Quais Fatores Afetam a Regulação da Velocidade do Motor DC?

Estabilidade da Tensão e Corrente de Alimentação

A estabilidade da tensão e da corrente de uma fonte de alimentação é fundamental para o controle de velocidade de um motor CC. Um motor CC possui uma fonte de alimentação que fornece energia ao motor e uma tensão. Para um motor CC separadamente excitado, a velocidade é aproximadamente proporcional à tensão do armadura sob corrente de excitação constante. Se a tensão de alimentação for instável, a velocidade do motor CC também será instável, tornando impossível alcançar uma rotação estável. Por exemplo, com uma queda de 10% na tensão de operação, a velocidade do motor CC diminuirá proporcionalmente, afetando o equipamento acionado pelo motor. Além disso, o motor CC não consegue fornecer potência durante o controle de velocidade (ajuste da velocidade) se a corrente for insuficiente devido à falta de energia, especialmente sob condições de carga. Para evitar isso, deve-se utilizar uma fonte de alimentação estabilizada de boa qualidade. Além disso, ela deve corresponder à tensão e corrente nominais do motor CC. A saída da fonte de alimentação deve ser monitorada regularmente com um multímetro para evitar instabilidade de velocidade devido a problemas na fonte de alimentação.

Corrente de Excitação e Força dos Campos Magnéticos

A corrente de excitação é o fator mais importante que afeta a intensidade do campo magnético do motor de corrente contínua. Este fator também é bastante relevante para a regulação da velocidade. No caso dos motores de corrente contínua com enrolamento em derivação (shunt), diminuir a corrente de excitação significa enfraquecer o campo magnético — o que, dentro de uma faixa segura, aumenta a velocidade do motor. Pelo contrário, aumentar a corrente de excitação fortalece o campo magnético e, consequentemente, reduz a velocidade. Além disso, uma corrente de excitação muito baixa enfraquece o campo magnético ao ponto de o motor de corrente contínua poder 'disparar', situação em que a velocidade do motor excede o limite seguro, causando danos consideráveis. Do outro lado da equação, uma quantidade excessiva de corrente de excitação aumenta as perdas no ferro e, portanto, o aquecimento, o que impacta negativamente a eficiência e a vida útil do motor de corrente contínua. Um controlador em funcionamento para a corrente é a melhor maneira de proporcionar uma regulação suave da velocidade. Verificar o enrolamento de excitação antes da operação (para detectar danos ou identificar um curto-circuito no enrolamento de excitação) é obrigatório. Caso exista um curto-circuito parcial no enrolamento de excitação, a regulação da velocidade é afetada negativamente (ou seja, de forma irregular), porque o campo magnético também se tornará irregular.

Tamanho da Carga e Tipo de Carga

O tipo e o tamanho da carga influenciam diretamente o desempenho de um motor DC e sua capacidade de regular a velocidade. Cada motor possui uma capacidade máxima de carga, e quando a carga aplicada ao motor muda, a velocidade irá flutuar. Se a carga for muito grande, o motor DC precisará produzir mais torque de saída para manter sua rotação. Isso provavelmente causará uma queda significativa na velocidade, mesmo que a tensão/corrente de excitação seja ajustada. Por exemplo, quando um motor DC aciona uma esteira transportadora e o número de itens a serem transportados aumenta repentinamente, o motor DC desacelera. Existem também diferentes tipos de cargas, que afetam a capacidade de regulação de velocidade. Por exemplo, cargas de torque constante (como elevadores) exigem que o motor DC mantenha um torque constante mesmo diante de variações na velocidade. Em contraste, cargas de torque variável (como ventiladores) são um tipo de carga em que o torque opera em relação à velocidade. Ao selecionar um motor DC, certifique-se de que o motor seja adequado ao tipo de carga a ser aplicado. Por exemplo, um motor com saída de torque insuficiente levará a uma carga pesada que resultará em uma regulação deficiente da velocidade. Por fim, quando um motor DC estiver em operação, não imponha mudanças bruscas na carga. Isso não é recomendado, pois fará com que o motor DC mude e reajuste continuamente suas saídas. Isso resultará em uma velocidade de rotação pobre e instável e também causará um grande desgaste.

Parâmetros Estruturais do Motor e Qualidade dos Componentes

A qualidade e os parâmetros internos do motor são importantes para uma regulação estável de velocidade. Existem várias partes que afetam a forma como o motor reage aos ajustes de velocidade: resistência da armadura, número de voltas do enrolamento e inércia do rotor. Quando um motor DC possui menor resistência da armadura, há uma queda de tensão menor e a regulação de velocidade pode tornar-se mais sensível e precisa. A quantidade de voltas do enrolamento também afeta a força contra-eletromotriz (back EMF) do motor. Se houver poucas voltas no enrolamento, não haverá uma back EMF estável e a velocidade não será estável. A quantidade de inércia do rotor também é muito importante. Motores DC com menor inércia do rotor podem acelerar ou desacelerar mais rapidamente, melhorando assim a regulação de velocidade. A qualidade dos componentes também é muito importante. Rolamentos mais desgastados significam mais atrito, o que faz com que o motor DC consuma mais energia e o controle de velocidade fique mais difícil. Haverá um aumento de mau contato, o que cria comutadores deficientes e leva a mudanças imprecisas entre velocidades. Por isso, é necessário escolher motores DC que ofereçam uma fabricação de alta precisão e verificar regularmente os componentes principais. Substitua rolamentos desgastados, mantenha os comutadores limpos e sem danos, e certifique-se de que todos os enrolamentos estejam intactos.

Grau de Correspondência para Sistemas de Controle e Regulação de Velocidade

O grau de compatibilidade e o sistema de controle (como um inversor de frequência variável ou controlador PWM) determinam quão bem o sistema regula motores de corrente contínua. As saídas do sistema de controle devem ser altas, estáveis e responder adequadamente aos sinais de controle de entrada. Os sinais de controle devem variar de acordo com o motor. Sistemas de controle deficientes podem apresentar saídas de sinal lentas e resposta lenta. Tal sistema inadequado resulta em velocidade do motor pobre e instável. A inadequação entre o controlador e o motor de corrente contínua é um problema comum. Um controlador com limites de potência inferiores aos do motor de corrente contínua resulta em controle deficiente. Por outro lado, um controlador com uma faixa de potência excessivamente alta pode levar a correntes e velocidades elevadas e instáveis. Um motor de corrente contínua de 1,3 kW deve ser combinado com um controlador de capacidade de potência semelhante para obter o melhor desempenho. Os algoritmos do sistema de controle também influenciam a regulação da velocidade. Algoritmos mais sofisticados podem acomodar mudanças dinâmicas na velocidade em resposta a cargas variáveis. Os sistemas de controle devem ser diretamente calibrados e o software do sistema atualizado, caso não seja novo, para minimizar o atraso nos sinais de controle do sistema. Certifique-se de que a fiação entre o controlador e o motor de corrente contínua esteja bem apertada para evitar interferência de sinal ou perda de corrente.