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Die instabile Drehzahl von Gleichstrommotoren wird durch komplexe Faktoren verursacht, die mehrere Bereiche wie Stromversorgung, Maschinenelemente, Elektromagnetismus und Steuerung betreffen. Die spezifischen Ursachen und Lösungsansätze sind wie folgt:
I. Anomale Stromversorgung und Stromversorgungssystem: „Quellenausfall“ der Energiezufuhr
Die Drehzahl eines Gleichstrommotors hängt direkt von der Ankerspannung ab (gemäß der Formel n = (U - IaRa) / (CeΦ), wobei n die Drehzahl, U die Ankerspannung, Ia der Ankerstrom, Ra der Ankerwiderstand, Ce die elektromotorische Kraftkonstante und Φ der Erregerfluss ist). Spannungsschwankungen oder Stromanomalien im Stromversorgungssystem sind die Hauptursache für eine instabile Drehzahl.
Häufige Probleme sind: Die Eingangsspannung schwankt aufgrund von Änderungen der Netzlast um mehr als ±10 %; der Leiterdurchmesser des Netzkabels ist zu gering, was bei hohen Strömen zu übermäßigen Leitungsverlusten und damit zu einem Spannungsabfall führt; der Filterkondensator des Netzteils ist veraltet und defekt, sodass er die Wechselstromwelligkeit nicht mehr filtern kann und die Ankerspannung pulsiert. Beispielsweise tritt bei einem kleinen Gleichstrommotor, der mit einem minderwertigen Schaltnetzteil betrieben wird, ein deutliches Drehzahlzittern auf, sobald der Welligkeitskoeffizient 5 % überschreitet.
Lösungen: Priorisieren Sie die Auswahl von linearen Netzteilen oder Hochfrequenz-Schaltnetzteilen mit einer Spannungsregelungsgenauigkeit von ±0,5 %, um eine stabile Ankerspannung zu gewährleisten; wählen Sie Kupferdrahtkerne mit ausreichendem Drahtdurchmesser entsprechend dem Nennstrom des Motors und kontrollieren Sie den Netzspannungsabfall auf unter 0,5 V; überprüfen Sie regelmäßig den Kapazitätswert des Filterkondensators des Netzteils, tauschen Sie alternde und defekte Bauteile aus und fügen Sie gegebenenfalls eine zusätzliche Filterschaltung hinzu, um die Reinheit des Netzteils zu verbessern.
II. Mechanische Strukturfehler: „Physikalische Hindernisse“ in der Energieübertragung
Verschleiß, Blockierungen oder Montagefehler an mechanischen Bauteilen führen zu einer ungleichmäßigen Belastung des Motors und damit zu Drehzahlschwankungen. Zu den Hauptproblemen zählen: Unzureichende Ölversorgung und Lagerverschleiß führen zu schwankenden Reibungsmomenten; in schweren Fällen tritt das Phänomen des „Bohrungsschwappens“ (Reibung zwischen Anker und Stator) auf; exzentrisch montierte Getriebekomponenten wie Kupplungen und Riemenscheiben erzeugen periodische Radialkräfte; Blockierungen am Lastende (z. B. durch klemmende Ventile oder schlechten Zahneingriff) verursachen plötzliche Änderungen des Lastmoments.
Am Beispiel eines Förderbandantriebsmotors lässt sich zeigen: Überschreitet die Parallelitätsabweichung der Riemenscheibe 0,1 mm/m, ändert sich die Bandspannung periodisch, und die Motordrehzahl schwankt entsprechend. Lösungen: Regelmäßige Wartung einführen, Lager alle 2000 Betriebsstunden schmieren und bei Verschleiß über den zulässigen Grenzwert hinaus rechtzeitig austauschen; Koaxialität und Parallelität der Antriebskomponenten mit einer Messuhr kalibrieren und den Fehler auf unter 0,05 mm begrenzen; einen Drehmomentsensor am Lastende installieren, um Laständerungen in Echtzeit zu überwachen und Überlastung zu vermeiden.
III. Fehler am Motorgehäuse und am elektromagnetischen System: „Leistungsminderung“ des Kernantriebs
Fehler im internen elektromagnetischen Schaltkreis oder in den Strukturbauteilen des Motors beeinträchtigen direkt die Drehzahlstabilität. Dies äußert sich hauptsächlich wie folgt: Die Alterung der Ankerwicklungsisolierung führt zu Windungsschlüssen, wodurch der Ankerwiderstand Ra sinkt, der Strom Ia steigt und die Drehzahl anormal ansteigt; ein offener Stromkreis oder schlechter Kontakt der Erregerwicklung führt zu einer Verringerung des Erregerflusses Φ und einem starken Anstieg der Drehzahl (Gefahr eines „Durchgehens“); Verschleiß der Kommutatoroberfläche oder schlechter Kontakt der Kohlebürsten verursachen intermittierenden Ankerstrom, was zu Drehzahlschwankungen führt.
Um solche Probleme zu beheben, sind professionelle Prüfmethoden erforderlich, um die Fehler zu lokalisieren: Verwenden Sie ein Megohmmeter, um den Isolationswiderstand der Ankerwicklung zu ermitteln, und tragen Sie bei einem Wert unter 0,5 MΩ eine erneute Isolationsbehandlung mit Farbe auf; messen Sie das Ein- und Ausschalten der Erregerwicklung mit einem Multimeter und polieren und befestigen Sie den Klemmenblock, wenn der Kontakt schlecht ist; polieren Sie regelmäßig die Kommutatoroberfläche mit feinem Schleifpapier, stellen Sie den Kohlebürstendruck (üblicherweise 0,15–0,25 MPa) ein und stellen Sie sicher, dass die Kontaktfläche über 90 % liegt.
IV. Ausfall des Regelkreises und des Rückkopplungssystems: „Regelkreisunterbrechung“ der Drehzahlregelung
Moderne Gleichstrommotoren verwenden meist eine PID-Regelung. Fehlerhafte Drehzahlrückmeldesignale oder nicht abgestimmte Reglerparameter führen zu Regelungsfehlern. Häufige Probleme sind: Eine lose Installation von Drehzahlsensoren (wie Encodern und Tachogeneratoren) führt zu Impulsverlusten der Rückmeldesignale; eine ungeeignete Einstellung der PID-Reglerparameter, eine zu hohe Proportionalverstärkung führt zu Schwingungen und eine zu lange Integrationszeit zu Verzögerungen; Beschädigungen von Bauteilen wie Relais und Thyristoren im Regelkreis führen zu einem Ausfall der Ankerspannungsregelung.
Lösungen: Den Drehzahlsensor mit einer Anti-Lockerungs-Struktur befestigen; sicherstellen, dass die Signalübertragungsleitung gut abgeschirmt ist, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden; die PID-Parameter mithilfe der „Dämpfungskurvenmethode“ neu einstellen, um die Systemansprechgeschwindigkeit mit der Stabilität in Einklang zu bringen; regelmäßig eine Ein-/Aus-Prüfung des Regelkreises durchführen, defekte Komponenten austauschen und gegebenenfalls redundante Steuermodule hinzufügen, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lösung des Problems der instabilen Drehzahl von Gleichstrommotoren die Anwendung des Prinzips der „Quellenanalyse und hierarchischen Verarbeitung“ erfordert. Dabei ist eine umfassende Untersuchung aus vier Dimensionen – Stromversorgung, Mechanik, Elektromagnetismus und Steuerung – notwendig. Auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Motors sind gezielte Lösungen zu formulieren und ein regelmäßiger Wartungsmechanismus einzurichten, um die Drehzahlstabilität grundlegend zu gewährleisten und die Betriebsqualität der Anlage zu verbessern.
