Welche Faktoren beeinflussen die Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren?

Stabilität der Versorgungsspannung und -strom

Die Stabilität von Spannung und Strom einer Stromversorgung ist entscheidend für die Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors. Ein Gleichstrommotor verfügt über eine Stromversorgung, die dem Motor Energie und eine Spannung bereitstellt. Bei einem fremderregten Gleichstrommotor ist die Drehzahl bei konstantem Erregerstrom annähernd proportional zur Ankerspannung. Wenn die Versorgungsspannung instabil ist, wird auch die Drehzahl des Gleichstrommotors instabil, wodurch eine stabile Rotation nicht mehr möglich ist. Beispielsweise sinkt bei einem Spannungsabfall von 10 % die Drehzahl des Gleichstrommotors proportional ab, was sich negativ auf die vom Motor angetriebene Ausrüstung auswirkt. Außerdem kann der Gleichstrommotor während der Drehzahlregelung (Geschwindigkeitsanpassung) keine ausreichende Leistung liefern, wenn der Strom aufgrund unzureichender Energieversorgung – insbesondere unter Lastbedingungen – nicht ausreicht. Um dies zu verhindern, sollte eine hochwertige, stabilisierte Stromversorgung verwendet werden. Zudem muss diese zur Nennspannung und zum Nennstrom des Gleichstrommotors passen. Die Ausgangsleistung der Stromversorgung sollte regelmäßig mit einem Multimeter überwacht werden, um Drehzahlschwankungen aufgrund von Problemen mit der Stromversorgung zu vermeiden.

Erregerstrom und Stärke der Magnetfelder

Der Erregerstrom ist der wichtigste Faktor, der die Stärke des Magnetfelds des Gleichstrommotors beeinflusst. Dieser Faktor ist außerdem von großer Bedeutung für die Drehzahlregelung. Bei shunt-erregten Gleichstrommotoren bewirkt eine Verringerung des Erregerstroms eine Abschwächung des Magnetfelds, wodurch – innerhalb eines sicheren Bereichs – die Drehzahl des Motors erhöht wird. Umgekehrt verstärkt sich das Magnetfeld bei Erhöhung des Erregerstroms, wodurch sich die Drehzahl verringert. Zudem kann ein zu geringer Erregerstrom das Magnetfeld so schwächen, dass der Gleichstrommotor „davonläuft“, also die Drehzahl des Motors die zulässige Grenze überschreitet, was äußerst schädlich ist. Auf der anderen Seite führt ein übermäßiger Erregerstrom zu einer Erhöhung der Eisenverluste und damit der Wärmeentwicklung, was sich negativ auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Gleichstrommotors auswirkt. Eine laufende Regelung des Stroms ist die beste Methode, um eine gleichmäßige Drehzahlregelung zu gewährleisten. Die Überprüfung der Erregerwicklung vor Inbetriebnahme (um Schäden zu erkennen oder einen Kurzschluss an der Erregerwicklung festzustellen) ist zwingend erforderlich. Falls ein Teilkurzschluss an der Erregerwicklung vorliegt, wird die Drehzahlregelung negativ beeinflusst (d. h. ungleichmäßig), da das Magnetfeld ebenfalls ungleichmäßig wird.

Ladungsmenge und Ladungsart

Die Art und Größe der Last beeinflusst direkt die Leistung eines Gleichstrommotors und seine Fähigkeit, die Drehzahl zu regeln. Jeder Motor hat eine maximale Lastkapazität, und wenn sich die auf den Motor wirkende Last ändert, wird sich die Drehzahl verändern. Wenn die Last zu groß ist, muss der Gleichstrommotor mehr Ausgangsdrehmoment erzeugen, um seine Rotation aufrechtzuerhalten. Dies führt wahrscheinlich zu einem erheblichen Drehzahlrückgang, selbst wenn die Spannungs- oder Stromerregung angepasst wird. Zum Beispiel wird ein Gleichstrommotor langsamer, wenn er einen Förderband antreibt und plötzlich die Anzahl der zu transportierenden Gegenstände zunimmt. Es gibt auch verschiedene Lastarten, die die Regelbarkeit der Drehzahl beeinflussen. Beispielsweise erfordern Lasten mit konstantem Drehmoment (wie Aufzüge), dass der Gleichstrommotor ein konstantes Drehmoment beibehält, selbst bei Drehzahlschwankungen. Im Gegensatz dazu ist eine Last mit variablem Drehmoment (wie Ventilatoren) eine Art Last, bei der das Drehmoment in Beziehung zur Drehzahl steht. Bei der Auswahl eines Gleichstrommotors ist es wichtig sicherzustellen, dass der Motor für die jeweilige Lastart geeignet ist. Ein Motor mit unzureichender Drehmomentleistung führt beispielsweise zu einer hohen Belastung, was eine schlechte Drehzahlregelung zur Folge hat. Zuletzt sollte während des Betriebs eines Gleichstrommotors keine plötzliche große Laständerung erfolgen. Dies ist ungünstig, da der Motor dann ständig seine Ausgangsleistungen ändern und neu einstellen muss. Dies führt zu einer schlechten und instabilen Drehzahl und verursacht zudem einen hohen Verschleiß.

Motorische Bauparameter und Komponentenqualität

Die innere Motorenqualität und die Parameter sind wichtig für eine stabile Drehzahlregelung. Es gibt mehrere Teile, die beeinflussen, wie der Motor auf Drehzahlanpassungen reagiert: Ankerwiderstand, Wicklungsanzahl und Rotorträgheit. Wenn ein Gleichstrommotor einen geringeren Ankerwiderstand aufweist, entsteht ein geringerer Spannungsabfall, wodurch die Drehzahlregelung empfindlicher und präziser werden kann. Die Anzahl der Wicklungen beeinflusst ebenfalls die Gegenspannung des Motors. Bei unzureichender Wicklung entsteht keine stabile Gegenspannung, wodurch die Drehzahl instabil wird. Auch die Größe der Rotorträgheit ist sehr wichtig. Gleichstrommotoren mit geringerer Rotorträgheit können schneller beschleunigen oder verzögern und dadurch die Drehzahlregelung besser verbessern. Die Qualität der Bauteile ist ebenfalls sehr wichtig. Abgenutzte Lager bedeuten mehr Reibung, wodurch der Gleichstrommotor stärker belastet wird und die Drehzahlregelung erschwert wird. Es kommt zu vermehrtem schlechten Kontakt, was schlechte Kommutatoren verursacht und zu unstetigen Übergängen zwischen den Drehzahlen führt. Aus diesem Grund sollten Gleichstrommotoren mit hochpräziser Fertigung gewählt und Kernkomponenten regelmäßig überprüft werden. Abgenutzte Lager müssen ersetzt, Kommutatoren sauber und unbeschädigt gehalten und sichergestellt werden, dass alle Wicklungen vorhanden sind.

Grad der Übereinstimmung für Steuerungssysteme und Geschwindigkeitsregelung

Der Grad der Abstimmung und das Steuersystem (wie ein Frequenzumrichter oder PWM-Regler) bestimmen, wie gut das System Gleichstrommotoren regelt. Die Ausgangssignale des Steuersystems sollten hoch, stabil und entsprechend den Eingangssteuersignalen sein. Die Steuersignale sollten sich gemäß dem Motor verändern. Schlechte Steuersysteme können langsame Signalausgänge und verzögerte Reaktionen aufweisen. Ein solches schlechtes System führt zu einer schlechten und instabilen Motordrehzahl. Eine unsachgemäße Abstimmung von Regler und Gleichstrommotor ist ein häufiges Problem. Ein Regler mit niedrigeren Leistungsgrenzen als der Gleichstrommotor führt zu einer schlechten Regelung. Andererseits kann ein Regler mit zu hohem Leistungsbereich zu hohen und instabilen Strömen und Drehzahlen führen. Ein 1,3-kW-Gleichstrommotor sollte für beste Leistung mit einem Regler ähnlicher Leistungskapazität kombiniert werden. Auch die Algorithmen des Steuersystems beeinflussen die Drehzahlregelung. Anspruchsvollere Algorithmen können dynamische Geschwindigkeitsänderungen infolge wechselnder Last ausgleichen. Das Steuersystem sollte direkt kalibriert und die Systemsoftware gegebenenfalls aktualisiert werden, um eine Verzögerung der Steuersignale im System zu minimieren. Stellen Sie sicher, dass die Verkabelung zwischen Regler und Gleichstrommotor fest sitzt, um Signalstörungen oder Stromverlust zu vermeiden.