Quali fattori influenzano la regolazione della velocità del motore DC?

Stabilità della Tensione e della Corrente di Alimentazione

La stabilità della tensione e della corrente fornita da un'alimentazione è fondamentale per il controllo della velocità di un motore in corrente continua. Un motore in corrente continua ha un'alimentazione che fornisce energia al motore e una tensione. In un motore a eccitazione separata, la velocità è approssimativamente proporzionale alla tensione d'armatura a parità di corrente di eccitazione. Se la tensione di alimentazione non è stabile, la velocità del motore in corrente continua risulterà instabile, rendendo impossibile ottenere una rotazione costante. Ad esempio, con un calo del 10% della tensione operativa, la velocità del motore in corrente continua diminuirà in modo proporzionale, influenzando negativamente l'equipaggiamento azionato dal motore. Inoltre, il motore in corrente continua non è in grado di erogare potenza durante la regolazione della velocità (modifica della velocità) se la corrente è insufficiente a causa di una carenza di alimentazione, specialmente in condizioni di carico. Per evitare ciò, si dovrebbe utilizzare un'alimentazione stabilizzata di buona qualità. Inoltre, essa deve corrispondere alla tensione e alla corrente nominale del motore in corrente continua. L'uscita dell'alimentazione dovrebbe essere monitorata regolarmente con un multimetro per evitare instabilità di velocità dovute a problemi dell'alimentazione.

Corrente di eccitazione e intensità dei campi magnetici

La corrente di eccitazione è il fattore più importante che influenza l'intensità del campo magnetico del motore in corrente continua. Questo fattore è altresì molto importante per la regolazione della velocità. Nel caso dei motori in corrente continua con avvolgimento deriva, ridurre la corrente di eccitazione significa indebolire il campo magnetico — il che, entro un intervallo sicuro, aumenta la velocità del motore. Al contrario, aumentare la corrente di eccitazione rafforza il campo magnetico e quindi riduce la velocità. Inoltre, una corrente di eccitazione troppo bassa indebolisce il campo magnetico al punto che il motore in corrente continua può andare in "fuga", ovvero la velocità del motore supera il limite di sicurezza, causando danni gravissimi. All'estremo opposto, una corrente di eccitazione eccessiva aumenta le perdite nel ferro e di conseguenza il calore, con effetti negativi sull'efficienza e sulla durata del motore in corrente continua. Un regolatore in funzione per la corrente è il modo migliore per ottenere una regolazione uniforme della velocità. È obbligatorio esaminare l'avvolgimento di eccitazione prima dell'avviamento (per rilevare eventuali danni o un cortocircuito nell'avvolgimento di eccitazione). Nel caso in cui si verifichi un cortocircuito parziale nell'avvolgimento di eccitazione, la regolazione della velocità risulta compromessa negativamente (ovvero in modo irregolare), poiché anche il campo magnetico diventerà irregolare.

Dimensione del Carico e Tipo di Carico

Il tipo e la dimensione del carico influenzano direttamente le prestazioni di un motore in corrente continua e la sua capacità di regolare la velocità. Ogni motore ha una capacità massima di carico e, quando il carico applicato al motore cambia, la velocità fluttua. Se il carico è troppo elevato, il motore in corrente continua dovrà produrre una coppia maggiore per mantenere la rotazione. Ciò provocherà probabilmente una significativa riduzione della velocità, anche se si regola l'eccitazione di tensione/corrente. Ad esempio, quando un motore in corrente continua aziona un nastro trasportatore e il numero di oggetti da trasportare aumenta improvvisamente, il motore rallenterà. Esistono inoltre diversi tipi di carico, che influiscono sulla capacità di regolazione della velocità. Ad esempio, i carichi a coppia costante (come gli ascensori) richiedono che il motore in corrente continua mantenga una coppia costante anche in presenza di variazioni di velocità. Al contrario, i carichi a coppia variabile (come i ventilatori) sono un tipo di carico in cui la coppia varia in relazione alla velocità. Nella scelta di un motore in corrente continua, assicurarsi che il motore sia adatto al tipo di carico da applicare. Ad esempio, un motore con una coppia insufficiente porterà a un carico eccessivo che comporterà una scarsa regolazione della velocità. Infine, durante il funzionamento di un motore in corrente continua, evitare di applicare bruscamente grandi variazioni di carico. Questo non è consigliabile, poiché costringerà il motore a modificare e riassestare continuamente le proprie uscite, causando una velocità di rotazione instabile e scarsa, oltre a un notevole aumento dell'usura.

Parametri Strutturali del Motore e Qualità dei Componenti

La qualità del motore e i parametri interni sono importanti per una regolazione stabile della velocità. Esistono diverse parti che influenzano il modo in cui il motore reagisce alle regolazioni di velocità: la resistenza dell'armatura, le spire dell'avvolgimento e l'inerzia del rotore. Quando un motore in corrente continua presenta una minore resistenza dell'armatura, si ha una minore caduta di tensione e la regolazione della velocità può diventare più sensibile e precisa. La quantità di spire dell'avvolgimento influenza anche la forza contro-elettromotrice (back EMF) del motore. Se vi è una carenza di avvolgimenti, non si avrà una back EMF stabile e la velocità non sarà costante. Anche la quantità di inerzia del rotore è molto importante. I motori in corrente continua con un'inerzia del rotore più ridotta possono accelerare o decelerare maggiormente e quindi migliorare ulteriormente la regolazione della velocità. La qualità dei componenti è altrettanto fondamentale. Cuscinetti più usurati comportano maggiore attrito, il che significa che il motore in corrente continua dovrà sforzarsi di più e il controllo della velocità risulterà più difficile. Si verificherà un aumento di contatti difettosi, che creano commutatori inefficienti e ciò porterà a scambi imprecisi tra le diverse velocità. Per questo motivo, è necessario scegliere motori in corrente continua che garantiscano una produzione ad alta precisione e controllare periodicamente i componenti principali. Sostituire i cuscinetti usurati, mantenere i commutatori puliti e non danneggiati e assicurarsi che tutti gli avvolgimenti siano presenti.

Grado di corrispondenza per i sistemi di controllo e regolazione della velocità

Il grado di corrispondenza e il sistema di controllo (come un azionamento a frequenza variabile o un controller PWM) determinano quanto efficacemente il sistema regola i motori in corrente continua. Gli output del sistema di controllo devono essere elevati, stabili e rispondere correttamente ai segnali di controllo in ingresso. I segnali di controllo devono variare in base al motore. Sistemi di controllo scadenti possono presentare output lenti e una risposta ritardata. Un simile sistema inefficiente provoca una velocità del motore scarsa e instabile. Una corrispondenza impropria tra controller e motore in corrente continua è un problema comune. Un controller con limiti di potenza inferiori rispetto al motore in corrente continua comporta un controllo inefficace. D'altro canto, un controller con un intervallo di potenza troppo elevato può causare correnti e velocità elevate e instabili. Un motore in corrente continua da 1,3 kW dovrebbe essere abbinato a un controller con capacità di potenza simile per ottenere le migliori prestazioni. Anche gli algoritmi del sistema di controllo influenzano la regolazione della velocità. Algoritmi più sofisticati possono adattarsi a variazioni dinamiche della velocità in risposta a carichi variabili. I sistemi di controllo devono essere calibrati direttamente e il software del sistema aggiornato, se non è nuovo, per ridurre al minimo i ritardi nei segnali di controllo. Assicurarsi che il cablaggio tra controller e motore in corrente continua sia stretto per evitare interferenze nei segnali o perdita di corrente.