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Gleichstrommotoren werden häufig in Industrieanlagen, Haushaltsgeräten und anderen Bereichen eingesetzt. Eine stabile Drehzahl ist entscheidend für den normalen Betrieb der Geräte. Schwankt die Drehzahl häufig um mehr als ±5 %, führt dies zu Problemen wie ungleichmäßiger Zuführung von Förderbändern und verminderter Präzision bei der Feinbearbeitung. Bei der gleichstrombetriebenen Drehmaschine einer kleinen Maschinenbaufabrik sank die Qualifikationsrate der Teilebearbeitung aufgrund von Drehzahlschwankungen von 98 % auf 85 %. Daher ist eine schnelle Fehlersuche und Behebung von Drehzahlschwankungen unerlässlich, um Produktionseffizienz und Produktqualität sicherzustellen.
I. Klassifizierung häufiger Ursachen
Die Hauptursachen für abnormale Drehzahlschwankungen bei Gleichstrommotoren lassen sich in drei Kategorien einteilen: Probleme mit der Stromversorgung, Motor-Selbstfehler, Und Anomalien im Steuerkreis. In Bezug auf die Stromversorgung wirken sich eine instabile Eingangsspannung (z. B. plötzliche Anstiege und Abfälle der Spannung im ländlichen Stromnetz oder Spannungsschwankungen durch gemeinsam genutzte Leitungen von Industriegeräten) oder eine unzureichende Stromversorgung direkt auf das elektromagnetische Drehmoment der Ankerwicklung des Motors aus und verursachen dadurch Drehzahlschwankungen. Zu den Eigenfehlern des Motors gehören ein schlechter Kontakt zwischen Bürste und Kommutator (z. B. Bürstenverschleiß, Oxidation der Kommutatoroberfläche) sowie ein teilweiser Kurzschluss oder eine Unterbrechung der Ankerwicklung, die das interne Magnetfeldgleichgewicht des Motors stören und zu unregelmäßigen Drehzahlen führen. Zu den Anomalien im Steuerkreis zählen falsche Einstellungen der Reglerparameter (z. B. ein falscher Proportionalkoeffizient des PID-Reglers) und der Verlust oder die Verzögerung von Signalen von Rückkopplungssensoren (z. B. Hall-Sensoren), die eine genaue Einstellung der Motordrehzahl verhindern.
II. Gezielte Methoden zur Fehlerbehebung
- Fehlerbehebung bei der Stromversorgung
Überwachen Sie mit einem Multimeter kontinuierlich Spannung und Stromstärke am Motoreingang und protokollieren Sie die Wertänderungen während des Betriebs. Übersteigt die Spannungsschwankung ±10 % (beispielsweise schwankt die Spannung eines 24-V-Motors wiederholt zwischen 21 V und 27 V) oder liegt die Stromstärke häufig unter 80 % des Nennwerts, liegt ein Problem mit der Stromversorgung vor. Beispielsweise wurde in einer Lebensmittelfabrik bei einem Gleichstrom-Förderbandmotor eine Spannungsschwankung zwischen 19 V und 25 V festgestellt. Als Ursache wurde eine instabile Stromversorgung aufgrund des Anlaufens von Hochleistungsgeräten in der Werkstatt diagnostiziert.
- Fehlerbehebung bei Motorselbstfehlern
Nach dem Ausschalten die Motorabdeckung entfernen, den Bürstenverschleiß prüfen (bei einer Bürstenlänge von weniger als 5 mm austauschen) und auf Oxidschichten, Kratzer oder Kohlenstoffablagerungen auf der Kommutatoroberfläche achten (diese können vorsichtig mit feinem Schleifpapier poliert und gereinigt werden). Den Isolationswiderstand der Ankerwicklung mit einem Megaohmmeter messen. Liegt der Widerstand unter 0,5 MΩ, liegt möglicherweise ein Wicklungskurzschluss vor. Bei einer Wartung traten bei einem Gleichstromlüftermotor aufgrund starker Kohlenstoffablagerungen am Kommutator Drehzahlschwankungen auf. Nach der Reinigung verschwand der Fehler.
- Fehlerbehebung im Steuerkreis
Überprüfen Sie die Reglerparametereinstellungen und vergleichen Sie sie mit dem Gerätehandbuch, um sicherzustellen, dass die PID-Parameter (Proportional P, Integral I, Ableitung D) zum Motormodell passen. Verwenden Sie ein Oszilloskop, um das Ausgangssignal des Rückkopplungssensors zu erfassen. Ist das Signal unterbrochen oder weist es übermäßiges Rauschen auf, prüfen Sie, ob die Sensorverkabelung locker ist, oder ersetzen Sie den Sensor. Bei einem Gleichstrommotor einer automatisierten Anlage hatte die Hallsensorverkabelung einen schlechten Kontakt, was zu intermittierenden Signalen und häufigen Drehzahlsprüngen führte. Das Problem wurde durch erneutes Festziehen der Verkabelung behoben.
III. Entsprechende Lösungen
- Lösung für Probleme mit der Stromversorgung
Bei Netzspannungsschwankungen installieren Sie ein Gleichspannungsstabilisierungsmodul (z. B. 12–36 V Eingang, 24 V Ausgang), um die Motoreingangsspannung zu stabilisieren. Reicht der Netzstrom nicht aus, ersetzen Sie das Kabel durch ein Kabel mit größerem Querschnitt (z. B. 1,5 mm² durch 2,5 mm²), um Leitungsverluste zu reduzieren. Bei einer Gleichstrompumpe für die ländliche Bewässerung stabilisierte sich die Spannung nach der Installation eines Spannungsstabilisierungsmoduls zwischen 23,5 V und 24,5 V, und die Drehzahlschwankungen reduzierten sich von ±8 % auf ±1,5 %.
- Lösung für Motorselbstfehler
Ersetzen Sie stark abgenutzte Bürsten (wählen Sie zum Motormodell passende Kohlebürsten) und reinigen Sie die Kommutatoroberfläche mit Alkohol. Bei einem Kurzschluss der Ankerwicklung muss die Wicklung neu gewickelt oder die Ankerbaugruppe ausgetauscht werden. Nach dem Austausch der Bürsten und der Reinigung des Kommutators eines Gleichstrommotors war das Problem der Drehzahlschwankungen vollständig gelöst und auch die Betriebsgeräusche deutlich reduziert.
- Lösung für Anomalien im Steuerkreis
Kalibrieren Sie die PID-Parameter des Reglers gemäß der Geräteanleitung neu. Passen Sie beispielsweise den Proportionalkoeffizienten P von 5 auf 3 und die Integralzeit I von 100 ms auf 200 ms an, um die Drehzahlanpassung zu optimieren. Ersetzen Sie den defekten Rückkopplungssensor, um eine stabile Signalübertragung zu gewährleisten. Nach der Neukonfiguration der Reglerparameter des Gleichstrommotors einer Präzisionswerkzeugmaschine konnten die Drehzahlschwankungen auf ±2 % begrenzt und die Bearbeitungsgenauigkeit wieder auf das ursprüngliche Niveau gebracht werden.
Durch die oben beschriebene Fehlerbehebung und gezielte Lösungen kann das Problem abnormaler Drehzahlschwankungen bei Gleichstrommotoren effizient angegangen werden. Dadurch wird der stabile Betrieb des Motors sichergestellt, die Ausfallzeiten der Geräte aufgrund von Fehlern verringert und die Produktions- und Betriebseffizienz verbessert.
