Hvilke faktorer påvirker hastighedsreguleringen af DC-motorer?

Stabilitet i spænding og strøm for strømforsyningen

Stabiliteten af spænding og strøm fra en strømforsyning er afgørende for hastighedsreguleringen af en jævnstrømsmotor. En jævnstrømsmotor har en strømforsyning, der leverer energi til motoren samt en spænding. For en separat exciteret jævnstrømsmotor er hastigheden omtrent proportional med armatur-spændingen ved konstant exciteringsstrøm. Hvis forsynings-spændingen er ustabil, vil motorens hastighed ligeledes være ustabil, hvilket gør det umuligt at opnå stabil rotation. For eksempel vil en 10 % fald i driftsspænding resultere i et tilsvarende fald i motorens hastighed, hvilket påvirker udstyret, der bliver drevet af motoren. Desuden er jævnstrømsmotoren ikke i stand til at levere effekt under hastighedsregulering (justering af hastighed), hvis strømmen er utilstrækkelig på grund af mangel på effekt, især under belastningsforhold. For at forhindre dette bør en højkvalitets stabiliseret strømforsyning anvendes. Desuden skal strømforsyningen svare til den jævnstrømsmotorens mærkespænding og mærkestrøm. Strømforsyningens output bør regelmæssigt overvåges med et multimeter for at undgå hastighedsustabilitet forårsaget af strømforsyningsproblemer.

Excitation Current og Styrke af Magnetfelter

Eksitationsstrøm er den vigtigste faktor, der påvirker styrken af det magnetiske felt i en jævnstrømsmotor. Denne faktor er også meget vigtig for hastighedsreguleringen. I tilfælde af en parallelviklet jævnstrømsmotor vil en nedsættelse af eksitationsstrømmen svække det magnetiske felt – hvilket inden for et sikkert område øger motorens omdrejningstal. Omvendt vil en forøgelse af eksitationsstrømmen forstærke det magnetiske felt og dermed mindske hastigheden. Desuden kan for lidt eksitationsstrøm svække det magnetiske felt så meget, at jævnstrømsmotoren kan 'løbe løbsk', hvor motorens hastighed overskrider den sikre grænse, hvilket er yderst skadeligt. På den anden side vil for meget eksitationsstrøm øge jerntabet og dermed varmen, hvilket negativt påvirker effektiviteten og levetiden for jævnstrømsmotoren. En strømstyret regulator er den bedste måde at opnå jævn hastighedsregulering på. Det er obligatorisk at undersøge eksitationsviklingen før start (for at opdage skader eller kortslutning til eksitationsviklingen). Hvis der foreligger en delvis kortslutning i eksitationsviklingen, påvirkes hastighedsreguleringen negativt (dvs. uregelmæssigt), fordi det magnetiske felt også bliver uregelmæssigt.

Laststørrelse og Lasttype

Type og størrelse af belastning påvirker direkte en DC-motors ydelse og evne til at regulere hastighed. Hver motor har en maksimal belastningskapacitet, og når den påførte belastning ændrer sig, vil hastigheden svinge. Hvis belastningen er for stor, skal DC-motoren levere mere drejmoment for at opretholde rotationen. Dette vil sandsynligvis medføre et markant fald i hastighed, selv om spænding/strøm excitation justeres. For eksempel, når en DC-motor driver et transportbånd, og antallet af varer, der skal transporteres, pludseligt stiger, vil DC-motoren køre langsommere. Der findes også forskellige typer belastninger, som påvirker evnen til hastighedsregulering. For eksempel kræver belastninger med konstant drejmoment (som elevatorer), at DC-motoren opretholder et konstant drejmoment, selv når hastigheden ændrer sig. I modsætning hertil er variabelt drejmoment (som f.eks. ventilatorer) en type belastning, hvor drejmomentet varierer i forhold til hastigheden. Ved valg af en DC-motor skal man sikre, at motoren er egnet til den påtænkte belastningstype. En motor med utilstrækkeligt drejmoment vil for eksempel medføre, at en tung belastning resulterer i dårlig hastighedsregulering. Endelig bør man undgå pludselige store ændringer i belastning, mens en DC-motor kører. Det er ikke hensigtsmæssigt, da det får motoren til løbende at skifte og genjustere sine ydelser. Dette resulterer i dårlig og ustabil omdrejningshastighed og giver samtidig anledning til betydelig slid.

Motorstrukturparametre og komponentkvalitet

Motorkvalitet og interne parametre er vigtige for stabil hastighedsregulering. Der er flere dele, der påvirker, hvordan motoren reagerer på hastighedsjusteringer: armaturmodstand, viklingsomdrejninger og rotorinerti. Når en jævnstrømsmotor har lavere armaturmodstand, er spændingstabene mindre, og hastighedsreguleringen kan blive mere følsom og præcis. Mængden af viklingsomdrejninger påvirker også motorens modvirkende elektromotoriske kraft (back EMF). Hvis der er for lidt vikling, vil der ikke være en stabil back EMF, og hastigheden vil ikke være stabil. Mængden af rotorinerti er ligeledes meget vigtig. Jævnstrømsmotorer med mindre rotorinerti kan accelerere eller decelerere mere og dermed forbedre hastighedsreguleringen yderligere. Komponentkvalitet er også meget vigtig. Jo mere slidte lejer, jo mere friktion, hvilket betyder, at jævnstrømsmotoren kræver mere energi, og hastighedsstyringen bliver sværere. Dette medfører øget risiko for dårlig kontakt, hvilket skaber dårlige kommutatorer, og det resulterer i ustabile hastighedsændringer. På grund af dette skal du vælge jævnstrømsmotorer med høj præcisionsfremstilling og regelmæssigt kontrollere kernekompontenter. Udskift slidte lejer, hold kommutatorerne rene og ubeskadigede, og sørg for, at alle viklinger er til stede.

Grad af overensstemmelse for styresystemer og hastighedsregulering

Grad af matchning og styresystem (som en variabel frekvensdrevet eller PWM-controller) afgør, hvor godt systemet regulerer jævnstrømsmotorer. Styresystemets output bør være højt, stabilt og svare til de indgående styresignaler. Styresignaler bør variere i overensstemmelse med motoren. Dårlige styresystemer kan vise langsomme signaleffekter og langsom respons. Et sådant dårligt system resulterer i dårlig og ustabil motors hastighed. Ukorrekt matchning mellem controller og jævnstrømsmotor er et almindeligt problem. En controller med lavere effektgrænse end jævnstrømsmotoren resulterer i dårlig regulering. Omvendt kan en controller med for høj effektområde føre til høje og ustabile strømme og hastighed. En 1,3 kW jævnstrømsmotor bør kombineres med en controller af tilsvarende effektkapacitet for bedste ydelse. Algoritmer i styresystemet påvirker også hastighedsreguleringen. Mere avancerede algoritmer kan tilpasse sig dynamiske ændringer i hastighed som reaktion på ændrende belastning. Styresystemer bør kalibreres direkte, og systemsoftwaren opdateres, hvis den ikke er ny, for at minimere forsinkelser i styresignalerne i systemet. Sørg for, at forbindelsen mellem controller og jævnstrømsmotor er fast, for at undgå signalstøj eller tab af strøm.