Hoe u de levensduur van DC-motoren effectief kunt verlengen

1. Inleiding

Als apparaat dat gelijkstroom (DC) omzet in mechanische energie, spelen DC-motoren een onvervangbare rol in tal van sectoren, waaronder industriële productie, transport, huishoudelijke apparaten en medische apparatuur, dankzij hun uitstekende snelheidsregeling, hoge startkoppel en eenvoudige bedieningsmethoden. Van het aandrijven van transportbanden in fabriekswerkplaatsen en het aandrijven van aandrijfsystemen voor elektrische voertuigen tot het bedienen van elektrisch gereedschap in het dagelijks leven: DC-motoren zijn alomtegenwoordig.

In de praktijk ondervinden veel gebruikers echter problemen met een korte levensduur van gelijkstroommotoren. Frequente motorvervangingen verhogen niet alleen de onderhoudskosten van de apparatuur, maar kunnen ook leiden tot een reeks opeenvolgende problemen, zoals productieonderbrekingen en verminderde werkefficiëntie. Daarom is het voor gebruikers van groot belang om de verschillende factoren die de levensduur van gelijkstroommotoren beïnvloeden, te begrijpen en effectieve maatregelen te nemen om deze te verlengen. Dit artikel gaat dieper in op dit onderwerp en behandelt aspecten zoals de structurele kenmerken van de motor, veelvoorkomende soorten slijtage, belangrijke factoren die de levensduur beïnvloeden en specifieke maatregelen om de levensduur te verlengen.

2. Basisstructuur van DC-motoren en componenten met betrekking tot de levensduur

2.1 Basisstructuursamenstelling

Een gelijkstroommotor bestaat voornamelijk uit vier kerncomponenten: de stator, rotor, borsteleenheid en commutator. stator Het stationaire deel van de motor, bestaande uit de hoofdmagneetpolen, commuterende polen, een frame en een borstelconstructie. De belangrijkste functies zijn het genereren van een magnetisch veld en het ondersteunen van de algehele structuur van de motor. rotor (ook wel het anker genoemd) bestaat uit een ankerkern, ankerwikkelingen, een commutator en een roterende as. Het is het belangrijkste onderdeel dat verantwoordelijk is voor de energieomzetting en het koppel in de motor.

2.2 Componenten die nauw verband houden met de levensduur

LagersLagers zijn cruciale componenten die de stator en de rotor verbinden. Hun rol is om de rotor te ondersteunen en de wrijvingsweerstand tijdens rotatie te verminderen. Slijtage en schade aan lagers hebben een directe invloed op de normale werking van de motor en zijn een veelvoorkomende oorzaak van een kortere levensduur van de motor.
Borstels en commutator: Borstels werken samen met de commutator om stroomcommutatie te bewerkstelligen. Tijdens de werking van de motor ontstaan er tussen de twee voortdurend wrijving en elektrische vonken, wat leidt tot geleidelijke slijtage en schade bij langdurig gebruik. Dit heeft een negatieve invloed op de elektrische geleidbaarheid en de betrouwbaarheid van de commutatie van de motor.
WindingenWikkelingen zijn de kerncomponenten die elektromagnetische kracht in de motor genereren, gemaakt door geïsoleerde draden te wikkelen. De isolatieprestaties van wikkelingen zijn direct gerelateerd aan de veilige werking en levensduur van de motor. Veroudering, beschadiging of kortsluiting van de isolatie kunnen allemaal motorstoringen veroorzaken.
IJzeren kernDe ijzeren kern is een belangrijk onderdeel van het magnetische circuit van de motor en bestaat meestal uit het stapelen van siliciumstalen platen. Slijtage en oververhitting van de ijzeren kern beïnvloeden de efficiëntie en levensduur van de motor, vooral tijdens hoogfrequente werking of overbelasting, waarbij oververhitting ernstiger wordt.

3. Belangrijkste factoren die de levensduur van DC-motoren beïnvloeden

3.1 Elektrische factoren

Stroomkwaliteit
- Spanningsschommelingen: Een onstabiele voedingsspanning heeft een nadelige invloed op de werking van gelijkstroommotoren. Bij een te hoge spanning neemt de stroomsterkte in de motorwikkelingen toe, wat leidt tot hogere koperverliezen, hogere wikkelingstemperaturen en versnelde veroudering van isolatiematerialen. Omgekeerd resulteert een lage spanning in een onvoldoende uitgangskoppel van de motor, waardoor de motor overbelast kan raken, wat ook kan leiden tot oververhitting van de wikkelingen. In afgelegen gebieden of op locaties met een onstabiele stroomvoorziening hebben gelijkstroommotoren bijvoorbeeld vaak een aanzienlijk kortere levensduur vanwege frequente spanningsschommelingen.
- Huidige harmonischen: Het wijdverbreide gebruik van vermogenselektronica (zoals gelijkrichters en frequentieomvormers) introduceert grote hoeveelheden harmonische stromen in de voeding. Harmonische stromen veroorzaken extra verliezen in motorwikkelingen, wat leidt tot oververhitting. Ze genereren ook een pulserend koppel, wat leidt tot verhoogde trillingen en lawaai in de motor, verergert de slijtage van componenten en verkort zo de levensduur van de motor.
Overbelastingsbedrijf

Overbelasting treedt op wanneer het werkelijke uitgangsvermogen of koppel van de motor de nominale waarde overschrijdt. Onder overbelasting neemt de stroomsterkte in de motorwikkelingen aanzienlijk toe, wat leidt tot een sterke toename van koperverliezen en een snelle temperatuurstijging van de wikkelingen. Langdurige overbelasting versnelt de veroudering van de isolatiematerialen van de wikkelingen en kan zelfs leiden tot verbranding van de wikkelingen. Bovendien verhoogt overbelasting de belasting van de lagers, waardoor deze sneller slijten en de totale levensduur van de motor wordt beïnvloed. In hijswerktuigen bijvoorbeeld, kan frequente overbelasting gemakkelijk leiden tot storingen in gelijkstroommotoren en hun levensduur drastisch verkorten.
Kortsluitingen en aardfouten

A wikkeling kortsluiting Een kortsluiting treedt op wanneer isolatieschade tussen of binnen de wikkelingen ervoor zorgt dat de stroom het normale pad omzeilt en een directe lus vormt. Kortsluitingen genereren lokaal overmatige stroom, waardoor grote hoeveelheden warmte vrijkomen die de wikkelingen en isolatiematerialen verbranden. wikkeling aardfout Aardfouten zijn isolatieschade tussen de wikkelingen en de motorbehuizing of ijzeren kern, wat resulteert in lekstroom naar aarde. Aardfouten verstoren niet alleen de normale werking van de motor en vormen veiligheidsrisico's, maar versnellen ook motorschade.

3.2 Mechanische factoren

Lagerslijtage

Tijdens de werking van de motor dragen lagers het gewicht van de rotor en de radiale/axiale krachten die door de rotatie worden gegenereerd, wat na verloop van tijd tot slijtage leidt. Lagerslijtage veroorzaakt excentriciteit van de rotor, wat leidt tot meer trillingen en lawaai in de motor. Het verstoort ook de gelijkmatigheid van de luchtspleet van de motor, wat leidt tot extra elektromagnetische verliezen en oververhitting. Wanneer lagerslijtage een bepaald niveau bereikt, kan de motor vastlopen en stoppen met functioneren. Veelvoorkomende oorzaken van lagerslijtage zijn slechte smering, onjuiste installatie, overmatige belasting en lagers van lage kwaliteit.
Slijtage van borstels en commutator

De borstels en de commutator maken tijdens de werking van de motor glijdend contact, wat resulteert in continue wrijving. Na verloop van tijd slijten de borstels geleidelijk en ontstaat er slijtage, krassen of oxidatie op het oppervlak van de commutator. Overmatige slijtage van de borstels veroorzaakt slecht contact en elektrische vonkvorming, wat de slijtage van de commutator verder versnelt. Schade aan het commutatoroppervlak belemmert de normale stroomcommutatie, wat leidt tot een onstabiele werking van de motor, een lager rendement en zelfs storingen.
Trillingen en impact

Trillingen die tijdens de werking van de motor ontstaan en externe impactbelastingen hebben beide een negatieve invloed op de levensduur. Langdurige trillingen veroorzaken losraken, slijtage en vermoeiingsschade aan interne motorcomponenten, zoals losse bouten, gebroken wikkeldraden en loszittende siliciumstalen platen in de ijzeren kern. Externe schokken (bijv. schokken tijdens het starten/stoppen van de apparatuur of tijdens transport) kunnen motorcomponenten vervormen of beschadigen, waardoor de normale werking wordt verstoord.

3.3 Omgevingsfactoren

Temperatuur

Hoge omgevingstemperaturen zijn een belangrijke factor die de levensduur van gelijkstroommotoren verkort. Motoren genereren warmte tijdens bedrijf; bij hoge omgevingstemperaturen verslechtert de warmteafvoer, waardoor de interne motortemperatuur stijgt. Hoge temperaturen versnellen de veroudering van de isolatie, verminderen de isolatieprestaties, beïnvloeden de smering van de lagers en veroorzaken slijtage. Zo hebben gelijkstroommotoren die in tropische gebieden of industriële omgevingen met hoge temperaturen worden gebruikt, doorgaans een kortere levensduur dan motoren die in omgevingen met normale temperaturen worden gebruikt.
Vochtigheid en corrosieve gassen

Een hoge luchtvochtigheid zorgt voor vochtabsorptie in de isolatiematerialen van de motor, waardoor de isolatieweerstand afneemt en het risico op lekkage en kortsluiting toeneemt. Vochtige omgevingen versnellen bovendien de corrosie van metalen componenten (bijv. lagers, commutatoren en frames). In corrosieve omgevingen (bijv. chemische fabrieken of kustgebieden) tasten corrosieve gassen de metalen componenten en isolatiematerialen van de motor aan, wat leidt tot schade aan componenten en een verminderde isolatieprestatie, wat de levensduur ernstig beïnvloedt.
Stof en onzuiverheden

Stof, vezels en andere onzuiverheden in de lucht dringen de motor binnen en hechten zich aan de oppervlakken van wikkelingen, commutatoren en lagers. Stof belemmert de warmteafvoer, wat leidt tot temperatuurstijgingen; het kan ook in lagers terechtkomen en slijtage verergeren. Bij commutatoren en borstels verstoort opgehoopt stof het contact, genereert het elektrische vonken en versnelt het de slijtage.

4. Specifieke maatregelen om de levensduur van DC-motoren te verlengen

4.1 Optimaliseer de elektrische bedrijfsomstandigheden

Zorg voor een stabiele stroomkwaliteit

Om de impact van de netvoedingskwaliteit op de levensduur van de motor te verminderen, moeten maatregelen worden genomen om de voedingsspanning en -frequentie te stabiliseren. Installeer spanningsregelaars, filters of andere apparatuur in het voedingscircuit van de motor om spanningsschommelingen en stroomharmonischen te onderdrukken. Gebruik voor kritieke motorapparatuur onafhankelijke voedingscircuits om interferentie van andere apparaten te voorkomen. Inspecteer en onderhoud daarnaast regelmatig het voedingssysteem om storingen in de voeding snel te identificeren en op te lossen.
Vermijd overbelasting

Kies bij het selecteren van een motor een model met een nominaal vermogen dat groter is dan of gelijk is aan de werkelijke belastingsbehoefte, gebaseerd op de werkelijke belastingsomstandigheden. Bewaak de belasting tijdens bedrijf om overbelasting te voorkomen. Installeer overbelastingsbeveiligingen (bijv. thermische relais of overstroomrelais) die de stroom direct uitschakelen bij overbelasting en zo de motor beschermen. Zorg er intussen voor dat de motor zo min mogelijk langdurig continu draait, zodat de motor voldoende rusttijd heeft om oververhitting te voorkomen.
Voorkom kortsluitingen en aardfouten

Versterk de isolatietest en het onderhoud van motorwikkelingen om kortsluiting en aardfouten te voorkomen. Meet regelmatig de isolatieweerstand van de wikkelingen met een isolatieweerstandstester om te controleren of deze aan de specifieke eisen voldoet. Voer bij nieuw geïnstalleerde motoren of motoren die lang stationair draaien isolatietests uit vóór gebruik. Houd de binnenkant van de motor tijdens bedrijf schoon en droog om te voorkomen dat olie, vocht of andere stoffen in de wikkelingen terechtkomen. Installeer daarnaast geschikte beveiligingsvoorzieningen (bijv. kortsluitbeveiliging en aardbeveiliging) om de stroomvoorziening snel uit te schakelen in geval van storingen en zo schade te minimaliseren.

4.2 Versterk het onderhoud van mechanische componenten

Lageronderhoud

Regelmatige inspectie en smering zijn essentieel voor een langere levensduur van lagers. Ontwikkel een redelijk smeerschema op basis van de bedrijfsomstandigheden van de motor en het lagertype, en kies de juiste smeerolie of het juiste vet. Zorg voor een schone smering om te voorkomen dat er onzuiverheden in de lagers terechtkomen. Controleer ondertussen regelmatig de lagertemperatuur, trillingen en het geluid om vroegtijdige lagerdefecten snel op te sporen. Vervang lagers onmiddellijk als er slijtage, abnormale geluiden of andere problemen optreden om escalatie van de defecten te voorkomen.
Onderhoud van borstels en commutator

Controleer de borstelslijtage regelmatig; vervang de borstels direct wanneer de slijtage een bepaalde grens bereikt. Gebruik bij het vervangen van de borstels producten die overeenkomen met het originele borstelmodel om consistent materiaal, maat en prestaties te garanderen. Pas tijdens de installatie de borsteldruk aan om een goed contact tussen de borstels en de collector te garanderen. Reinig en polijst daarnaast regelmatig het collectoroppervlak om oxidelagen, vuil en krassen te verwijderen en een glad oppervlak te behouden. Voorkom beschadiging van de isolatielaag van de collector tijdens het reinigen en polijsten.
Verminder trillingen en schokken

Zorg tijdens de installatie van de motor voor een stabiele en betrouwbare fundering en een nauwkeurige positionering om resonantie tussen de motor en andere apparatuur te voorkomen. Gebruik schokabsorberende voorzieningen (bijv. schokabsorberende pads of dempers) om de trillingsoverdracht tijdens het gebruik van de motor te verminderen. Neem effectieve beschermende maatregelen tijdens het transport en de verplaatsing van de motor om zware schokken of trillingen te voorkomen. Controleer en draai daarnaast regelmatig de bevestigingsbouten van de motor vast om verhoogde trillingen door losse bouten te voorkomen.

4.3 Verbeter de werkomgeving

Controleer de omgevingstemperatuur

Zorg voor effectieve koelmaatregelen om ervoor te zorgen dat de motor in een geschikte omgevingstemperatuur werkt. Verbeter de ventilatie en warmteafvoer voor binnenmotoren (bijv. door ventilatoren of ventilatiekanalen te installeren); gebruik voor motoren in omgevingen met hoge temperaturen geforceerde koeling (bijv. waterkoeling of oliekoeling). Installeer de motor niet in direct zonlicht of in de buurt van warmtebronnen om de invloed van de omgevingstemperatuur te verminderen. Verwijder regelmatig stof en vuil van het motoroppervlak om een goede warmteafvoer te behouden.
Bescherming tegen vocht en corrosie

Voor motoren die in vochtige omgevingen worden gebruikt, moeten vochtwerende maatregelen worden genomen (bijv. vochtwerende verwarming installeren of vochtwerende isolatiematerialen gebruiken) om het motorinterieur droog te houden. Voor motoren in corrosieve omgevingen moeten modellen met corrosiebestendigheid worden gekozen (bijv. motoren met roestvrijstalen behuizingen of anticorrosiecoatings). Breng regelmatig anticorrosiebehandelingen aan op de motor (bijv. roestwerende verf aanbrengen of gecorrodeerde onderdelen vervangen) om schade door corrosieve stoffen te beperken.
Stofpreventie en -reiniging

Installeer stofkappen of filters bij de luchtinlaten en -uitlaten van de motor om te voorkomen dat stof en vuil het interieur binnendringen. Reinig de motor regelmatig om oppervlaktestof, olie en ander vuil te verwijderen. Volg de aangegeven procedures bij het reinigen van het motorinterieur om schade te voorkomen. Bescherm precisiecomponenten (bijv. wikkelingen en commutatoren) tijdens het reinigen tegen beschadiging.

4.4 Regelmatige inspectie en onderhoud

Regelmatige patrouille-inspecties

Ontwikkel een uitgebreid inspectiesysteem voor motorpatrouilles om de bedrijfsstatus van de motor regelmatig te controleren. Inspectiepunten zijn onder andere motortemperatuur, trillingen, geluid, stroomsterkte, spanning en het uiterlijk van componenten. Door middel van patrouilles kunt u problemen snel identificeren en corrigerende maatregelen nemen om escalatie van storingen te voorkomen.
Regelmatig testen

Voer regelmatig elektrische prestatietests uit op de motor, zoals isolatieweerstandstesten, DC-weerstandstesten, nullasttesten en belastingstesten, om de prestaties van de motor volledig te beoordelen. Deze tests helpen bij het detecteren van potentiële problemen (bijv. kortsluitingen in de wikkelingen, aardfouten of fouten tussen de windingen) en vormen een basis voor motoronderhoud en -reparatie.
Tijdige reparatie en vervanging van componenten

Repareer of vervang defecte of beschadigde motoronderdelen onmiddellijk. Volg tijdens reparaties strikt de technische vereisten van de motor om de reparatiekwaliteit te garanderen. Vervang onherstelbare onderdelen onmiddellijk om schade aan andere motoronderdelen te voorkomen. Houd gedetailleerde onderhoudsgegevens van de motor bij ter ondersteuning van toekomstig onderhoud en beheer.

5. Casestudies

5.1 Case 1: Verlenging van de levensduur van DC-motoren in een fabriek

In de productiewerkplaats van een fabriek werden meerdere gelijkstroommotoren gebruikt om transportbanden aan te drijven. Door onvoldoende onderhoud was de gemiddelde levensduur van de motor voorheen slechts 1 à 2 jaar. Frequente vervangingen verhoogden de productiekosten en verstoorden de planning. Om de levensduur te verlengen, implementeerde de fabriek de volgende maatregelen:

Spanningsregelaars en filters geïnstalleerd om de voedingsspanning te stabiliseren en stroomharmonischen te verminderen.
Motorbelasting opnieuw geëvalueerd en een aantal niet-passende motoren vervangen om overbelasting te voorkomen.
Er is een systeem voor regelmatig onderhoud ingevoerd: lagers worden maandelijks gesmeerd, koolborstels en collectoren worden elk kwartaal op slijtage gecontroleerd en versleten onderdelen worden onmiddellijk vervangen.
Verbeterde ventilatie van de werkplaats door het installeren van afzuigventilatoren om de omgevingstemperatuur te verlagen.
Regelmatig motorreiniging en stofpreventie uitgevoerd om binnendringen van stof te voorkomen.

Nadat deze maatregelen waren doorgevoerd, steeg de gemiddelde levensduur van de gelijkstroommotoren van de fabriek naar 3 tot 4 jaar. Hierdoor daalden de productiekosten aanzienlijk en verbeterde de efficiëntie.

5.2 Case 2: Onderhoud van een DC-motor in een elektrisch voertuig

Een gelijkstroommotor in een elektrisch voertuig vertoonde na een bepaalde gebruiksperiode een verminderd vermogen en meer geluid. Inspecties brachten ernstige lagerslijtage, matige slijtage van de borstels en de commutator, en een verminderde isolatieweerstand van de wikkeling aan het licht. De volgende onderhoudsmaatregelen werden genomen:

Versleten lagers vervangen en de nieuwe volledig gesmeerd.
Koolborstels vervangen en het collectoroppervlak gepolijst/schoongemaakt.
Isolatiebehandeling op de wikkelingen toegepast om de isolatieweerstand te herstellen.
Het stroomtoevoersysteem van de motor werd geïnspecteerd en aangepast om een stabiele stroomkwaliteit te garanderen.

Na het onderhoud verbeterden de prestaties van de motor aanzienlijk: het vermogen was hersteld, het geluid nam af en de levensduur werd effectief verlengd.

6. Conclusie

De levensduur van gelijkstroommotoren wordt ingrijpend beïnvloed door meerdere factoren, waaronder elektrische, mechanische en omgevingsfactoren. Om de levensduur van gelijkstroommotoren te verlengen, moeten vanuit meerdere perspectieven maatregelen worden genomen: het optimaliseren van de elektrische bedrijfsomstandigheden, het verbeteren van het onderhoud van mechanische componenten, het verbeteren van de werkomgeving en het uitvoeren van regelmatige inspectie en onderhoud.

Maatregelen zoals het garanderen van een stabiele netkwaliteit, het voorkomen van overbelasting en het voorkomen van kortsluiting/aardfouten verminderen de impact van elektrische factoren op de levensduur. Verscherpt onderhoud van lagers, borstels en commutatoren en het verminderen van trillingen/impact verlengen de levensduur van mechanische componenten. Het beheersen van de omgevingstemperatuur, het voorkomen van vocht/corrosie en het implementeren van stofpreventie/-reiniging verbeteren de werkomgeving. Regelmatige inspecties, testen en tijdige reparatie/vervanging van componenten helpen problemen snel te identificeren en op te lossen, waardoor een normale werking van de motor wordt gegarandeerd.

In praktische toepassingen moeten gepersonaliseerde onderhoudsplannen worden ontwikkeld op basis van de specifieke gebruiksomstandigheden en de werkomgeving van DC-motoren. Door effectieve maatregelen te nemen om de levensduur te verlengen, kan de betrouwbaarheid van apparatuur worden verbeterd, de productiekosten worden verlaagd en de werkefficiëntie worden verbeterd. Dankzij voortdurende technologische vooruitgang zullen geavanceerdere technologieën en methoden worden toegepast op het onderhoud en de verlenging van de levensduur van DC-motoren, waardoor de brede toepassing van DC-motoren beter wordt ondersteund.