DE2518602A1 - Einrichtung zur selbsttaetigen kommutierungs-regelung - Google Patents

Description

• inrichtung zur selbstätigen Kommutierungs-Regelung ie optimale Einstellung des Wendefeldes ist von größter Wichtigkeit für den späteren störungsfreien Betrieb einer Gleichstrommaschine. Sie erfolgt im allgemeinen im Prüffeld aufgrund der messung der Bürstenpotentiale. Da aber letztlich nur die Verteilung der Stromdichte unter der Bürste ein Maß ür den Kommutierungsverlauf darstellt, bleibt die Ermittlung er Stromdichte mit Hilfe der Bürstenpotentialkurve unter Berücksrichtigung des Bürstenübergangswiderstandes fehlerhaft, teil dieser Widerstand örtlich stark unterschiedlich sein kann.
• 5 ist bekannt, daß das Kommutierungsverhalten der Gleichstromaschinen betriebmäßig von etlichen Faktoren beeinflußt und somit geändert wird. Zu diesen Einflußgrößen gehören u. a. der Ankerstrom, die Drehzahl, der Zustand der Kommutatoroberfläche, der Zustand der Bürsten, der Luftspalt zwischen Ständer und Läufer.
• Dadurch ist es möglich, daß trotz sorgfältiger Wendefeldeinstellung über die Messung der Bürstenpotentiale es später zu Über- oder Unterkommutierung der Gleichstrommaschinen in einem Maße kommen kann, daß stich Bürstenf euer einstellt.
• Rechnerische Untersuchungen des Systems Ankerwicklung - Komutatorlamelle - Bürstenübergangswiderstand - Kohlebürste -Litze - Bürstenbolzen zeigen, daß sich bei Aufteilung der Bürste in zwei Hälften (wie es die bereits gebräuchliche Tandemanordnung darstellt) im Falle von Kommutierungsstörungen (Unter- oder überkommutierung) erhebliche Unterschiede der Ströme in den Zuleitungen (Litzen) der auflaufenden gegenüber den ablaufenden Bürsten einstellen. In der pexis sind sogar Fälle von Litzenverfärbungen bekannt, die ebenfalls auf stark unterschiedliche Stromaufteilung hinweisen.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Gleichstrommaschine der eingangs angegebenen Art eine möglichst genaue Einstellung des Wendefeldes für weitgehend alle Betriebzustände der Gleichstrommaschine zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Wachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der beigefügen Zeichnung prinzipiell und beispielsweise erläutert.
• Tn Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltung der Bürsten und zugehörigen Wendepolwicklungen am Beispiel eines zweipoligen linkslaufenden Gleichstromgenerators dargestellt. Hierbei sind die Bürsten negativer Polarität mit Al und die Teilbürsten positiver Polarität mit B 1,1 und B 1,2 bezeichnet. Der in Gegenuhrzeigersinn weisende Pfeil gibt die Laufrichtung des Kommutators an, so daß B 1,1 die auflaufenden Bürsten und B 1.2 die ablaufenden Bürsten sind.
• Weben der normalen Wendepol- und Kompensationswicklung, deren Anschlüsse mit G und H bezeichnet sind und deren Gesamtwindungszahl w beträgt, sind zusätzlich Wendelpolwicklungen vorhanden mit den Anschlüssen g1 und h1 sowie g2 und h2.
• Die Wicklungen haben in diesem Beispiel gleiche WindUngszahlen, die jedoch nur etwa 1/10 der Gesamtwindungszahl w betragen.
• 3ie Zusatzwicklungen sind derart geschaltet, daß der über die auflaufenden Bürsten fließende Strom ein Absatzwendefeld erzeugt -das dem normalen Hauptwendefeld entgegengerichtet ist, -während der über die ablaufenden Bürsten fließende Strom ein Zusatzwendefeld erzeugt, -das dem Hauptwendefeld gleichgerichtet ist.
• Tritt nun durch irgendeine Störung eine Neigung zur änderung des Kommutierungsverhaltens auf - z.B. Neigung zu Unterkommutierung durch nicht ausreichend eingeschliffene Kohlebürsten -, so wird über die Stromdifferenz in den Bürsten B 1,1 und B1,2 in den angeschlossenen Zusatzwicklungen resultierend ein zusätzliches Wendefeld erzeugt, das dieser Neigung zur Unterkommutierung entgegenwirkt.
• Ebenso wird einer Neigung zur überkommutierung (z. B. durch betriebsmäßige Anderung der Induktivität der kommutierenden Spulen) über die Stromdifferenz in B 1,1 und B1,2 und über die angeschlossenen Zusatzwicklungen durch ein resultierendes Absatzwendefeld entgegengewirkt.
• Wie aus dem Vergleich der Figuren 1 und 2 hervorgeht, die mögliche Schaltungen der Zusatzwicklungen prinzipiell darstellen, kann die gegenseitige Kompensierung der Bürstenteilströme auch dadurch erreicht werden, daß die normale Wendepolwicklung in zwei Teilwicklungen w1, w2 unterteilt wird, wobei die Feldrichtung der beiden Teilwicklungen die gleicheistO Es müssen nur die Windungszahlen der beiden Teilwicklungen verschieden sein.
• In Figur 3 ist die erfindungsgemäß Schaltung der Bürsten und zugehörigen Wendepolwicklungen eines sechspoligen Gleichstromgenerators in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei sind die Bürstenlineale von negativer Polarität mit A 1 bis A 3 und die der positiven Polarität mit B1 bis B3 bezeichnet. Die Richtung des am oberen Rand dargestellten Pfeiles ibt die Laufrichtung des Kommutators an, so daß links die mit 3 1,1 bis 3 3,1 bezeichneten Teilbürsten der auflaufenden Bürstenkante und rechts die mit B 1,2 bis B 3,2 bezeichneten Teilbürsten der ablaufenden Bürstenkante liegen. Mit 1,2 und 3 sind die Punkte bezeichnet, an denen die Litzen der Teilbijrsten parallel zusammengeschlossen sind, welche also die Bürstenbolzen darstellen. Es sind nun neben der normalen Wendepolwicklung mit den Anschlüssen CT-H zusätzliche Wendepolwicklungen mit den Anschlüssen g1-h1 und g2-h2 vorhanden. Dabei ist die obere Reihe dieser Zusatzwicklungen, die unter sich in Reihe geschalt sind, zwischen die ablaufenden Teilbürsten und die normale endepolwicklung und die untere Reihe der Zusatzwicklungen wischen die auflaufenden Teilbürsten und die normale Wendepolwicklung geschaltet, wobei der Wicklungssinn so gewählt ist, daß sich in den Zusatzwicklungen, die auf ein- und demselben Pol liegen unterschiedliche Feldrichtungen ergeben.
• Man hat bei dieser Schaltung noch den Vorteil, daß alle Zusatzwendepolwicklungen auf dem gleichen Potential wie die Hauptwiklungen der WendQoole liegen und somit keiner verstärkten Isolierung gegenüber diesen bedürfen. Man könnte natürlich auch die Bürsten negativer Polarität erfindungsgemäß für die Kommutierungsregelung heranziehen, wie aus Fig. 4 hervorgeht, müßte dann aber für die Hälfte der Zusatzwicklungen (Pole 2, 4 und 6) eine besondere Isolierung gegenüber den anderen Wicklungen des gleichen Pols vorsehen.
• Eine andere empfehlenswerte Möglichkeit wie die in Figur 7 dargestellte Schaltung wäre, die zur Kommutierungsregelung benutzten Teilbürsten eines Lineals nur für die dem entsprechenden Plus- und Minuspol zugeordneten Wendepolwicklungen zu verwenden (Fig. 4).
• Es sind andererseits natürlich auch noch viele andere Abwandlungen möglich. Während gemäß Figur 3 alle sechs Teilbürstenpaare aller positiven Lineale zur Kommutierungsregelung herangezogen werden, könnte man auch z.B. nur ein einziges Paar oder mehrere Paare von Teilbürsten eines oder mehrerer Lineale dafür verwenden.
• Dies ist allerdings nur zweckmäßig, wenn Zusatzwicklungen verwendet werden, die ja untereinander alle gleich sind.
• Wenn mehrere oder alle Bürstenlineale zur Wendefeldregelung, herangezogen werden, wird für jede Teilbürstenart der Regelbürsten ein gesonderter Sammelring äe Stromrichtung notwendig im 2 all der unterteilten Hauptwendepolwicklung empfiehlt es sich, ebenfalls jeweils alle Bürstenlineale und auch alle Bürsten einer Stromrichtung für die Wendefeldregelung vorzusehen.
• Es empfiehlt sich auch, mindestens die Hälfte, z. B. jedes zweite der Bürstenpaare eines Lineals für die Wendefeldregelung heranzuziehen, um gewissermaßen eine Integration der Störungen zu erreichen. Aus dem gleichen Grunde dürfte es auch vorteilhaft sein, sämtliche Bürstenlineale zumindest einer Stromrichtung zu berücksichtigen.
• ble angegebenen Schaltungen sind wirksam für Motor- und Generatorbetrieb in einer Drehrichtung. Bei Drehrichtungsumkehr müssen die Wendepolzusatz - bzw. teilwicklungen derart umgeschaltet werden, daß der Strom der ablaufenden Teilbürsten ein Zusatzwendefeld erzeugt und der Strom der auflaufenden Teilbürsten ein Absatzfeld erzeugt.
• Bei Anwendung dieser Eommutierungsregelung ist zu erwarten, daß das Kommutierungsverhalten von drehzahlgeregelten Antriebe über den ganzen Drehzahlbereich stabil gemacht werden kann. Da man bisher das drehzahlabhängige Kommutierungsverhalten nicht beeinflussen konnte, hat man bei Maschinen mit Drehzahlbereich die Wendepoleinstellung so vorgenommen, daß man einen Hittelwert der beiden optimalen Einstellungen bei Grunddrehzahl und höchster Feldschwächdrehzahl eingestellt hat. Diese beiden optimalen Wendepoleinstellungen sind aber umso verschiedener, je größer der Drehzahlbereich wird. Somit war mit Rücksicht auf die zulässige Abweichung des Mittelwertes von diesen beiden Einstellungen der maximal ausführbare Drehzahlbereich gegeben. Dieser maximal ausführbare Drehzahlbeich dürfte bei Einsatz der erfindungsgemäßen Kommutierungsregelung wesentlich größer werden. Ebenso ist zu erwarten, daß sich ein stabiles Verhalten der Drehzahlkennlinie ergibt.
• ns ist ja auch bekannt, daß sich das Kommutierungsverhalten von Gleichstrommaschinen ändert, wenn ein Austauschanker eingesetzt wird. Bisher waren Messungen und aufwendige Justierarbeiten, d. h. Änderungen in der Wendepoleinstellung erforderlich, wenn ein Anker ausgetauscht wurde. Diese Anpassungsarbeiten könnten bei Anwendung der Bürstenstromrückführung gemäß dem Erfindungsvorschlag entfallen.
• Eine Änderung des Kommutierungsverhaltens ergibt sich ebenfalls nach jeder Wartungsarbeit am Kommutator oder an den Bürsten. Sei es, daß sich die e Kommutatoroberfläche durch Abdrehen, Abschleifen oder Auskratzen ändert oder sei es, daß die Bürsten unterschiedlich eingeschliffen sind. Die Bürst enstromrückführung sollte alle die Erscheinungen weitgehend kompensieren.
• Ebenfalls ist eine Verbesserung des Kommutierungsverhaltens bei Antrieben mit hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten, welche im Wendepolkreis Wirbelströme ausbilden, die eine Nacheilung des Wendepolflusses gegenüber dem Strom zur Folge haben, zu erwarten. Selbstverständlich tritt auch hier eine gewisse Nacheilung des Wendeflusses gegenüber der Wendepoldurchflutung ein, doch sollte sich eine Tendenz der Verbesserung bemerkbar machen.
• Eine weitere Ausnutzung des Erfindungsgedankens besteht darin. daß man die Stromdifferenz der Bürstenteilströme zur Anzeige bringt, um damit einen aussagekräftigen Indikator für das Kommutierungsverhalten der Gleichstrommaschine zu haben. Der Aufwand ist für die erfindungsgemäße Kommutierungsregelung nicht sehr groß, da unter Umständen z. B. je eine Windung für die Zusatzwendepolwicklung genügen kann.
• 9 Seiten Beschreibung 10 Pat entansprüche

Claims (10)

1. Patentansprüche 1.Gleichstrommaschine mit jeweils in Umfangrichtung des Kommutators geteilten, mindestens ein Tandem- oder Doppelbürstenpaar bildenden Teilbürsten, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wendepole in gleicher Weise mindestens zwei über alle Polteilungen jeweils gleichartig ausgelegte, getrennt den Teilbürsten je nach ihrer tage zur ab- oder auflaufenden Bürstenkante zugeordnete Teilwicklungen (g1-h1 g2-h2; G1-H1, G2-H2) aufweisen, und daß die Stromzuführungslitzen jeder in Bezug auf die Lage zur ab- oder auflaufenden Bürstenkante gleichartigen Teilbürste mindestens einer Tandem oder Doppelbürste 11; B1,2) mindestens eines Bürstenbolzens bzw.-lineals (B1,A1) mindestens einer Stromrichtung jeweils über die diesen zugeordneten Teilwicklungen mindestens des zugehörigen Wendepols mit dem zugehörigen Bürstenbolzen oder -lineal, bzw.

   entsprechenden Sammelring oder Sammelringen (+ und - Ring oder Ringe) elektrisch leitend verbunden sind.
2. 2. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungslitzen jeder in Bezug auf die Lage zur ab- oder auflauf enden Bürstenkante gleichartigen Teilbürste mindestens einer Tandem oder Doppelbürste (B1 1i B1 ,2 mindestens eines Bürstenbolzens bzw.-lineals (B1) einer Stromrichtung jeweils über die diesen zugeordneten Teilwicklungen mindestens des zugehörigen Wendepolpaars mit dem zugehörigen Bürstenbolzen oder -lineal bzw. entsprechenden Sammelring oder Sammelringen (+ und - Ring oder Ringe) elektrisch leitend verbunden sind.
3. 3. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungslitzen jeder in Bezug auf die Lage zur ab- oder auflaufenden Bürstenkante gleichartigen: Teilbürste mindestens einer Tandem oder Doppelbürste (B1,1; B1,2) mindestens je eines Bürstenbolzens bzw. -lineals (B1, A1) beider Stromrichtungen jeweils über die diesen zugeordneten Teilwicklungen mindestens des zugehörigen Wendepols mit dem zugehörigen Bürstenbolzen oder -lineal bzw. entsprechenden Sammelring oder Sammelringen (+ und - Ring oder Ringe) elektrisch leitend verbunden sind.
4. 4. Gleichstrommaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungslitzen der in Bezug auf die Lage zur ab- oder auflaufenden Bürstenkante gleichartigen Teilbürsten (B1,1 oder B1,2) mindestens einer Tandem-oder Doppelbürste mindestens eines Bürstenbolzens oder -lineals (B1, B2 oder B3) einer Stromrichtung jeweils über die der jeweiligen Teilbürstenart zugeordneten Teilwicklungen (g1-h1 bzw. g2-h2) aller Wendepole in Reihe mit dem betreffenden Sammelring (+ oder - Ring) verbunden sind (Fig. 3).
5. 5. Gleichstrommaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungslitzen jeder in Bezug auf die Lage zur ab- oder auflaufenden Bürstenkante gleichartigen Teilbürste mindestens einer Tandem- oder Doppelbürste (B1,1; B1,2) mindestens je eines Bürstenbolzens bzw. -lineals beider Stromrichtungen über sämtliche der jeweiligen Teilbürstenart zugeordneten Teilwicklungen (g1h1; g2h2), getrennt nach der Polarität der Wendepole, in Reihe mit den betreffenden Sammelringen verbunden sind.
6. 6. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Stromzuführungslitzen der gleichartigen Teilbürsten (B1 oder B1,2) mindestens einer Tandem- oder Doppelbürste aller Bürstenbolzen oder -lineale (B1 bis B3) be'iderStromrichtungQ über die ihnen zugeordneten Teilwicklungen des zugehörigen Wendepois mit dem zugehörigen Sammelring elektrisch leitend verbunden sind (Fig. 4).
7. 7. Gleichstrommaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wendepol in gleicher Weise eine in zwei Teilwicklungen (G1-H1, G2-H2) unterschiedlicher Windungszahl, gleicher Feldrichtung unterteilte Wicklung aufweist.
8. 8, Gleichstromnaschine nach einem der vorangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wendepol in gleicher Weise eine normale Hauptwicklung (GH) und zwei Zusatzwicklungen (g1-h1, g2-h2) gleicher Windungszahl aufweist, daß die Zusatzwicklungen jeweils den verschiedenen Teilbürsten gleicher Art (B1,1 oder B1,2) entsprechend zugeordnet sind, und daß die Zusatzwicklungen jedes Wendepols feldmäßig gegeneinander und die Haupt- und Zusatzwicklungen jeweils in Reihe geschaltet sind.
9. 9. Gleichstrommaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung der Zusatzwicklungen abhängig von der Drehrichtung vorgenommen wird.
10. 10. Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdifferenz der Teilbürsten der ablauf enden und der auflaufenden Bürstenkante zur Anzeige für das Kommutierungsverhalten dient.

    L e e r s e i t e