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Title:
CIRCUIT ARRANGEMENT TO PREVENT BRUSH PROBLEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/007232
Kind Code:
A1
Abstract:
According to the invention the rotor winding (2) is powered via a circular current transformer (5), the secondary winding strands (7a, 7b) of which each have a symmetrical central tapping (8a, 8b). The central tappings (8a, 8b) are conductively connected to a terminal component (14) of the rotor circuit. The connection of the central tapping (8b) of one of the two secondary winding strands (7b) to the terminal component (14) of the rotor circuit passes via a current measuring device (13) which informs a limit transmitter (12) about the actual rotor current. When the rotor current falls below the lower limit, the limit transmitter (12) connects the primary winding strands (6a, 6b) of the circular current transformer (5) to an a.c. voltage course. This raises the rotor current to an optimum working range in relation to the current density in the brushes.

Inventors:
Schumacher, Walter
Application Number:
PCT/AT1995/000165
Publication Date:
March 07, 1996
Filing Date:
August 17, 1995
Export Citation:
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Assignee:
ELIN ENERGIEVERSORGUNG GMBH.
International Classes:
H01R39/58; H02K19/36; H02P25/26; (IPC1-7): H02K19/36; H01R39/46; H02P7/36
Foreign References:
GB889971A
DE902041C
CH545029A
DE2811302A1
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Description:
SCHrfΛ -TUNGSANORDNUNG ZUR VERHINDERUNG VON BÜRSTENPROBLEMEN

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Bürsten- probiemen bei Schleifringläufer-Maschinen aufgrund stark schwankender Belastung, wobei die Übertragung des Rotorstromes über Bürsten und Schleifringe erfolgt.

Kohlebürsten werden für die Stromübertragung sowohl bei Kommutatoren als auch bei Schleifringen von elektrischen Maschinen angewandt. Bei Betrieb werden Kommutatoren bzw. Schleifringe ständig abgenützt und müssen gewartet werden. Bezüglich der Strombelastbarkeit und des Bürstenauflagedrucks muß unterschieden werden, ob die Bürste als Kommutator- oder als Schleifringbürste verwendet wird. In beiden Fällen kommt es üblicherweise zu Schwierigkeiten durch Vibration der Bürsten.

Eine auf Schleifringen gleitende Bürste ist, da sie unter mechanisch und elektrisch günstigeren Bedingungen steht, naturgemäß mit einem wesentlich höheren Strom belastbar als eine Kommutatorbürste. Da sie nicht über Lamellenstege zu laufen braucht, kann sie auch einem höheren Auflagedruck ausgesetzt werden als eine auf einem Kommutator gleitende Bürste.

Die richtige Wahl des Bürstenmaterials ist für den Betreiber kein Problem. Er braucht lediglich die mit der Maschine mitgelieferte Bürstensorte beizubehalten. Selbst¬ verständlich sind neue Bürsten, bevor sie eingesetzt werden, auf die Rundungen der. Schleifringläuferfläche einzuschleifen. Die mechanischen Schwierigkeiten bei Verwendung von Kohlebürsten für die Stromübernahme sind - in letzter Zeit sogar auch das Vibrationsproblem der Bürsten - weitestgehend gelöst und bedeuten heutzutage praktisch kein Problem mehr.

Ein Problem elektrischer Art, als dessen Folge sich weitere mechanische und elektrische Schwierigkeiten ergeben, konnte jedoch bisher nicht gelöst werden. Hierbei geht es um die Problematik, daß Kohlebürsten die Eigenschaft haben, nur in einem relativ kleinen Belastungsbereich einwandfrei zu arbeiten. Dieser Arbeitsbereich ist durch die Grenzen der Strombelastbarkeit der Bürsten gegeben. Üblicherweise ist die Anzahl der Bürsten auf den maximalen Strom ausgelegt. Im Schwachlastbereich wird jedoch die minimal zulässige Stromdichte unterschritten, was zu Schäden bei den Bürsten und Schleifringen, sowie zu erhöhtem Bürstenverschleiß fuhrt.

Derzeit wird dieser Problematik mit manueller Bürstenabhebung bzw. mit automatischen Bürstenabhebevorrichtungen begegnet. Das heißt, es werden geteilte Bürstenträger verwendet - die Gesamtheit der Bürstenträger ist für den Maximalstrom ausgelegt -, wodurch die Möglichkeit besteht, bei Unterschreitung der minimalen Strombelastbarkeit der Bürsten einen oder mehrere Bürstenträgerteile von den Schleifringen abzuheben. Obzwar einige Typen von Bürstenabhebevorrichtungen relativ gut durchkonstruiert sind, ist diese Art der Problemlösung unbefriedigend. Vor allem ist es mit diesen Vorrichtungen nicht möglich, rasch wechselnden Belastungs¬ zyklen mit adäquater Geschwindigkeit Rechnung zu tragen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu konzipieren, welche sicher¬ stellt, daß der Bürstenverschleiß bei Unterschreitung bzw. bei rasch wechselnden Belastungsfallen die reguläre Abriebrate nicht überschreitet.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwicklung über einen Kreisstromtransformator gespeist ist, dessen Sekundär¬ wicklungsstränge je eine symmetrische Mittelanzapfung aufweisen, welche mit einer Abschlußkomponente des Rotorkreises leitend verbunden sind, und daß jedem Schleifring ein geradzahlig geteilter Bürstenträger zugeordnet ist, und daß Wicklungsanfang und Wicklungsende jeweils eines Sekundärwicklungsstranges mit jeweils der halben Anzahl von Bürstenträgerteilen des jeweils zugeordneten

Schleifringes leitend verbunden sind, und daß Wicklungsanfang und Wicklungsende jedes Primarwicklungsstranges des Kreisstromtransformators über Ein- Ausschaltkontakte eines Schaltgerates mit einer Wechselspannungsquelle leitend verbunden sind, und daß die Verbindung der Mittelanzapfung eines der beiden Sekundärwicklungsstränge mit der Abschlußkomponente des Rotorkreises über eine Strommeßeinrichtung geführt ist, welche einen Grenzwertmelder über die Rotor-Ist¬ stromstarke, und daß der Steuerstromkreis des Schaltgerates vom Grenzwertmelder gesteuert ist.

Dadurch ist es erstmals möglich, durch entsprechende Auslegung der erfindungs- gemaßen Schaltungsanordnung die Stromdichte an den Bürsten so einzustellen, daß wahrend der gesamten Betriebsdauer einer Maschine nur der minimale Bürstenabrieb stattfindet.

Die Erfindung soll nun an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs¬ beispieles naher erläutert werden. Dabei wird die erfindungsgemaße Schaltungs¬ anordnung bei einem Generator angewandt.

Die Fig. zeigt einen als ScWeifringlaufer-Maschine (1) ausgeführten Drehstrom¬ generator, dessen als Erregerwicklung ausgebildete Rotorwicklung (2) an zwei Schleifringe (3, 4) angeschlossen ist. Die Speisung der Rotorwicklung (2) erfolgt über einen Kreisstromtransformator (5), dessen Sekundärwicklungsstrange (7a, 7b) je eine symmetrische Mittelanzapfung (8a, 8b) aufweisen, welche mit einer als Erreger¬ gleichspannungsquelle ausgebildeten Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises leitend verbunden sind. Diese Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises ist über einen Drehstromtransformator (15) gespeist. Jedem Schleifring (3, 4) ist ein geradzahlig geteilter Bürstenträger (3a u. 3b sowie 4a u. 4b) zugeordnet; Wicklungs- anfang und Wicklungsende jeweils eines Sekundärwicklungsstranges (7a, 7b) sind mit jeweils der halben Anzahl von Bürstenträgerteilen (4a bzw. 4b sowie 3a bzw. 3b) des

jeweils zugeordneten Schleifringes (4, 3) leitend verbunden. Wicklungsanfang und Wicklungsende jedes Primarwicklungsstranges (6a, 6b) des Kreisstromtransformators (5) ist über Ein-Ausschaltkontakte (9a, 9b, 9c, 9d) eines als Schütz ausgeführten Schaltgerates (9) mit einer Wechselspannungsquelle (16a, 16b) leitend verbunden. Di Verbindung der Mittelanzapfung eines der beiden Sekundärwicklungsstrange (7a oder 7b), im vorliegenden Beispiel ist es die Mittelanzapfung (8b) des Sekundar- wicklungsstranges (7b), ist zur als Erregergleichspannungsquelle ausgebildeten Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises über eine Strommeßeinrichtung (13) geführt. Diese Strommeßeinrichtung (13) informiert einen Grenzwertmelder (12) über die Iststromstärke der Rotorwicklung (2). Ein Steuerstromkreis (10a, 10b) des Schaltgerates (9) ist mittels der Steuerspule (10b) vom Grenzwertmelder (12) steuerbar.

Im unerregten Betriebszustand fließt der Rotorstrom über die Mittelanzapfungen (8a, 8b) des Kreisstromtransformators (5) und halbiert sich sodann über die Wicklungs¬ hälften der Sekundarwicklungsstrange (7a, 7b) . Registriert der Grenzwertmelder (12) ein Unterschreiten des unteren Grenzwertes des Rotorstromes, tritt also ein erregter Betriebszustand ein, so veranlaßt er durch Schließen des Steuerstromkreises (10a, 10b), daß die Steuerspule (10b) anzieht und über die Ein-Ausschaltkontakte (9a, 9b, 9c, 9d) die Primarwickluπgsstrange (6a, 6b) des Kreisstromtransformators (5) mit der Wechselspannungsquelle (16a, 16b) verbunden werden. Als Folge dieses Vorganges wird in den Sekundarwicklungsstrangen (7a, 7b) des Kreisstromtransformators (5) dem von der als Erregergleichspannungsquelle ausgebildeten Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises gelieferten Gleichstrom ein Wechselstrom überlagert. Es entsteht somit ein Misch- oder Wellenstrom, dessen Gesamteffektivwert die

Anhebung der wirksamen Stromdichte in den Bürsten in den optimalen Arbeitsbereich bedeutet.