1. Kerntechnologien und wichtige Überlegungen
Vor dem Austausch muss eine umfassende Bewertung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das neue System die Leistungsanforderungen des Originalgeräts erfüllen kann.

Leistungsanpassung und -auswahl

Leistung und Drehmoment: Die Nennleistung und das Nenndrehmoment (insbesondere das Anlaufdrehmoment und die Überlastfähigkeit) eines Wechselstrommotors müssen mindestens gleich oder besser sein als die des ursprünglichen Gleichstrommotors.
Es ist notwendig, die Lastarten zu analysieren (konstantes Drehmoment, konstante Leistung, Lüfterpumpe usw.).

Drehzahlbereich: Gleichstrommotoren sind für ihren breiten Drehzahlregelbereich bekannt.
Die Drehzahl des Wechselstrommotors selbst ist relativ konstant, aber mit Hilfe eines Frequenzumrichters kann eine Drehzahlregelung erreicht werden.
Es muss überprüft werden, ob der vorgesehene Wechselstrommotor die Anforderungen an die höchste und niedrigste Drehzahl des Prozesses unter Frequenzumrichterbetrieb erfüllen kann.

Trägheitsanpassung: Bei dynamischen Anwendungen, die ein schnelles Starten und Stoppen erfordern, muss die Rotationsinertie des Motorrotors berücksichtigt werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems zu gewährleisten.

Austausch des Steuerungssystems (Kernänderungen)

Gleichstromantriebssystem: wird üblicherweise von einem Gleichstrom-Drehzahlregler gesteuert und hat einen relativ einfachen Aufbau.

Kommunikationsantriebssystem: Ein Frequenzumrichter muss vorhanden sein.
Ein Frequenzumrichter wandelt Wechselstrom mit fester Spannung und Frequenz in Wechselstrom mit einstellbarer Spannung und Frequenz um und steuert so die Drehzahl und das Drehmoment eines Wechselstrommotors.

Auswahl des Frequenzumrichters: Die Leistung des Frequenzumrichters muss der Leistung des Wechselstrommotors entsprechen oder etwas höher sein.
Gleichzeitig sollte die Leistungsstufe des Frequenzumrichters entsprechend den Anwendungsanforderungen ausgewählt werden (z. B. Vektorregelung, V/f-Regelung).
Für Anwendungen mit hoher Präzision bei der Drehzahlregelung und niedrigen Drehzahlen sowie hohem Drehmoment sollten Vektor-Frequenzumrichter ausgewählt werden.

Mechanische Installation und Verbindung

Einbaumaße: Die Sockelgröße, der Wellendurchmesser, die Keilnut, der Montageflansch und die Positionen der Fußlöcher können bei Wechsel- und Gleichstrommotoren unterschiedlich sein.
Eine sorgfältige Überprüfung und Konstruktion der Adapterplatine oder ein Austausch der Montagebasis ist erforderlich.

Anschlussmethode: Es muss sichergestellt werden, dass die Kupplung, die Riemenscheibe oder das Getriebe perfekt zur Welle des neuen Motors passen.
Gegebenenfalls müssen neue Steckverbinder bearbeitet werden.

Elektroinstallation und Renovierung

Stromversorgung: Gleichstrommotoren benötigen eine Gleichstromversorgung, während Wechselstrommotoren mit dreiphasigem oder einphasigem Wechselstrom betrieben werden.
Wir müssen die Kabel erneut verlegen.

Bremse: Wenn der ursprüngliche Gleichstrommotor mit einer Bremse ausgestattet ist, muss geprüft werden, ob der neue Wechselstrommotor ebenfalls mit einer Bremse ausgestattet werden kann und ob seine Steuerschaltung mit dem neuen Frequenzumrichter bzw. Steuerungssystem kompatibel ist.

Rückmeldevorrichtung: Für Systeme, die eine hochpräzise Drehzahl- oder Positionsregelung erfordern, sind Gleichstrommotoren üblicherweise mit Drehzahlgebern oder Encodern ausgestattet.
Beim Austausch muss ein Encoder des gleichen Typs am Wechselstrommotor installiert und das Rückkopplungssignal mit dem Frequenzumrichter verbunden werden, um eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis zu realisieren.

2. Spezifische Austauschschritte
Ein standardisiertes Austauschverfahren sieht wie folgt aus:

Vorläufige Auswertung und Aufzeichnung:

Notieren Sie alle auf dem Typenschild des ursprünglichen Gleichstrommotors angegebenen Parameter, einschließlich Leistung, Spannung, Stromstärke, Drehzahl, Erregerspannung usw.

Dokumentieren Sie die Abmessungen der mechanischen Installation und die Verbindungsmethoden.

Analysieren Sie die Lastcharakteristika und Arbeitszyklen.

Evaluieren Sie den vorhandenen Raum für Energie- und Steuerungssysteme.

Auswahl und Beschaffung neuer Systeme:

Wählen Sie anhand der Auswertungsergebnisse einen geeigneten Wechselstrommotor (in der Regel einen Wechselstrom-Asynchronmotor oder einen Permanentmagnet-Synchronmotor) und den passenden Frequenzumrichter aus.

Besorgen Sie sich die notwendigen mechanischen Bauteile, Encoder und Kabel.

Stromausfall und Sicherheitsisolierung:

Um die Sicherheit zu gewährleisten, muss die Stromversorgung des Geräts vollständig unterbrochen und die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen (Verriegeln und Kennzeichnen) durchgeführt werden.

Abriss des alten Systems:

Entfernen Sie sämtliche Strom- und Steuerleitungen vom Gleichstrommotor.

Die mechanische Verbindung lösen und den alten Motor abheben.

Neuinstallation des Systems:

Installieren Sie die mechanische Adapterplatine und den neuen Wechselstrommotor, um eine zuverlässige Ausrichtung und Verbindung zu gewährleisten.

Installieren Sie Rückmeldegeräte wie Encoder.

Elektrische Verkabelung:

Schließen Sie die Drehstromversorgung an den Eingangsanschluss des Frequenzumrichters an.

Verbinden Sie den Ausgangsanschluss des Frequenzumrichters mit dem Wechselstrommotor.

Verbinden Sie Steuersignale (Start/Stopp, Drehzahlregelung usw.) von der ursprünglichen SPS oder Konsole mit dem Frequenzumrichter.

Schließen Sie die Rückkopplungsleitung des Encoders an.

Parametereinstellung und Fehlersuche (wichtigste Schritte):

Stellen Sie die auf dem Typenschild des Motors angegebenen Parameter (Leistung, Spannung, Stromstärke, Drehzahl) im Frequenzumrichter ein und führen Sie eine Selbstoptimierung der Motorparameter durch.

Stellen Sie den Regelmodus (z. B. Vektorregelung), die Drehzahlquelle, die Beschleunigungs-/Verzögerungszeit, den Überstromschutzwert usw. entsprechend den Anwendungseinstellungen ein.

Führen Sie Leerlauf- und Lasttests durch und justieren Sie den PID-Regler und andere Parameter fein, um einen reibungslosen Betrieb, eine genaue Drehzahl und ein ausreichendes Drehmoment zu gewährleisten.

Annahme und Dokumentenaktualisierung:

Führen Sie kontinuierliche Tests durch, um zu überprüfen, ob die Leistung den Anforderungen entspricht.

Aktualisierung von Stromlaufplänen und Wartungshandbüchern für Geräte.

3. Vorteile und Herausforderungen
Hauptvorteile:
Hohe Zuverlässigkeit, geringer Wartungsaufwand: Wechselstrommotoren (insbesondere Kurzschlussläufer-Asynchronmotoren) haben keine Bürsten und Kommutatoren, wodurch die Hauptfehlerquellen von Gleichstrommotoren entfallen und nahezu keine Wartung erforderlich ist, was zu einer längeren Lebensdauer führt.

Höhere Effizienz: Moderne, hocheffiziente Wechselstrommotoren in Kombination mit Frequenzumrichtern weisen unter den meisten Betriebsbedingungen eine höhere Effizienz und signifikante Energieeinsparungen auf als Gleichstromantriebssysteme.

Bessere Anpassungsfähigkeit an Umwelteinflüsse: Dank der bürstenlosen Struktur ist das Gerät besser an raue Umgebungsbedingungen wie Staub, Feuchtigkeit sowie brennbare und explosive Stoffe angepasst.

Kosteneffizienz: Obwohl die anfängliche Investition hoch sein kann, sind die Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus in der Regel niedriger, da die Wartungskosten extrem gering sind und Energieeinsparungen erzielt werden.

Schnellere dynamische Reaktion (bei Verwendung einer leistungsstarken Vektorsteuerung): Permanentmagnet-Synchronmotoren in Kombination mit Vektorsteuerungs-Frequenzumrichtern können eine bessere dynamische Leistung erzielen als Gleichstrommotoren.

Herausforderungen und Vorsichtsmaßnahmen:
Anfangsinvestitionskosten: Es ist notwendig, sowohl einen Wechselstrommotor als auch einen Frequenzumrichter zu kaufen, und die Anfangsinvestition kann höher sein als die Reparatur eines Gleichstrommotors.

Technische Komplexität: An das technische Personal werden höhere Anforderungen gestellt, da es die Funktionsweise und die Parametereinstellungen von Frequenzumrichtern verstehen muss.

Harmonische Störungen: Frequenzumrichter können elektromagnetische Oberwellen erzeugen, die das Stromnetz und andere Geräte stören können. Gegebenenfalls müssen Eingangsdrosseln oder Filter installiert werden.

Platzbedarf: Der Frequenzumrichter benötigt zusätzlichen Installationsraum und entsprechende Wärmeabfuhrbedingungen.