DE1143914B

DE1143914B - Arrangement to avoid the chattering of the brushes of a DC or AC commutator machine

Info

Publication number: DE1143914B
Application number: DES52701A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Harz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-03-13
Filing date: 1957-03-13
Publication date: 1963-02-21

Description

Anordnung zur Vermeidung des Ratterns der Bürsten einer Gleich-oder Wechselstromkommutatormaschine Es ist bereits seit langem bekannt, daß die Bürsten von Gleichstromkommutatormaschinen im Leerlauf leicht rattern. Diese Erscheinung tritt besonders häufig bei Maschinen auf, die betriebsmäßig längere Leerlaufpausen haben, wie es beispielsweise bei Steuergeneratoren von Leonardumformem der Fall ist. Das Rattern der Bürsten führt zu einer starken Erwärmung der Kommutatoren und verursacht häufig ein Splittem der Bürsten, so daß unter Umständen ein ungestörter Betrieb gar nicht möglich ist. Mitunter lassen sich zwar geeignete Bürsten finden, bei denen das Rattern in nicht sehr stark ausgeprägtem Maße auftritt, diese Bürsten wirken sich aber in anderer Weise ungünstig aus. Auch Wechselstromkommutatormaschinen, beispielsweise einphasig gespeiste Bahnmotoren, zeigen im Leerlauf, beispielsweise bei Talfahrten, häufig die unangenehme Erscheinung des mit einem hohen Bürstenverschleiß verbundenen Ratterns.Arrangement to avoid the chattering of the brushes an equal or AC commutator machine It has long been known that the brushes of DC commutator machines in no-load operation. This appearance occurs particularly frequently with machines that have longer idle breaks during operation as is the case, for example, with control generators from Leonardumformem is. The rattling of the brushes leads to a strong heating of the commutators and often causes the brushes to split, so that under certain circumstances an undisturbed Operation is not possible at all. Sometimes it is possible to find suitable brushes, where the chatter is not very pronounced, these brushes but have an unfavorable effect in other ways. AC commutator machines, for example, single-phase fed rail motors, show idling, for example when going downhill, often the unpleasant appearance of a high brush wear associated rattling.

Es ist ferner bekannt, daß das Rattern stromloser Bürsten bereits bei einer schwachen Belastung der Bürsten verschwindet. Eine bekannte Anordnung sieht daher für elektrische Maschinen, insbesondere Gleichstrom-Wendepolmaschinen, vor, bei stromlosem Zustand des Hauptfeldes der Maschine den Hilfspolen einen Fremdstrom zuzuführen, der Kurzschlußströme unter den Bürsten erzeugt. Es wird also in der Maschine an den Hilfspolen ein neues Feld aufgebaut, welches in den kurzgeschlossenen Windungen des Läufers unter den Bürsten Kurzschlußströme erzeugt, so daß die Bürsten dadurch belastet werden. Die Größe dieser Kurzschlußströme ist völlig unbestimmt und nur durch die Erregung der Hilfspole beeinflußbar. Sie hängt von der Drehzahl der Maschine ab, da bei höheren Drehzahlen höhere Spannungen am Hilfspol entstehen, sowie von den an der Maschine vorhandenen Bürstenübergangswiderständen. Die Kurzschlußströme führen ferner zu einer erhöhten Abnutzung der Bürsten, da diese jeweils beim übertritt auf die nächste Windung die öffnungsspannung der Windung ertragen müssen, welche bei normalem Betrieb der Maschine durch das Hilfspolfeld kleingehalten wird. Da die den Kurzschlußstrom führenden Windungen außerdem koaxial zum Hauptfeld der Maschine liegen, wird durch die Kurzschlußströme auch das Hauptfeld der Maschine beeinflußt. Es herrscht eine größere Flußverkettung als während des normalen Betriebes, so daß sich die Spannung oder die Drehzahl der Maschine verändern.It is also known that the chatter of electroless brushes already exists disappears with a light load on the brushes. A well-known arrangement therefore provides for electrical machines, especially direct current reversing pole machines, before, when the main field of the machine is de-energized, an external current is applied to the auxiliary poles feed, which generates short-circuit currents under the brushes. So it will be in the Machine built a new field on the auxiliary poles, which in the short-circuited Windings of the rotor generated short-circuit currents under the brushes, so that the brushes be burdened by it. The magnitude of these short-circuit currents is completely indeterminate and can only be influenced by the excitation of the auxiliary poles. It depends on the speed the machine, as higher voltages arise at the auxiliary pole at higher speeds, as well as the brush contact resistances on the machine. The short circuit currents also lead to increased wear and tear on the brushes, as they each step over must endure the opening voltage of the turn on the next turn, which is kept small by the auxiliary pole field during normal operation of the machine. There the windings carrying the short-circuit current are also coaxial with the main field of the machine the main field of the machine is also influenced by the short-circuit currents. There is a greater flow linkage than during normal operation, so that the voltage or the speed of the machine change.

Durch die Erfindung werden die durch das Leerlaufrattern der Bürsten bedingten Schwierigkeiten für Gleich- und Wechselstromkommutatormaschinen behoben, sowie die Nachteile der Belastung der Bürsten mit Kurzschlußströmen vermieden.The invention prevents the brushes from rattling idle fixed problems for DC and AC commutator machines, and the disadvantages of loading the brushes with short-circuit currents are avoided.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermeidung des Ratterns der Bürsten einer Gleich- oder Wechselstromkommutatonnaschine durch Belastung der Bürsten bei Leerlauf und Schwachlast mit Strom aus einer Fremdspannungsquelle; die Erfindung besteht darin, daß Bürsten gleicher Polarität und Phase an die Pole jeweils einer Fremd-Wechselspannungsquelle gelegt sind. Dadurch, daß jeweils Bürsten gleicher Polarität und Phase an die Wechselspannung gelegt sind, werden immer nur die Kollektorlamellen selbst bzw. nur ein geringer Anteil der Läuferwicklung von Strom durchflossen. Zweckmäßig ist der Wechselstrom über einen Umspanner zugeführt, dessen Zweitwicklung mit einer Mittelanzapfung für den diesen Bürsten zugeordneten Anschlußleiter des Betriebsstromes versehen ist.The invention relates to an arrangement for preventing rattling of the brushes of a DC or AC commutation machine by loading the Brushing with no-load and light load with electricity from an external voltage source; the Invention is that brushes of the same polarity and phase to the poles, respectively an external AC voltage source. Because each brush is the same Polarity and phase are applied to the alternating voltage, only the collector lamellas are ever used itself or only a small proportion of the rotor winding has current flowing through it. Appropriate the alternating current is supplied via a transformer whose secondary winding is connected to a Center tap for the connecting conductor of the operating current assigned to these brushes is provided.

Der der Fremdspannungsquelle entnommene Wechselstrom kann gegebenenfalls auch mehrphasig sein. Dieser den Bürsten zugeführte Wechselstrom ist vom Betriebsstrom der Maschine unabhängig, da der Betriebsstrom der Zweitwicklung des Umspanners über eine Mittelanzapfung zugeführt wird. Der in diesem Anschlußleiter fließende Betriebsstrom durchsetzt die beiden Hälften der Zweitwicklung in entgegengesetztem Sinn in gleicher Weise, so daß im Umspanner kein vom Betriebsstrom herrührender Fluß erzeugt wird. Außerdem ist die Größe des über die Bürsten fließenden Wechselstromes beeinflußbar, da dieser den Bürsten vom Sekundärkreis des Umspanners auf rein galvanischem Wege zugeleitet wird. Es empfiehlt sich, die einer Kommutatorlamelle zugeteilten Bürsten in zwei oder mehrere gegeneinander isolierte Gruppen von Bürsten aufzuteilen, denen der Wechselstrom zugeführt wird. Der Wechselstrom schließt sich in diesem Fall allein über die Kommutatorlamelle und fließt nicht über die Läuferwicklung. Es ist aber ebenfalls möglich, den Wechselstrom Bürsten gleicher Polarität und Phase, die eine oder mehrere Polpaarteilungen voneinander entfernt sind, zuzuführen. In diesem Falle brauchen die Bürstenbolzen nicht in zwei oder mehrere voneinander isolierte Teile aufgeteilt zu werden, allerdings muß sich dann der Wechselstrom über die Läuferwicklung bzw. soweit vorhanden über Ausgleichswicklungen der Maschine schließen. Selbst wenn sich jedoch die Wechselströme über Teile der Läuferwicklung schließen, erzeugen die von gleichphasigen Bürsten ausgehenden Ströme kein Feld, sondern heben sich in magnetischer Hinsicht auf.The alternating current drawn from the external voltage source can optionally also be multi-phase. This alternating current supplied to the brushes is the operating current independent of the machine, since the operating current of the secondary winding of the transformer is over a center tap is fed. The operating current flowing in this connecting conductor penetrates the two halves of the second winding in opposite directions in the same way Way, so that no flow resulting from the operating current is generated in the transformer. In addition, the size of the alternating current flowing through the brushes can be influenced, because this the brushes from the secondary circuit of the transformer in a purely galvanic way is forwarded. It is advisable to use a commutator bar assigned brushes in two or more mutually isolated groups of brushes to divide to which the alternating current is supplied. The alternating current closes in this case only via the commutator bar and does not flow via the rotor winding. But it is also possible to use alternating current brushes of the same polarity and phase, the one or more pole pair pitches are distant from each other, to be supplied. In In this case the brush pins do not need to be separated in two or more from each other Parts to be divided, but then the alternating current must be via the rotor winding or, if available, close by means of compensating windings on the machine. Even if however, the alternating currents close over parts of the rotor winding the currents emanating from in-phase brushes are not a field, but are raised in magnetic terms.

In den Fig. 1 bis 3 sei die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.In FIGS. 1 to 3 , the invention will be explained on the basis of exemplary embodiments.

Die Fig. 1 gibt die Abwicklung des Kommutators 1 einer sechspoligen Gleichstromkommutatormaschine mit den positiven Bürstenpaaren 2, 3 und 4 und den negativen Bürstenpaaren 5, 6 und 7 wieder. Die Einzelbürsten a und b jedes Bürstenpaares sind voneinander isoliert, indem sie beispielsweise an einem isolierten Bürstenbolzen befestigt sind. Die Einzelbürsten 2a, 3a und 4a sind an das eine Ende der Zweitwicklung des Umspanners 8 und die Bürsten 2 b, 3 b und 4 b an das andere Ende dieses Umspanners angeschlossen. Der betriebsmäßige Gleichstrom wird einer Mittelanzapfung der Zweitwicklung des Umspanners 8 zugeführt. In der gleichen Weise sind die negativen Einzelbürsten 5 a, 6 a und 7 a bzw. 5 b, 6 b und 7b an die Zweitwicklung des Umspanners 9 angeschlossen, an dessen Mittelanzapfung der Gleichstrom abgeführt wird. Die Erstwicklungen der beiden Umspanner 8 und 9 werden von einem Wechselstromnetz gespeist. Da der Gleichstrom den Zweitwicklungen der Umspanner 8 und 9 in der Mitte zugeführt wird und somit diese Wicklungen zu gleichen Teilen im entgegengesetzten Sinne durchfließt, erzeugt er keinen Fluß in den Umspannern. Der durch die Umspanner 8 und 9 erzeugte Wechselstrom fließt von den mit a gekennzeichneten Bürsten zu den mit b gekennzeichneten Bürsten und bildet sich unabhängig vom betriebsmäßigen Gleichstrom aus. Der Wechselstrom kann mithin auch bei Leerlauf fließen, d. h. wenn die betriebsmäßige Gleichstromspannung gleich Null ist, so daß das Rattern der Bürsten bei Leerlauf verhindert wird. 1 shows the development of the commutator 1 of a six-pole direct current commutator machine with the positive pairs of brushes 2, 3 and 4 and the negative pairs of brushes 5, 6 and 7 . The individual brushes a and b of each pair of brushes are insulated from one another, for example by being attached to an insulated brush bolt. The individual brushes 2a, 3a and 4a are connected to one end of the second winding of the transformer 8 and the brushes 2b, 3b and 4b to the other end of this transformer. The operational direct current is fed to a center tap of the secondary winding of the transformer 8. In the same manner, the negative single brushes 5 are a, 6 a and 7 a and 5 b, 6 b and 7b connected to the secondary winding of the voltage transformer 9, at the center tap of the DC power is dissipated. The first windings of the two transformer 8 and 9 are fed from an alternating current network. Since the direct current is fed to the second windings of the transformers 8 and 9 in the middle and thus flows through these windings in equal parts in the opposite direction, it does not generate any flux in the transformers. The alternating current generated by the transformers 8 and 9 flows from the brushes marked with a to the brushes marked with b and develops independently of the operational direct current. The alternating current can therefore also flow when idling, i. H. when the operational DC voltage is zero, so that the rattling of the brushes is prevented when idling.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird der Wechselstrom den um eine Polpaarteilung voneinander entfernten Bürsten 2 und 3 bzw. 5 und 6 mittels der Umspanner 8 und 9 zugeführt. Die Bürstenbolzen brauchen hierbei nicht aus zwei voneinander isolierten Hälften zu bestehen, dafür schließt sich der zugeführte Wechselstrom über Teile der Ankerwicklung der dargestellten Maschine.In the exemplary embodiment in FIG. 2, the alternating current is fed to the brushes 2 and 3 or 5 and 6, which are separated from one another by a pole pair pitch, by means of the transformers 8 and 9 . The brush bolts do not need to consist of two halves isolated from one another; instead, the alternating current supplied is connected via parts of the armature winding of the machine shown.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung, bei der der vom Betriebsstrom unabhängige Wechselstrom mehrphasig ist, zeigt die Fig. 3. Statt der zwei einphasigen Umspanner 8 und 9, die in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden, dient in der Anordnung der Fig. 3 ein dreiphasiger Drehstromumspanner zur Zuführung des vom Betriebsstrom unabhängigen Wechselstromes. Den Bürsten 2 bis 7 der sechspoligen Maschine 1 wird der vom Betriebsstrom unabhängige Wechselstrom mit Hilfe des dreiphasigen Drehstromumspanners 10 zugeführt. Der Umspanner 10 ist zu diesem Zweck mit zwei in Stern geschalteten Zweitwicklungssysternen versehen. Der eine Stempunkt bildet dabei den negativen, der andere den positiven Pol des betriebsmäßigen Gleichstromes. Die von der Erstwickhing in den beiden Zweitwicklungen des Umspanners 10 erzeugten Wechselströme schließen sich über die Bürsten 2, 3 und 4 bzw. 5, 6 und 7. Auch hierbei brauchen die Bürstenbolzen nicht aus zwei voneinander isolierten Hälften zu bestehen, dafür fließen die vom Umspanner 10 erzeugten Ströme über Teile der Ankerwicklung.An embodiment of an arrangement according to the invention, in which the independent of the operating current AC is multiphase, FIG. 3. Instead of the two single-phase transformer 8 and 9, which is used in the embodiments of FIGS. 1 and 2 are used in the The arrangement of FIG. 3 shows a three-phase alternating current transformer for supplying the alternating current which is independent of the operating current. The alternating current, which is independent of the operating current, is fed to the brushes 2 to 7 of the six-pole machine 1 with the aid of the three-phase three-phase converter 10. For this purpose, the transformer 10 is provided with two star-connected second winding systems. One star point forms the negative, the other the positive pole of the operational direct current. The alternating currents generated by the first winding in the two second windings of the transformer 10 are closed via the brushes 2, 3 and 4 or 5, 6 and 7. Here, too, the brush bolts do not have to consist of two halves isolated from one another; instead, they flow from the transformer 10 generated currents through parts of the armature winding.

Die in Durchführung des Erfindungsgedankens verwendeten Umspanner, die zur Erzeugung eines vom Betriebsstrom unabhängigen Wechselstromes erforderlich sind, können sehr klein gehalten werden, da die aufzubringenden Spannungen lediglich durch die Bürstenübergangswiderstände bedingt sind. Die den Betriebsströmen überlagerten Wechselströme werden dann so gewählt, daß kein Leerlaufrattern auftritt.The transformer used in carrying out the idea of the invention, required to generate an alternating current that is independent of the operating current can be kept very small, since the stresses to be applied are only are caused by the brush contact resistances. The superimposed on the operating currents Alternating currents are then chosen so that no idle chatter occurs.

Claims

PATENT CLAIMS-1. Arrangement to avoid brush chatter a DC or AC commutator machine due to the load on the brushes Idle and low load with electricity from an external voltage source, characterized in that brushes of the same polarity and phase to the poles of a Freind AC voltage source are laid.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the alternating current is supplied via a transformer whose second winding is provided with a center tap for the connecting conductor of the operating current assigned to these brushes. 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the alternating current supplied to the brushes is polyphase. 4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the brushes assigned to a commutator bar are divided into two or more mutually insulated groups of brushes to which the alternating current is fed. 5. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the alternating current is supplied to brushes of the same polarity and phase, one or more pole pair pitches from one another. Documents considered: German Patent No. 521805.