Quels facteurs influencent la régulation de la vitesse des moteurs à courant continu ?

Stabilité de la tension et du courant d'alimentation

La stabilité de la tension et du courant fournis par une alimentation est cruciale pour la commande de vitesse d'un moteur à courant continu. Un moteur à courant continu dispose d'une alimentation qui fournit de l'énergie au moteur ainsi qu'une tension. Pour un moteur à courant continu à excitation séparée, la vitesse est approximativement proportionnelle à la tension d'induit sous un courant d'excitation constant. Si la tension fournie est instable, la vitesse du moteur à courant continu le sera également, rendant impossible une rotation stable. Par exemple, avec une chute de tension de fonctionnement de 10 %, la vitesse du moteur à courant continu diminuera proportionnellement, ce qui affecte l'équipement entraîné par le moteur. De plus, le moteur à courant continu ne peut pas fournir la puissance nécessaire lors du réglage de vitesse si le courant est insuffisant en raison d'une alimentation insuffisante, particulièrement en conditions de charge. Pour éviter cela, une alimentation stabilisée de bonne qualité doit être utilisée. En outre, celle-ci doit correspondre à la tension et au courant nominaux du moteur à courant continu. La sortie de l'alimentation doit être surveillée régulièrement à l'aide d'un multimètre afin d'éviter une instabilité de vitesse due à des problèmes d'alimentation.

Courant d'excitation et intensité des champs magnétiques

Le courant d'excitation est le facteur le plus important influençant l'intensité du champ magnétique du moteur à courant continu. Ce facteur est également très important pour la régulation de la vitesse. Dans le cas des moteurs à courant continu à enroulement parallèle, diminuer le courant d'excitation affaiblit le champ magnétique, ce qui, dans une plage sûre, augmente la vitesse du moteur. Au contraire, augmenter le courant d'excitation renforce le champ magnétique et, par conséquent, diminue la vitesse. En outre, un courant d'excitation trop faible affaiblit le champ magnétique au point que le moteur à courant continu peut « s'emballer », c'est-à-dire que la vitesse du moteur dépasse la limite de sécurité, ce qui est extrêmement dommageable. À l'opposé, un courant d'excitation excessif accroît les pertes ferromagnétiques et donc la chaleur, ce qui nuit à l'efficacité et à la durée de vie du moteur à courant continu. Un contrôleur en fonctionnement pour le courant est la meilleure manière d'assurer une régulation fluide de la vitesse. Vérifier l'enroulement d'excitation avant la mise en marche (pour détecter d'éventuels dommages ou un court-circuit dans l'enroulement d'excitation) est obligatoire. En cas de court-circuit partiel dans l'enroulement d'excitation, la régulation de la vitesse est affectée négativement (c'est-à-dire de manière irrégulière), car le champ magnétique devient également irrégulier.

Taille de la charge et type de chargement

Le type et la taille de la charge influencent directement les performances d'un moteur à courant continu et sa capacité à réguler la vitesse. Chaque moteur possède une capacité de charge maximale, et lorsque la charge appliquée au moteur change, la vitesse fluctue. Si la charge est trop importante, le moteur à courant continu devra produire plus de couple pour maintenir sa rotation. Cela entraînera probablement une chute importante de la vitesse, même si l'excitation en tension/courant est ajustée. Par exemple, lorsqu'un moteur à courant continu alimente un convoyeur, et que le nombre d'objets à transporter augmente soudainement, le moteur ralentit. Il existe également différents types de charges, qui affectent la capacité à réguler la vitesse. Par exemple, les charges à couple constant (comme les ascenseurs) exigent que le moteur à courant continu maintienne un couple constant même lorsque la vitesse varie. En revanche, les charges à couple variable (comme les ventilateurs) sont des charges dans lesquelles le couple évolue en fonction de la vitesse. Lors du choix d'un moteur à courant continu, assurez-vous que le moteur convient au type de charge à appliquer. Par exemple, un moteur dont la sortie en couple est insuffisante entraînera une surcharge qui se traduira par une mauvaise régulation de vitesse. Enfin, lorsqu'un moteur à courant continu est en fonctionnement, n'imposez pas brusquement de grandes variations de charge. Cela est déconseillé, car cela oblige le moteur à modifier et réajuster continuellement ses sorties. Cela entraîne une vitesse de rotation médiocre et instable, ainsi qu'une usure importante.

Paramètres structurels du moteur et qualité des composants

La qualité et les paramètres internes du moteur sont importants pour une régulation stable de la vitesse. Plusieurs composants influencent la réaction du moteur aux ajustements de vitesse : la résistance de l'armature, le nombre de spires d'enroulement et l'inertie du rotor. Lorsqu'un moteur à courant continu présente une résistance d'armature plus faible, la chute de tension est réduite et la régulation de vitesse peut devenir plus sensible et précise. Le nombre de spires d'enroulement affecte également la force contre-électromotrice (FCEM) du moteur. En cas d'enroulement insuffisant, la FCEM ne sera pas stable et la vitesse ne le sera pas davantage. L'inertie du rotor est également très importante. Les moteurs à courant continu dotés d'une inertie de rotor plus faible peuvent accélérer ou décélérer plus rapidement, ce qui améliove davantage la régulation de vitesse. La qualité des composants est également cruciale. Des roulements plus usés entraînent plus de friction, ce qui signifie que le moteur à courant continu consommera davantage d'énergie et que la commande de vitesse sera plus difficile. Il y aura une augmentation de mauvais contacts, ce qui crée de mauvais commutateurs et entraîne de mauvais changements intermédiaires de vitesse. Pour cette raison, vous devez choisir des moteurs à courant continu offrant une fabrication de haute précision et vérifier régulièrement les composants essentiels. Remplacez les roulements usés, maintenez les commutateurs propres et non endommagés, et assurez-vous que tous les enroulements sont bien en place.

Degré de correspondance des systèmes de contrôle et de régulation de vitesse

Le degré d'adéquation et le système de contrôle (comme un variateur de fréquence ou un contrôleur PWM) déterminent la qualité avec laquelle le système régule les moteurs à courant continu. Les sorties du système de contrôle doivent être élevées, stables et réagir correctement aux signaux d'entrée de commande. Les signaux de commande doivent varier en fonction du moteur. Les mauvais systèmes de contrôle peuvent présenter des sorties de signal lentes et une réponse lente. Un tel système médiocre entraîne une vitesse de moteur instable et médiocre. Un mauvais appariement entre le contrôleur et le moteur à courant continu constitue un problème fréquent. Un contrôleur ayant des limites de puissance inférieures à celles du moteur à courant continu entraîne un contrôle insuffisant. En revanche, un contrôleur doté d'une plage de puissance trop élevée peut provoquer des courants et des vitesses élevés et instables. Un moteur à courant continu de 1,3 kW doit être jumelé à un contrôleur de capacité de puissance similaire pour un rendement optimal. Les algorithmes du système de contrôle influencent également la régulation de vitesse. Des algorithmes plus sophistiqués peuvent s'adapter aux changements dynamiques de vitesse en réponse à une charge variable. Les systèmes de contrôle doivent être directement étalonnés, et le logiciel du système mis à jour, s'il n'est pas neuf, afin de minimiser le retard des signaux de commande dans le système. Veillez à ce que le câblage entre le contrôleur et le moteur à courant continu soit bien serré afin d'éviter les interférences de signal ou la perte de courant.