Động cơ DC ASLONG 25 Series: Nghiên cứu tình huống về vấn đề và giải pháp

I. Nhận diện vấn đề

• Động cơ quá nhiệt: Động cơ có xu hướng quá nhiệt khi hoạt động dưới tải cao hoặc trong thời gian dài, điều này không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn có thể dẫn đến hư hỏng động cơ.
• Độ chính xác điều khiển tốc độ không đủ: Trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ chính xác, chẳng hạn như chuyển động khớp robot hoặc lập kế hoạch đường đi của xe thông minh, độ chính xác điều khiển tốc độ của động cơ không đủ cao, dẫn đến dao động tốc độ.
• Tuổi thọ động cơ ngắn: Trong điều kiện chu kỳ khởi động - dừng thường xuyên hoặc hoạt động dưới tải cao, tuổi thọ của động cơ tương đối ngắn, đòi hỏi phải thay thế thường xuyên.

II. Phân tích vấn đề

1. Động cơ quá nhiệt
   • Nguyên nhân: Khi động cơ hoạt động dưới tải cao, điện trở của các cuộn dây bên trong tạo ra nhiệt. Tản nhiệt kém có thể làm trầm trọng thêm tình trạng quá nhiệt. Ngoài ra, ma sát của ổ trục bên trong cũng tạo ra nhiệt. Nếu thiết kế tản nhiệt không hợp lý, nhiệt không thể tản ra kịp thời, dẫn đến nhiệt độ động cơ tăng cao.
   • Ảnh hưởng: Quá nhiệt của động cơ có thể làm cho vật liệu cách điện của các cuộn dây bị lão hóa, làm giảm hiệu suất cách điện của động cơ và có khả năng gây ra đoản mạch dẫn đến hư hỏng động cơ. Hơn nữa, nhiệt độ cao cũng có thể làm giảm hiệu suất của động cơ và tăng mức tiêu thụ năng lượng.
2. Độ chính xác điều khiển tốc độ không đủ
   • Nguyên nhân: Độ chính xác của việc điều khiển tốc độ động cơ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế của hệ thống điều khiển, đặc tính cơ học của động cơ và sự thay đổi tải. Nếu tốc độ phản hồi của hệ thống điều khiển không đủ nhanh hoặc nếu quán tính cơ học của động cơ quá lớn, độ chính xác của việc điều khiển tốc độ có thể bị ảnh hưởng.
   • Ảnh hưởng: Trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ chính xác, chẳng hạn như chuyển động khớp robot hoặc lập kế hoạch đường đi của xe thông minh, độ chính xác không đủ trong việc điều khiển tốc độ có thể dẫn đến giảm độ chính xác và độ tin cậy trong vận hành của thiết bị.
3. Tuổi thọ động cơ ngắn
   • Nguyên nhân: Tuổi thọ của động cơ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như mòn chổi than, mỏi ổ trục và lão hóa cuộn dây. Trong điều kiện chu kỳ khởi động - dừng thường xuyên hoặc hoạt động dưới tải cao, tốc độ mòn hoặc lão hóa của các bộ phận này có thể tăng nhanh, do đó làm giảm tuổi thọ của động cơ.
   • Ảnh hưởng: Tuổi thọ động cơ ngắn làm tăng chi phí bảo trì của thiết bị, giảm độ tin cậy và ổn định của nó, đồng thời ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.

III. Giải pháp

1. Giải pháp cho vấn đề quá nhiệt động cơ
   • Thiết kế tản nhiệt cải tiến: Tối ưu hóa cấu trúc tản nhiệt của động cơ bằng cách tăng diện tích bề mặt của bộ tản nhiệt hoặc sử dụng các vật liệu tản nhiệt hiệu quả hơn để tăng cường hiệu quả làm mát. Ví dụ, việc sử dụng bộ tản nhiệt nhôm có thể tăng hiệu quả diện tích làm mát và giảm nhiệt độ động cơ.
   • Thiết kế cuộn dây tối ưu hóa: Chọn vật liệu cách điện có xếp hạng chịu nhiệt cao hơn để cải thiện độ ổn định nhiệt của cuộn dây và kéo dài tuổi thọ của chúng.
   • Thêm cảm biến nhiệt độ: Lắp đặt cảm biến nhiệt độ bên trong động cơ để theo dõi nhiệt độ của nó trong thời gian thực. Khi nhiệt độ vượt quá giá trị đặt trước, tự động kích hoạt quạt làm mát hoặc giảm công suất động cơ để ngăn quá nhiệt.
2. Giải pháp cho vấn đề độ chính xác điều khiển tốc độ không đủ
   • Thuật toán điều khiển tối ưu hóa: Triển khai các thuật toán điều khiển vector hoặc điều khiển mô-men xoắn trực tiếp tiên tiến để cải thiện độ chính xác và tốc độ phản hồi của việc điều khiển tốc độ động cơ. Các thuật toán này có thể điều chỉnh chính xác tốc độ và mô-men xoắn của động cơ dựa trên điều kiện hoạt động theo thời gian thực của nó.
   • Cơ chế phản hồi: Giới thiệu bộ mã hóa hoặc cảm biến Hall vào hệ thống động cơ để theo dõi tốc độ và vị trí của động cơ trong thời gian thực. Điều chỉnh trạng thái hoạt động của động cơ thông qua điều khiển dựa trên phản hồi để đảm bảo độ chính xác của việc điều khiển tốc độ.
   • Giảm quán tính cơ học: Tối ưu hóa cấu trúc cơ học của động cơ để giảm quán tính của rôto, cho phép nó phản ứng nhanh hơn với các lệnh thay đổi tốc độ và do đó cải thiện độ chính xác của việc điều khiển tốc độ.
3. Giải pháp cho vấn đề tuổi thọ động cơ ngắn
   • Thiết kế chổi than tối ưu hóa: Sử dụng vật liệu chổi than chất lượng cao với khả năng chống mài mòn và hiệu suất tiếp xúc tốt hơn để kéo dài tuổi thọ của chổi than. Ngoài ra, tối ưu hóa cấu trúc chổi than để giảm ma sát giữa chổi than và bộ chuyển mạch.
   • Thêm hệ thống bôi trơn: Thêm hệ thống bôi trơn vào các khu vực ổ trục của động cơ để tự động bổ sung dầu bôi trơn thường xuyên, giảm mài mòn ổ trục và kéo dài tuổi thọ của chúng.
   • Tăng cường kiểm soát chất lượng: Trong quá trình sản xuất động cơ, kiểm soát chặt chẽ chất lượng để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của từng bộ phận. Ví dụ, sử dụng thiết bị gia công có độ chính xác cao và các quy trình kiểm tra nghiêm ngặt để giảm thiểu lỗi và khuyết tật của các bộ phận, đồng thời cải thiện chất lượng và độ tin cậy tổng thể của động cơ.

IV. Kết quả triển khai và xác minh

1. Vấn đề quá nhiệt: Thông qua những cải tiến trong thiết kế tản nhiệt và vật liệu cuộn dây, nhiệt độ của động cơ trong quá trình hoạt động dưới tải cao đã giảm đáng kể, với nhiệt độ cao nhất giảm khoảng 20°C. Hơn nữa, việc bổ sung cảm biến nhiệt độ đã cho phép động cơ tự động điều chỉnh công suất đầu ra, ngăn ngừa quá nhiệt một cách hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của nó.
2. Vấn đề độ chính xác điều khiển tốc độ: Sau khi tối ưu hóa các thuật toán điều khiển và kết hợp các cơ chế phản hồi, độ chính xác của việc điều khiển tốc độ của động cơ đã được tăng cường đáng kể, với dao động tốc độ giảm xuống trong khoảng ±1%. Trong các ứng dụng như chuyển động khớp robot và lập kế hoạch đường đi của xe thông minh, độ chính xác và độ ổn định trong vận hành của thiết bị đã được cải thiện rõ rệt.
3. Vấn đề tuổi thọ ngắn: Bằng cách tối ưu hóa thiết kế chổi than, thêm hệ thống bôi trơn và tăng cường kiểm soát chất lượng, tuổi thọ của động cơ đã được kéo dài thêm khoảng 50%. Trong điều kiện chu kỳ khởi động - dừng thường xuyên và hoạt động dưới tải cao, tỷ lệ hỏng hóc của động cơ đã giảm đáng kể, giảm chi phí bảo trì và thời gian ngừng hoạt động.

V. Kết luận và triển vọng trong tương lai