CS219216B1

CS219216B1 - A device for reducing the wear of brushes and a commutator of a DC rotating machine

Info

Publication number: CS219216B1
Application number: CS237981A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ledr; Otakar Ruzicka
Original assignee: Zdenek Ledr; Otakar Ruzicka
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Uvedené omezení se provádí pomocí umělého proudového zatížení kartáčů a je určeno zejména pro stroje velkých výkonů. Zařízení pro tento účel je provedeno tak, že každý z nosníků kartáčů je v axiálním směru rozdělen na dvě, vzájemně odizolované části. Na každé z těchto částí je upevněna polovina z celkového počtu kartáčů, připadající na jeden pól sběrného ústrojí stejné polarity, přičemž části stejné polarity jsou vzájemně propojeny dvojicí sběrných kruhů. Každá z dvojice těchto kruhů je připojena k sekundárnímu vinutí jednoho jednofázového transformátoru. Primární vinutí obou transformátorů jsou spojena paralelně a jsou napájena zdrojem střídavého jednofázového napětí. Sekundární vinutí obou jednofázových transformátorů jsou opatřena středními vývody, kterými jsou připojena k napájecím svorkám stejnosměrného točivého stroje.The above limitation is carried out by means of an artificial current load on the brushes and is intended especially for high-power machines. The device for this purpose is designed in such a way that each of the brush carriers is divided in the axial direction into two mutually insulated parts. Half of the total number of brushes, corresponding to one pole of the collector device of the same polarity, is mounted on each of these parts, while the parts of the same polarity are interconnected by a pair of collector rings. Each of the pair of these rings is connected to the secondary winding of one single-phase transformer. The primary windings of both transformers are connected in parallel and are supplied by a single-phase alternating voltage source. The secondary windings of both single-phase transformers are provided with middle terminals, through which they are connected to the supply terminals of the DC rotating machine.

Description

Vynález se týká zařízení k omezení opotřebování kartáčů a komutátoru stejnosměrného točivého stroje. Uvedené omezení se provádí pomocí umělého proudového zatížení kartáčů a je vhodné zejména pro stroje velkých výkonů.The invention relates to a device for reducing the wear of brushes and a commutator of a DC rotary machine. This limitation is achieved by means of an artificial current load of the brushes and is particularly suitable for machines of high power.

Ze zkušenosti je známo, že kartáče sběrného ústrojí rychle ubývají, klesne-li jimi převáděný proud pod cca 30 % hodnoty jmenovitého proudu stroje. Současně dochází v takovém případě i k mimořádnému opofřebování komutátorových lamel. K těmto jevům dochází například tam, kde stejnosměrný motor pohání odstředivé čerpadlo s velkým otáčkovým regulačním rozsahem, docilovaným změnou buzení stejnosměrného* motoru při stálém kotevním napětí.It is known from experience that the collector brushes decrease rapidly when the current transferred by them drops below about 30% of the rated machine current. At the same time, the commutator slats are extremely worn. These phenomena occur, for example, where a DC motor drives a centrifugal pump with a large speed control range, achieved by varying the excitation of the DC motor at a constant anchor voltage.

Vzhledem k tomu, že se příkon odstředivého čerpadla mění přibližně se třetí mocninou jeho otáček, snižuje se při malých otáčkách a při stálém kotevním napětí rovněž se třetí mocninou otáček motoru i jeho kotevní proud, který může klesnout až pod 30 % své jmenovité hodnoty.Since the power consumption of a centrifugal pump varies approximately with the square of its speed, its anchor current, which can fall below 30% of its nominal value, also decreases with a square of the engine speed at low speed and at a constant anchor voltage.

Odstranění tohoto nežádoucího stavu se doposud provádí tak, že se při malých otáčkách regulačního rozsahu zvedá na všech roubících sběrného ústrojí určitý počet kartáčů, aby zbylé kartáče byly dostatečně proudově vytíženy. Protože obvykle jsou ve většině případů roubíky sběrného ústrojí špatně přístupné, je dosud používaný způsob, který se provádí za chodu stroje, pro obsluhující personál obtížný a životu nebezpečný. Zvedání určitého počtu kartáčů tímto způsobem je vyloučeno, v čerpacích stanicích bez obsluhy, které mají samočinné dálkové řízení otáček motorů, pracující v závislosti na požadovaném množství vody nebo jejího tlaku.The removal of this undesirable state has hitherto been effected by raising a certain number of brushes at all speed of the collecting device at low revolutions of the control range, so that the remaining brushes are sufficiently loaded. Since, in most cases, the gags of the collecting device are difficult to access, the method used so far, which is carried out while the machine is running, is difficult and life-threatening for the operating personnel. Lifting a certain number of brushes in this way is avoided, in unmanned gas stations having an automatic remote engine speed control, operating in dependence on the required amount of water or its pressure.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny zařízením k omezení opotřebování kartáčů a komutátoru stejnosměrného točivého stroje podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každý nosník kartáčů sběrného ústrojí sestává z první a druhé části, které jsou od sebe i od nosné konstrukce odizolovány pomocí izolátorů. Všechny první části nosníků kartáčů stejné polarity jsou vzájemně propojeny prvním sběrným kruhem a všechny jejich druhé části druhým sběrným kruhem, kdežto všechny první části nosníků kartáčů opačné polarity jsou vzájemně propojeny třetím sběrným kruhem a všechny jejich druhé části čtvrtým sběrným kruhem.These drawbacks are eliminated by the brush wear reducing device and the commutator of the DC rotating machine of the invention, which consists in that each brush carrier of the collecting device consists of first and second parts which are insulated from each other and from the support structure by insulators. All the first parts of the brushes of the same polarity are interconnected by the first collecting ring and all the second parts by the second collecting ring, while all the first parts of the opposite polarity brush beams are interconnected by the third collecting ring and all the second parts by the fourth collecting ring.

První a druhý sběrný kruh je připojen k sekudárnímu vinutí prvního jednofázového transformátoru, třetí a čtvrtý sběrný kruh je připojen k sekundárnímu vinutí druhého jednofázového transformátoru. Zároveň jsou primární vinutí obou jednofázových transformátorů vzájemně spojena paralelně a přes stykač jsou připojena ke zdroji jednofázového napětí. Sekundární vinutí obou jednofázových transformátorů jsou opatřena středními vývody spojenými s napájecími svorkami stejnosměrného točivého stroje. V obvodu budicího vinutí tohoto stroje je proudové relé, jehož pracovní kontakt je zapojen do obvodu cívky stykače.The first and second header rings are connected to the secondary winding of the first single-phase transformer, the third and fourth header rings are connected to the secondary windings of the second single-phase transformer. At the same time, the primary windings of the two single-phase transformers are connected in parallel and connected to a single-phase voltage source via a contactor. The secondary windings of both single-phase transformers are equipped with middle terminals connected to the supply terminals of the DC rotary machine. There is a current relay in the field winding circuit of this machine, the operational contact of which is connected to the contactor coil circuit.

Zařízení podle vynálezu je svým řešením jednoduché. Spolehlivě omezuje opotřebování kartáčů i komutátorů, čímž zároveň umožňuje správnou komutaci a tím i bezporuchový provoz stejnosměrných točivých strojů s velkým regulačním rozsahem, který je spojen s velkými změnami napájecího proudu. Navíc je tímto zařízením zajištěna i bezpečnost obsluhujícího personálu.The device according to the invention is simple in its solution. It reliably reduces the wear of brushes and commutators, thus enabling correct commutation and thus trouble-free operation of large-range DC rotary machines, coupled with large variations in supply current. In addition, the safety of the operating personnel is ensured by this device.

Příklad provedení zařízení k omezení opotřebování kartáčů a komutátoru podle vynálezu je na výkrese, ve kterém je pro jednoduchost znázorněno pouze sběrné ústrojí jednoho pólu kladné polarity motoru. Na výkrese nejsou zakresleny zdroje jednofázoho a řídicího napětí a budicí zdroj.An exemplary embodiment of a brush and commutator wear reduction device according to the invention is shown in the drawing, in which only the collector of one pole of the positive polarity of the motor is shown for simplicity. The drawing does not show single-phase and control voltage sources and excitation source.

Každý z nosníků kartáčů sběrného ústrojí je v axiálním směru rozdělen na dvě části, tj. na první část IA nosníku kartáčů a na druhou část IB nosníku kartáčů. Obě části ΙΑ, IB nosníku jsou od sebe i od nosné konstrukce 2 odizolovány pomocí izolátorů 3. Na každé z částí ΙΑ, IB nosníku je upevněna polovina celkového počtu kartáčů, připadající na jeden pól sběrného ústrojí stejné polarity. Všechny první části IA nosníků pólů kladné polarity jsou vzájemně propojeny prvním sběrným kruhem 4A a všechny druhé části IB nosníků téže polarity jsou vzájemně propojeny druhým sběrným kruhem 4B. Obdobně jsou vzájemně třetím sběrným kruhem 4C propojeny všechny první části IA nosníků pólů záporné polarity a čtvrtým sběrným kruhem 4D všechny druhé části IB (nosníků téže polarity.Each of the collecting device brush beams is divided in the axial direction into two parts, i.e. the first part IA of the brush support and the second part IB of the brush support. The two parts ΙΑ, IB of the beam are insulated from each other and from the supporting structure 2 by means of insulators 3. On each of the parts ΙΑ, IB of the beam are attached half of the total number of brushes per pole of the collector of the same polarity. All the first portions IA of the positive polarity poles are interconnected by the first collector ring 4A and all the second portions IB of the same polarity beams are interconnected by the second collector ring 4B. Similarly, all the first portions of the negative polarity pole beams IA are connected to the third collector ring 4C and all the second portions IB (beams of the same polarity) to the fourth collector ring 4D.

K prvnímu a druhému sběrnému kruhu 4A, 4B je připojeno sekundární vinutí prvního jedofázového transformátoru 5A a ke třetímu a čtvrtému sběrnému kruhu 4C, 4D je připojeno sekundární vinutí druhého- jednofázového transformátoru SB. Primární vinutí obou jednofázových transformátorů 5A, SB jsou vzájemně zapojena paralelně a přes stykač 6 s cívkou 6a jsou připojena ke zdroji střídavého jednofázového napětí. Sekundární vinutí obou jednofázových transformátorů SA, 5B jsou opatřena středními vývody.A secondary winding of the first single-phase transformer 5A is connected to the first and second header rings 4A, 4B and a secondary winding of the second-single-phase transformer SB is connected to the third and fourth header rings 4C, 4D. The primary windings of the two single-phase transformers 5A, SB are connected in parallel and are connected to a single-phase AC power supply via a contactor 6 with the coil 6a. Secondary windings of both single-phase transformers SA, 5B are equipped with middle outlets.

Střední vývod sekundárního vinutí prvního jednofázového transformátoru 5A je připojen ke kladné napájecí svorce motoru a střední vývod sekundárního vimutí druhého jednofázového transformátoru 5B je připojen k záporné svorce motoru. V obvodu budicího vinutí 7 stejnosměrného motoru je proudové relé 8, jehož pracovní kontakt 8a je zapojen do obvodu cívky 6a stykače 6.The secondary secondary winding terminal of the first single-phase transformer 5A is connected to the positive motor power terminal and the secondary secondary winding terminal of the second single-phase transformer 5B is connected to the negative motor terminal. In the circuit of the excitation winding 7 of the DC motor, there is a current relay 8 whose operational contact 8a is connected to the coil circuit 6a of the contactor 6.

Funkce zařízení je následující: stejnosměrný napájecí proud o hodnotě I vstupuje z kladné napájecí svorky do středního vývodu sekundárního vinutí prvního jednofázového transformátoru SA, kde se dělí ina dvě stejné složky, z nichž každá je o hodnotě 1/2, při6The function of the device is as follows: A DC supply current of I value enters from the positive supply terminal to the middle terminal of the secondary winding of the first single-phase transformer SA, where two equal components are divided, each of 1/2, at 6

219210 čemž jedna složka vstupuje do prvního sběrného kruhu 4A a druhá složka do druhého· sběrného kruhu 4B. Z obou sběrných kruhů 4A a 4B se obě složky dostanou přes příslušné kartáče do komutátoru stejnosměrného motoru, kde se opět sečtou na proud o hodnotě I.219210, one component entering the first collecting ring 4A and the other component entering the second collecting ring 4B. From the two collector rings 4A and 4B, the two components reach the commutator of the DC motor via the respective brushes, where they are again added to the I current.

Poněvadž obě složky o hodnotě 1/2 procházejí sekundárním vinutím prvního jednofázového transformátoru 5A navzájem protiběžně, ruší se jejich magnetická napětí, takže magnetický obvod prvního jednafázového· transformátoru 5A není stejnosměrně předmagnetován.Since the two components of 1/2 pass through the secondary winding of the first single-phase transformer 5A in opposite directions to each other, their magnetic voltages are canceled so that the magnetic circuit of the first single-phase transformer 5A is not pre-magnetized.

Stejnosměrný napájecí proud o hodnotě I, vracející se z komutátoru stejnosměrného motoru přes příslušné kartáče a sběrné kruhy 4C a 4D, dělí se na 2 stejné složky, z nichž každá je o hodnotě 1/2, přičemž jedna složka vystupuje ze třetího sběrného kruhu 4C a druhá ze čtvrtého sběrného kruhu 4D. Ve středním vývodu sekundárního vinutí jednofázového transformátoru 5B se opět obě složky 1/2 sčítají na napájecí proud o hodnotě I vstupující do záporné napájecí svorky. Poněvadž obě složky o hodnotě 1/2 procházejí sekundárním vinutím druhého jednofázového transformátoru 5B navzájem protiběžně, ruší se jejich magnetická napětí, takže ani magnetický obvod druhého jednofázového transformátoru SB není stejnosměrně předmagnetován. Hodnota I napájecího proudu stejnosměrného motoru, pohánějícího· například odstředivé čerpadlo, je největší při nejvyšších otáčkách regulačního rozsahu, tj. při malém budicím proudu a stálém napájecím napětí. Snižování otáček, kterého je docíleno zvyšováním budicího proudu motoru při stálém napájecím napětí, vede ke snižování napájecího proudu protékajícího přes kartáčky. Jakmile stejnosměrný napájecí proud dosáhne hodnoty asi 30 % ze jmenovitého proudu, pod níž by nastávalo značné opotřebení kartáčů a komutátoru, tj. jakmile bylo dosaženo· budicího proudu, na nějž reaguje proudové relé 8 uzavřením svého pracovního kontaktu 8a, dá se povel k sepnutí stykače 6 uzavřením obvodu jeho cívky 6a.The DC supply current I, returning from the DC motor commutator through the respective brushes and 4C and 4D collection rings, is divided into 2 equal components, each of 1/2, one of which exits the third 4C collection ring, and the second of the fourth collection ring 4D. In the middle terminal of the secondary winding of the single-phase transformer 5B, the two components 1/2 are again added to the supply current of value I entering the negative supply terminal. Since the two components of 1/2 pass through the secondary winding of the second single-phase transformer 5B in opposing directions, their magnetic voltages are canceled so that even the magnetic circuit of the second single-phase transformer SB is not pre-magnetized. The I-value of the supply current of a DC motor driving, for example, a centrifugal pump, is greatest at the highest speed of the control range, i.e. at low excitation current and a constant supply voltage. Reducing the speed achieved by increasing the drive excitation current at a constant supply voltage leads to a reduction in the supply current flowing through the brushes. As soon as the DC supply current reaches about 30% of the rated current below which there would be considerable wear of the brushes and commutator, i.e., once the excitation current to which the current relay 8 responds by closing its operating contact 8a has been reached, 6 by closing its coil circuit 6a.

Tím se oba jednofázové transformátory SA a 5B připojí ke zdroji střídavého jednofázového napětí. Jejich sekundární vinutí jsou protékána střídavým proudem uzavírajícím se přes sběrný kruh, například 4A a dále přes kartáče prvních částí 1A nosníků a přes lamely komutátoru ležících pod těmito kartáči, dále přes kartáče druhých částí 1B nosníků a přes sběrný kruh 4B. Podobnou cestou je uzavřen obvod jednofázového střídavého proudu ze sekundárního vinutí druhého jednofázového transformátoru 5B přes třetí a čtvrtý sběrný kruh 4C a 4D. Kartáče jsou tedy uměle zatíženy přídavným střídavým proudem z jednofázových transformátorů SA, 5B, aniž by tento střídavý proud rušil komutaci, neboť se nezavádí do kotevního vinutí, ale uzavírá se axiálním směrem přes příslušné lamely komutátoru o zanedbatelné impedanci.In this way, both single-phase transformers SA and 5B are connected to a single-phase AC power source. Their secondary windings are flowing through an alternating current closing through the collector ring, for example 4A, and further through the brushes of the first beam portions 1A and through the commutator slats lying beneath these brushes, through the brushes of the second beam portions 1B and through the collector ring 4B. In a similar way, the single-phase alternating current circuit from the secondary winding of the second single-phase transformer 5B is closed via the third and fourth header 4C and 4D. Thus, the brushes are artificially loaded with additional AC current from single-phase transformers SA, 5B, without disturbing the commutation, since it is not introduced into the anchor winding, but closes axially over the respective commutator lamellas of negligible impedance.

Claims

A device for reducing the wear of the brushes and commutator of a DC rotary machine, characterized in that each brush carrier of the collecting device consists of first and second parts (ΙΑ, 1B) which are spaced apart from each other and the supporting structure (

2) insulated with insulators (

3), all the first parts (1A) of the brushes of the same polarity are interconnected by the first collecting ring (4A) and all the second parts (1B) by the second collecting ring (4B), whereas all the first parts (1A) interconnected by a third collector ring (4C) and all of their second portions (1B) by a fourth collector ring (4D), the first and second collector ring (4A,

YNÁLEZU

4B) is connected to the secondary winding of the first single-phase transformer (5A), the third and fourth collector ring (4C, 4D) are connected to the secondary winding of the second single-phase transformer (5B), simultaneously the primary windings of the two single-phase transformers (5A, 5BJ) parallel and via a contactor (6) to the coil (6a) are connected to a single-phase voltage source, the secondary windings of the two single-phase transformers (5A, 5B) are provided with middle terminals connected to the DC terminals of the machine. is a current relay (8) whose operational contact (8a) is connected to the coil circuit (6a) of the contactor (6).