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In der industriellen Fertigung und im täglichen Betrieb von Anlagen treten bei Gleichstrommotoren häufig ungewöhnliche Drehzahlschwankungen auf (starke und starke Drehzahlschwankungen). Dies beeinträchtigt nicht nur die Bearbeitungsgenauigkeit und Betriebsstabilität der Anlagen, sondern kann auch die Lebensdauer der Motoren verkürzen. Was sind die Hauptursachen für diese ungewöhnlichen Drehzahlschwankungen bei Gleichstrommotoren? Welche systematischen Lösungsansätze gibt es, um diese Ursachen zu beheben?
I. Analyse der Kernursachen
Die Drehzahl eines Gleichstrommotors folgt der Formel n = (U – IaRa)/(CeΦ) (wobei n die Drehzahl, U die Ankerspannung, Ia der Ankerstrom, Ra der Ankerwiderstand, Ce die Motorkonstante und Φ der Erregerfluss ist). Drehzahlschwankungen werden im Wesentlichen durch anormale Änderungen eines oder mehrerer Parameter in der Formel verursacht und lassen sich in drei Kategorien einteilen: Ausfälle des elektrischen Systems, Probleme mit der mechanischen Struktur und Einflüsse der äußeren Betriebsumgebung.
1. Ausfälle des elektrischen Systems: Dies ist die häufigste Ursache für Drehzahlschwankungen. Erstens führt eine instabile Stromversorgung im Ankerkreis – beispielsweise durch Restwelligkeit der Gleichspannung, schlechten Drahtkontakt oder erhöhten Widerstand aufgrund von Leitungsalterung – zu plötzlichen Änderungen von U und Ia, was direkt Drehzahlschwankungen zur Folge hat. Zweitens können fehlerhafte Erregersysteme auftreten: Bei fremderregten Gleichstrommotoren verursachen Unterbrechungen, Kurzschlüsse oder schlechter Kontakt in der Erregerwicklung eine plötzliche Änderung von Φ; bei nebenstromerregten Motoren führt ein plötzlicher Anstieg des Widerstands im Erregerkreis zu einer Verringerung des magnetischen Flusses und damit zu einem starken Drehzahlanstieg. Drittens können Fehler in der Ankerwicklung auftreten: Windungsschlüsse, Unterbrechungen in der Wicklung oder schlechter Kontakt der Kommutatorsegmente verursachen ungleichmäßige Ia-Werte und beeinträchtigen die Drehzahlstabilität.
2. Probleme der mechanischen Struktur: Plötzliche Änderungen des mechanischen Widerstands verursachen indirekt Drehzahlschwankungen. Verschleiß, unzureichende Schmierung oder Beschädigung der Motorlager erhöhen den Rotationswiderstand und führen zu periodischen Schwankungen. Fehler in der Kupplungsmontage (z. B. Fehlausrichtung, Lockerung) bewirken eine ungleichmäßige Lastverteilung und führen zu intermittierenden Lastspitzen. Besteht bei der vom Motor angetriebenen Last die Gefahr des Blockierens oder Stillstands (z. B. durch Materialansammlungen in Förderanlagen), verursacht dies plötzliche Änderungen des Lastmoments. Gemäß der Drehzahlformel steigt bei zunehmender Last der Drehmomentbeiwert Ia und die Drehzahl sinkt entsprechend; sinkt die Last, steigt die Drehzahl wieder.
3. Einflüsse des externen Betriebsumfelds: Erstens erhöht eine hohe Umgebungstemperatur aufgrund der thermischen Ausdehnung und Kontraktion den Widerstand Ra der Ankerwicklung. Gleichzeitig schwächen sich die magnetischen Eigenschaften der Erregerwicklung ab, was zu einer Verringerung von Φ führt. Diese beiden Effekte verursachen zusammen Drehzahlschwankungen. Zweitens korrodieren Umwelteinflüsse wie Staub und Feuchtigkeit die Motoranschlüsse oder Kommutatoren, was zu einem instabilen Kontaktwiderstand führt und somit Stromstärke und Drehzahl beeinflusst. Drittens stören externe elektromagnetische Störungen: Starke Magnetfelder, die von nahegelegenen Hochleistungsgeräten erzeugt werden, beeinträchtigen die Flussstabilität des Erregersystems.
II. Systematische Lösungen
1. Optimierung des elektrischen Systems zur Sicherstellung stabiler Parameter: Zuerst ist das Stromversorgungssystem zu überprüfen. Ersetzen Sie veraltete Leitungen und verwenden Sie niederohmige Verbindungsmethoden wie Kupferschienen, um einen guten Kontakt im Ankerkreis sicherzustellen. Bei hoher Restwelligkeit der Stromversorgung können Filterkondensatoren oder Spannungsstabilisatoren zur Stabilisierung der Ankerspannung U eingesetzt werden. Überprüfen Sie anschließend das Erregersystem: Messen Sie mit einem Multimeter den Widerstand der Erregerwicklung, prüfen Sie auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen und tauschen Sie beschädigte Wicklungen aus. Kalibrieren Sie bei nebenstromerregten Motoren regelmäßig den Varistor des Erregerkreises, um anormale Widerstandsänderungen zu vermeiden. Abschließend ist die Ankerwicklung zu überprüfen: Ermitteln Sie Windungsschlüsse mittels Ankerspannungsabfallprüfung, reparieren oder ersetzen Sie die Wicklung umgehend und reinigen oder polieren Sie gleichzeitig die Kommutatorsegmente, um eine reibungslose Stromleitung zu gewährleisten.
2. Mechanische Struktur überarbeiten, um Widerstandsschwankungen zu reduzieren: Die Motorlager sind regelmäßig zu warten. Dazu sollten Schmieröl nachgefüllt und verschlissene Lager und Dichtungen ausgetauscht werden, um einen reibungslosen Lauf zu gewährleisten. Die Kupplung ist neu zu kalibrieren, die Rundlaufgenauigkeit zu justieren und die Verbindungsschrauben festzuziehen, um eine ungleichmäßige Lastverteilung zu vermeiden. Gleichzeitig sind die Verladeeinrichtungen zu überprüfen, Materialablagerungen im Förderkanal zu entfernen und blockierte Bauteile zu reparieren, um ein stabiles Lastdrehmoment sicherzustellen und so die Auswirkungen auf die Motordrehzahl von vornherein zu minimieren.
3. Verbesserung der Betriebsumgebung zur Beseitigung externer Störungen: Installieren Sie den Motor an einem gut belüfteten Ort und verwenden Sie Lüfter oder Kühlvorrichtungen, um die Umgebungstemperatur innerhalb des zulässigen Betriebstemperaturbereichs zu halten. Schützen Sie die Motorklemmen und Kommutatoren vor Korrosion durch Staub und Feuchtigkeit. Bei elektromagnetischen Störungen kann eine Abschirmung im Erregerkreis des Motors installiert oder der Motor so positioniert werden, dass er sich nicht in der Nähe von Geräten mit hoher Störleistung befindet.
Darüber hinaus kann durch die Einrichtung eines regelmäßigen Inspektionssystems zur Echtzeitüberwachung der Motordrehzahl mit einem Drehzahlmesser, zur Aufzeichnung von Betriebsparametern und zur frühzeitigen Erkennung von Anomalien sowie durch regelmäßige umfassende Wartungsarbeiten am Motor, einschließlich Reinigung, Befestigung und Kalibrierung, die Wahrscheinlichkeit von Drehzahlschwankungen wirksam reduziert und der stabile Betrieb des Gleichstrommotors sichergestellt werden.
