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Frage: Was sind die Hauptgründe für häufige Drehzahlschwankungen (plötzliches Ansteigen und Abfallen der Drehzahl) von Gleichstrommotoren während des Betriebs, und welche gezielten Maßnahmen sollten zur Fehlersuche und -behebung ergriffen werden?
Antwort:
Drehzahlschwankungen sind ein typischer Fehler im Betrieb von Gleichstrommotoren. Ihre Ursache liegt in einem Ungleichgewicht zwischen dem Ausgangsdrehmoment des Motors und dem Lastdrehmoment oder in Fehlern im Drehzahlregelungssystem und den mechanischen Getriebeteilen. Die Fehlersuche sollte nacheinander unter drei Gesichtspunkten erfolgen: elektrisches System, mechanische Struktur und Regelungseinrichtung. Die spezifischen Ursachen und Lösungen sind im Folgenden aufgeführt:
I. Ausfälle elektrischer Systeme: Kerninduktoren von Drehzahlschwankungen
Erstens sind Fehler im elektrischen System eine der Hauptursachen für Drehzahlschwankungen. Dazu gehört zum einen eine instabile Stromversorgung. Die Drehzahl eines Gleichstrommotors ist proportional zur Ankerspannung. Weist die Gleichspannung am Ankeranschluss Probleme wie übermäßige Restwelligkeit oder kurzzeitige Spannungseinbrüche auf, führt dies direkt zu entsprechenden Drehzahlschwankungen. Beispielsweise können alternde Filterkondensatoren oder defekte Gleichrichterdioden dazu führen, dass die Gleichspannung nach der Wechselstromgleichrichtung viele Wechselstromanteile enthält. Dies verursacht einen instabilen Ankerstrom und somit weitere Drehzahlschwankungen. In diesem Fall sollte die Spannung am Anker mit einem Oszilloskop gemessen, alternde Filterkondensatoren und defekte Dioden ausgetauscht und der Kontakt der Stromkabel überprüft werden. Die Klemmenblöcke müssen festgezogen werden, um ungleichmäßige Spannungsverluste durch zu hohen Kontaktwiderstand zu vermeiden.
Andererseits können Fehler in der Anker- oder Feldwicklung auftreten. Lokale Kurzschlüsse, Unterbrechungen der Ankerwicklung oder Leckströme aufgrund beschädigter Isolierschichten führen zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Ankerstroms und einem instabilen Drehmoment. Probleme wie schlechter Kontakt und Windungsschlüsse in der Feldwicklung verursachen Änderungen des Erregerflusses. Gemäß der Formel für die Drehzahl eines Gleichstrommotors n = (U - IaRa) / (CeΦ) (wobei U die Ankerspannung, Ia der Ankerstrom, Ra der Ankerwiderstand, Ce die Motorkonstante und Φ der Erregerfluss ist) bewirken Schwankungen des Flusses Φ direkt Änderungen der Drehzahl n. Bei der Fehlersuche sollte der Isolationswiderstand der Wicklung mit einem Megohmmeter gemessen, Kurzschlüsse und Unterbrechungen mit einem Multimeter überprüft, die beschädigte Wicklung repariert oder ausgetauscht und Staub und Öl von der Wicklungsoberfläche entfernt werden, um eine Verschlechterung der Isolationsleistung zu vermeiden.
II. Anomalien der mechanischen Struktur: Schlüsselfaktoren, die indirekt Geschwindigkeitsschwankungen verursachen
Zweitens können Anomalien in der mechanischen Struktur indirekt zu Drehzahlschwankungen führen. Zum einen können Abweichungen im Getriebemechanismus auftreten. Beispielsweise verhindern lockere oder durchrutschende Riemen bei Riemenantrieben sowie übermäßiger Verschleiß oder Zahnflankenspiel bei Zahnradgetrieben eine stabile Kraftübertragung des Motors auf die Last. Dies führt zu abwechselndem Leerlauf und plötzlichen Lastwechseln, die sich als Drehzahlschwankungen äußern. Zur Behebung dieses Problems sollten die Riemenspannung angepasst, verschlissene Riemen und Zahnräder ausgetauscht, die Zahnradzwischenräume mit Schmieröl versehen und das Zahnflankenspiel reduziert werden. Zum anderen können Fehler in den Motorlagern oder eine Unwucht des Rotors die Ursache sein. Verschleiß und Ölmangel in den Lagern führen zu einem erhöhten und instabilen Rotationswiderstand des Rotors. Eine Verlagerung des Rotorschwerpunkts verursacht Vibrationen, die wiederum die Drehzahlstabilität beeinträchtigen und mit leichten Geräuschen einhergehen. Um Vibrationsgefahren zu beseitigen, muss der Motor demontiert, die Lager überprüft, verschlissene Lager ausgetauscht, spezielles Schmieröl hinzugefügt und der Rotor dynamisch ausgewuchtet werden.
III. Ausfälle der Drehzahlregelung: Spezielle Probleme von steuerbaren Gleichstrommotoren
Schließlich sind Ausfälle der Drehzahlregelung eine wichtige Ursache für Drehzahlschwankungen bei steuerbaren Gleichstrommotoren. Bei reihen- und kettenstromerregten Gleichstrommotoren führen schlechter Kontakt des Drehzahlreglerwiderstands und die Alterung interner elektronischer Bauteile des Drehzahlreglers zu instabilen Widerständen im Anker- oder Feldkreis und damit zu Drehzahländerungen. Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren verursachen fehlerhafte Ansteuersignale des Controllers und eine ungenaue Positionierung des Hall-Sensors Abweichungen im Kommutierungszeitpunkt und somit einen instabilen Motorlauf. Bei der Fehlersuche sollte bei einer mechanischen Drehzahlregelung die Oxidschicht an den Kontakten des Drehzahlreglerwiderstands gereinigt und der alternde Drehzahlregler ausgetauscht werden. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor sollte das Signal des Hall-Sensors überprüft, dessen Einbauposition angepasst und das defekte Controllermodul ausgetauscht werden, um eine präzise Abstimmung zwischen Ansteuersignal und Rotorposition sicherzustellen.
IV. Lastfaktoren und Fehlerbehebungsprozess: Hilfslösung und effiziente Lokalisierung
Darüber hinaus können Lastschwankungen auch Drehzahländerungen verursachen. Es ist wichtig zu prüfen, ob eine kurzzeitige Überlastung oder eine ungleichmäßige Last vorliegt, den Lastbetriebszustand zu optimieren und die Auswirkungen von Laststößen auf die Motordrehzahl zu vermeiden. Bei der Fehlersuche kann die Reihenfolge „zuerst elektrisch, dann mechanisch; zuerst statisch, dann dynamisch“ angewendet werden. Zunächst sollte die Last abgeschaltet werden, um zu prüfen, ob die Leerlaufdrehzahl des Motors stabil ist. Nach Beseitigung der Last sollten Stromversorgung, Wicklungen, Getriebe und Drehzahlregler nacheinander überprüft werden, um die Fehlerquelle effizient zu lokalisieren. Durch gezielte Maßnahmen lässt sich das Problem der Drehzahlschwankungen von Gleichstrommotoren effektiv beheben, die Betriebsgenauigkeit der Anlage wiederherstellen und die Lebensdauer des Motors verlängern.
