การหมุนเร็วเกินควบคุม”); การสึกหรอของพื้นผิวคอมมิวเทเตอร์หรือการสัมผัสที่ไม่ดีของแปรงถ่านทำให้กระแสอาร์มาเจอร์ไม่ต่อเนื่อง ส่งผลให้ความเร็วในการหมุนเกิดการกระเพื่อม
เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว จำเป็นต้องใช้วิธีการทดสอบแบบมืออาชีพเพื่อระบุตำแหน่งของข้อบกพร่อง: ใช้เมกะโอห์มมิเตอร์ตรวจวัดความต้านทานฉนวนของขดลวดอาร์มาเจอร์ และทำการเคลือบสีใหม่เพื่อปรับปรุงฉนวนหากค่าต่ำกว่า 0.5MΩ; วัดการเปิด-ปิดของขดลวดกระตุ้นด้วยมัลติมิเตอร์ และขัดแผงขั้วต่อและขันให้แน่นเมื่อการสัมผัสไม่ดี; ขัดพื้นผิวคอมมิวเทเตอร์ด้วยกระดาษทรายละเอียดเป็นประจำ ปรับแรงกดของแปรงถ่าน (โดยปกติ 0.15-0.25MPa) และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่สัมผัสเกิน 90%
IV. ความล้มเหลวของวงจรควบคุมและระบบป้อนกลับ: “การขาดตอนของวงจรปิด” ในการควบคุมความเร็วรอบ
มอเตอร์กระแสตรงสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การควบคุมแบบวงปิด PID สัญญาณป้อนกลับความเร็วรอบที่ผิดปกติหรือพารามิเตอร์ตัวควบคุมที่ไม่ตรงกันจะนำไปสู่ความล้มเหลวในการควบคุม ปัญหาที่พบบ่อย ได้แก่: การติดตั้งเซ็นเซอร์ความเร็วรอบ (เช่น ตัวเข้ารหัสและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบทาโค) ที่ไม่แน่นหนาทำให้เกิดการสูญเสียพัลส์ของสัญญาณป้อนกลับ การตั้งค่าพารามิเตอร์ PID ของตัวควบคุมที่ไม่เหมาะสม ค่าเกนสัดส่วนที่มากเกินไปมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่น และเวลาอินทิกรัลที่นานเกินไปทำให้เกิดความล่าช้าในการตอบสนอง ความเสียหายต่อส่วนประกอบต่างๆ เช่น รีเลย์และไทริสเตอร์ในวงจรควบคุมนำไปสู่ความล้มเหลวในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของอาร์มาเจอร์
แนวทางแก้ไข: ยึดเซ็นเซอร์วัดความเร็วรอบด้วยโครงสร้างป้องกันการคลายตัว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายส่งสัญญาณมีการป้องกันที่ดีเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ปรับพารามิเตอร์ PID ใหม่โดยใช้วิธี "เส้นโค้งการลดทอน" เพื่อให้ความเร็วในการตอบสนองของระบบมีความเสถียร ตรวจสอบการเปิด-ปิดวงจรควบคุมเป็นประจำ เปลี่ยนชิ้นส่วนที่เสียหาย และหากจำเป็น ให้เพิ่มโมดูลควบคุมสำรองเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ
โดยสรุป การแก้ปัญหาความเร็วรอบที่ไม่เสถียรของมอเตอร์กระแสตรงจำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักการ “การตรวจสอบแหล่งที่มาและการประมวลผลแบบลำดับชั้น” โดยตรวจสอบอย่างครอบคลุมจากสี่มิติ ได้แก่ แหล่งจ่ายไฟ เครื่องจักร แม่เหล็กไฟฟ้า และการควบคุม กำหนดแนวทางแก้ไขที่ตรงเป้าหมายตามสภาวะการทำงานของมอเตอร์ และสร้างกลไกการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของความเร็วรอบและปรับปรุงคุณภาพการทำงานของอุปกรณ์อย่างแท้จริง




