Động cơ DC, là loại động cơ điện có lịch sử lâu đời và được sử dụng rộng rãi, đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa công nghiệp, thiết bị gia dụng và nhiều lĩnh vực khác. Độ tin cậy và hiệu suất của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động và sự ổn định của toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, nhiều kỹ sư và kỹ thuật viên thường bỏ qua một khía cạnh quan trọng—cân bằng rôto động cơ DC.
Cân bằng rôto đề cập đến việc điều chỉnh sự phân bổ khối lượng của rôto sao cho trục quay của nó thẳng hàng với trục quán tính chính, từ đó làm giảm hoặc loại bỏ lực ly tâm trong quá trình quay. Ở trạng thái lý tưởng, rôto cân bằng hoàn hảo sẽ tạo ra độ rung tối thiểu khi quay. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất và lắp ráp thực tế, các yếu tố như tính không đồng nhất của vật liệu, dung sai sản xuất và sai lệch lắp ráp thường dẫn đến sự mất cân bằng ở một mức độ nào đó.
Sự mất cân bằng này biểu hiện dưới dạng sai lệch giữa khối tâm của rôto và tâm quay của nó—được gọi là "lượng mất cân bằng". Trong quá trình quay, sự mất cân bằng này tạo ra lực ly tâm, tỷ lệ thuận với lượng mất cân bằng và bình phương tốc độ quay. Ngay cả một sự mất cân bằng nhỏ ở động cơ tốc độ cao cũng có thể tạo ra lực ly tâm đáng kể, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và hiệu suất của động cơ.
2. Mối nguy hiểm của sự mất cân bằng rôto: Kẻ giết người thầm lặng đối với tuổi thọ và hiệu suất của động cơ
Hậu quả của sự mất cân bằng rôto rất đa dạng và thường tạo ra một vòng luẩn quẩn:
• Tuổi thọ động cơ bị rút ngắn:
Lực ly tâm tạo thêm tải trọng lên vòng bi, làm tăng tốc độ mài mòn và giảm tuổi thọ vòng bi.
Rung động liên tục làm cho cuộn dây động cơ và lớp cách điện bị xuống cấp, dẫn đến lỏng lẻo, nứt và cuối cùng là hỏng động cơ.
Hoạt động lâu dài trong điều kiện mất cân bằng làm giảm đáng kể tuổi thọ sử dụng chung của động cơ.
• Giảm hiệu suất động cơ:
Rung động làm giảm công suất và hiệu suất đầu ra, gây lãng phí năng lượng lẽ ra có thể được sử dụng cho công việc hữu ích.
Nó cũng làm giảm độ chính xác và tốc độ phản hồi của điều khiển, đặc biệt trong các ứng dụng có độ chính xác cao.
• Tiếng ồn và độ rung:
Rung động quá mức gây ô nhiễm tiếng ồn và làm gián đoạn các thiết bị xung quanh.
Trong các dụng cụ chính xác và thiết bị y tế, độ rung làm ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của phép đo.
• Tăng tốc độ mài mòn linh kiện:
Rung động do mất cân bằng không chỉ ảnh hưởng đến vòng bi mà còn ảnh hưởng đến quạt, nắp cuối và ốc vít.
Theo thời gian, điều này dẫn đến tình trạng lỏng lẻo, mỏi và thậm chí gãy xương, làm tăng độ khó và chi phí bảo trì.
• Chi phí bảo trì cao hơn:
Những hư hỏng liên quan đến mất cân bằng thường đòi hỏi thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, gây tổn thất trong sản xuất.
Việc sửa chữa và thay thế bộ phận thường xuyên (vòng bi, cuộn dây, v.v.) làm tăng chi phí vận hành.
Để đảm bảo động cơ DC độ tin cậy và hiệu suất, việc cân bằng rôto là điều cần thiết. Các phương pháp cân bằng chủ yếu được phân loại thành cân bằng tĩnh và cân bằng động.
Cân bằng tĩnh
• Thực hiện khi rôto đứng yên.
• Thích hợp cho các cánh quạt mỏng (ví dụ: cánh quạt).
• Nguyên tắc: Xác định điểm có độ lệch khối lượng lớn nhất và điều chỉnh bằng cách thêm/bớt trọng lượng (ví dụ: cân bằng trọng lượng, khoan).
• Đơn giản và tiết kiệm chi phí nhưng không thể loại bỏ cặp lực quay—tốt nhất cho động cơ tốc độ thấp.
Cân bằng động
• Được tiến hành khi rôto đang quay.
• Loại bỏ hiệu quả lực ly tâm và lực cặp đôi, lý tưởng cho động cơ tốc độ cao.
• Cần có máy cân bằng chuyên dụng để đo biên độ/pha rung và tính toán độ lớn/vị trí mất cân bằng.
• Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để đạt được độ chính xác cân bằng cao.
Các kiểu con cân bằng động:
Cân bằng một mặt phẳng: Đối với rôto hẹp trong đó lực phối hợp không đáng kể.
Cân bằng hai mặt phẳng: Đối với rôto rộng hơn cần hiệu chỉnh cả lực ly tâm và lực cặp đôi.
Cân bằng rôto đúng cách đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình và biện pháp an toàn:
Chuẩn bị
• Làm sạch bề mặt rôto (loại bỏ dầu, bụi, v.v.).
• Kiểm tra các khuyết tật (lỏng lẻo, biến dạng).
• Chuẩn bị dụng cụ (cân, cân, mũi khoan, v.v.).
Lắp đặt rôto
• Gắn rôto vào máy cân bằng một cách an toàn.
• Cài đặt các thông số (tốc độ, thời gian đo) theo hướng dẫn sử dụng máy.
Đo độ rung
• Khởi động bộ cân bằng và ghi lại biên độ/pha rung.
• Máy tính toán lượng và vị trí mất cân bằng.
Sửa chữa
• Điều chỉnh phân bổ khối lượng (thêm/bớt trọng lượng) theo hướng dẫn.
• Duy trì tính đối xứng và chọn điểm hiệu chỉnh tối ưu.
Kiểm tra lại
• Lặp lại các phép đo sau khi hiệu chỉnh.
• Lặp lại cho đến khi độ rung nằm trong giới hạn chấp nhận được.
Các biện pháp phòng ngừa chính
• Lựa chọn phương pháp và thiết bị cân bằng phù hợp.
• Tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn hoạt động.
• Ưu tiên an toàn (ngăn ngừa rôto văng ra hoặc gây thương tích).
• Bảo trì, hiệu chỉnh máy cân bằng thường xuyên.
• Cân bằng tài liệu dữ liệu để truy xuất nguồn gốc và phân tích.
Cân bằng rôto động cơ DC là một yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất của động cơ. Bỏ qua nó sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng—giảm tuổi thọ, giảm hiệu suất, tiếng ồn quá mức và chi phí bảo trì cao hơn. Vì vậy, việc cân bằng rô-to phải được nhấn mạnh xuyên suốt thiết kế động cơ, chế tạo, lắp rápvà bảo trì quá trình.
Bằng cách thực hiện các biện pháp cân bằng nghiêm ngặt, các ngành công nghiệp có thể nâng cao độ tin cậy của động cơ, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và đạt được mức tiết kiệm vận hành lâu dài. Hãy cân bằng ngay hôm nay để có một ngày mai suôn sẻ hơn, lâu dài hơn.
