DE688882C

DE688882C - in commutator machines

Info

Publication number: DE688882C
Application number: DE1936S0123039
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Reinhold Rue Dr-Ing
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-06-17
Filing date: 1936-06-17
Publication date: 1940-03-05

Description

Zur Abdämpfung der Hochfrequenzvorgänge, die durch schlechte Kommutierung der Ankerspulen von Gleich- oder Wechselstromkommutatormaschinen verursacht werden und insbesondere zu Störungen des Rundfunks Veranlassung geben, sind für viele Fälle parallele Widerstände zu den einzelnen Ankerspulen zweckmäßig, die in der Größenordnung von ίο bis ioooOhm liegen. DurchTo dampen the high-frequency processes caused by poor commutation of the Armature coils are caused by DC or AC commutator machines and in particular giving rise to disturbances in broadcasting are for many cases parallel Resistances to the individual armature coils expediently in the order of magnitude from ίο to ioooOhm. By

ίο derartig mäßige Widerstände fließt nun auch ein beträchtlicher Betrag des regulären Betriebsstromes, und es entstehen unerwünschte Verluste. Beispielsweise erhält man bei einem Motor für 220 Volt Gleichspannung und 10 Lamellen zwischen zwei Bürsten, die je durch 100 Ohm überbrückt sind, für jede doppelte Bürstenteilung einen Verlust vonίο such moderate resistance now also flows a considerable amount of the regular operating current, and undesirable ones arise Losses. For example, with a motor for 220 volts DC voltage and 10 lamellas between two brushes, each bridged by 100 ohms, for each double brush division a loss of

W=z-W = z-

= 100 Watt.= 100 watts.

io· 100io 100

Für große Maschinen ist dies durchaus erträglich, für kleine Motoren jedoch zu viel.This is tolerable for large machines, but too much for small engines.

Bei der Anordnung nach der Erfindung wird dieser hohe Energieverlust dadurch vermieden, daß die Ohmschen Widerstände infolge Zusammensetzung aus mindestens zwei verschiedenen Stoffen mit weitgehenden Unterschieden in der Dielektrizitätskonstante und im spezifischen Widerstand, z. B. einem Dielektrikum und einem Halbleiter bzw. Leiter, aus einer Reihenschaltung von Kondensatoren mit Ohmschen Widerständen bestehen, derart, daß für die Frequenz der hochfrequenten Schwingungen der Gesamtwiderstand dieser Reihenschaltung vorwiegend * Ohmschen Charakter besitzt und einen für die wirksame Abdämpfung der Schwingungen geeigneten Wert aufweist, während für die niederperiodigen Betriebstfrequenzen der Kommutatormaschine der Widerstandswert der Reihenschaltung vorwiegend kapazitiven Charakter aufweist. Als hochfrequent werden dabei Schwingungen bezeichnet, die im Rundfunkbereich liegen, also von 0,15 bis 1,5· io^e P/s, oder die sonst zu Störungen durch die. elektrische Maschine Anlaß geben. Als niederfrequent werden Schwingungen bezeichnet, die durch die Betriebsfrequenz oder die Umdrehungsfrequenz des störenden Motors gegeben sind. Sie liegen meistens zwischen 50 und 150 P/s. Durch Verwendung derartiger Widerstände erzielt man eine volle Abdämpfung der schädlichen Störschwingungen, ohne daß die Nutzströme im Widerstand erhebliche Verluste hervorrufen können.In the arrangement according to the invention, this high energy loss is avoided in that the ohmic resistances due to the composition of at least two different substances with extensive differences in the dielectric constant and in the specific resistance, for. B. a dielectric and a semiconductor or conductor, consist of a series connection of capacitors with ohmic resistances, such that the total resistance of this series circuit has predominantly * ohmic character for the frequency of the high-frequency oscillations and has a value suitable for the effective damping of the oscillations , while for the low-period operating frequencies of the commutator machine, the resistance value of the series circuit has a predominantly capacitive character. Vibrations that are in the broadcast range, that is from 0.15 to 1.5 · io ^e P / s, or that otherwise cause interference by the. electrical machine cause. Vibrations caused by the operating frequency or the rotational frequency of the interfering motor are referred to as low-frequency. They are mostly between 50 and 150 P / s. The use of such resistors achieves full damping of the harmful interfering oscillations without the useful currents in the resistor causing considerable losses.

An sich ist es für die Isolierung der Ankerleiter elektrischer Maschinen bereits bekannt,It is already known per se for the insulation of the armature conductors of electrical machines,

*) Von dem Palentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The inventor of the Palentucher has been given:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Reinhold Rüdenberg in Belmont, Mass., V. St. A.Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. H. Reinhold Rüdenberg in Belmont, Mass., V. St. A.

das Isoliermaterial aus zwei Schichten verschiedener Dielektrizitätskonstante und verschiedenen spezifischen Widerstandes herzustellen. Es handelt sich dabei jedoch immer um wirkliche Isolationsmaterialien, also um Stoffe, deren Ohmscher Widerstand weitaus höher ist als der Ohmsche Widerstand der für die Erfindung in Betracht kommenden Stoffe. Selbst wenn man diese bekanntenthe insulation material consists of two layers of different Dielectric constant and different resistivity. However, these are always real insulation materials, i.e. Substances whose ohmic resistance is much higher than the ohmic resistance of substances that are suitable for the invention. Even if you know this

ίο Isolierstoffe als eine Reihenschaltung von Kondensatoren mit Ohmschen Widerständen auffaßt, so ist doch Her Ohmwert dieser Widerstände derart hoch, daß diese Widerstände für den Frequenzbereich der hochfrequenten Schwingungen nicht geeignet sind, diese Schwingungen wirksam abzudämpfen. Man kann auch nicht sagen, daß der Widerstandswert dieser aus mehreren Stoffen zusammengesetzten Isoliermaterialien bei den in Frage kommenden hohen Frequenzen vorwiegend Ohmschen Charakter aufweist, er besitzt vielmehr kapazitiven. Charakter.ίο insulating materials as a series connection of If capacitors have ohmic resistances, the ohmic value of these resistors is so high that these resistances are not suitable for the frequency range of high-frequency vibrations to effectively dampen these vibrations. Nor can it be said that the resistance value of these substances composed of several substances Isolation materials predominantly at the high frequencies in question Has an ohmic character, rather it has a capacitive one. Character.

Ferner "ist zur Verbesserung der Kommutierung auch der Anschluß mitumlaufender Kondensatoren an die Ankerwicklung bekannt, die jedoch viel Platz beanspruchen. Wohl läßt sich der Platzbedarf dieser Kondensatoren dadurch verkleinern, daß die Kondensatoren in Verbindung mit der Eigeninduktivität der Wicklung auf Resonanz mit den unerwünschten Schwingungen abgestimmt werden. Abgesehen davon, daß sich schwer voraussagen läßt, welche Größe die Konden-. satoren erhalten müssen, ist diese Abstimmung jedoch nur für ganz bestimmte Oberwellen möglich. Durch die Anordnung nach der Erfindung hingegen können ohne wesentlichen Platzbedarf breite Frequenzbänder weggedämpft werden.Furthermore, the connection also rotates in order to improve the commutation Capacitors on the armature winding are known, but they take up a lot of space. The space requirement of these capacitors can be reduced by reducing the capacitors in connection with the self-inductance of the winding tuned to resonance with the unwanted vibrations will. Apart from the fact that it is difficult to predict the size of the condensate. must receive, this tuning is only for very specific harmonics possible. By the arrangement according to the invention, however, can without essential Space requirement wide frequency bands are attenuated.

Es ist bekannt, daß man den bei der erfindungsgemäßen Anordnung benötigten Frequenzgang von Widerstands- oder Isoliermaterialien erzielen kann, indem man das Material aus zwei verschiedenen Stoffen zusammenschichtet, deren Dielektrizitätskonstanten und spezifische Widerstände weitgehende Unterschiede aufweisen. Beispielsweise sollte der eine der Stoffe größere Dielektrizitätskonstante und der andere größere Leitfähiigkeit besitzen, und die Stoffe sollten elektrisch hintereinandergeschaltet liegen. Dann ergibt sich ganz von selbst die Widerstandskurve der Abb. 1, in der der Widerstand R eines derartig zusammengesetzten Stoffes in Abhängigkeit von der Frequenz f aufgetragen ist. Die Dielektrizitätskonstante kann durch Verwendung geeigneten Materials, wie Papier, Glas oder keramisches Material, evtl. unter Beimischung von Titanverbindungen o. ä.It is known that the frequency response of resistance or insulating materials required in the arrangement according to the invention can be achieved by layering the material from two different substances whose dielectric constants and specific resistances differ widely. For example, one of the substances should have a higher dielectric constant and the other should have a higher conductivity, and the substances should be connected electrically in series. Then the resistance curve in Fig. 1 results quite automatically, in which the resistance R of a substance composed of this type is plotted as a function of the frequency f. The dielectric constant can be determined by using suitable materials such as paper, glass or ceramic material, possibly with the addition of titanium compounds or the like.

verändert werden. Die Verwendung von Titanverbindungen zum Erhöhen der Dielektrizitätskonstante ist bekannt; die Leitfähigkeit kann durch Beimischung von Kohle oder Metallverbindungen in sehr weitem Umfange variiert werden. Es gelingt daher, bereits in einem Zweischichtenkörper nach Abb. 2 ein Material herzustellen, das bei Niederfrequenz hochgradig isolierende Eigenschaften besitzt und bei Hochfrequenz starke Verluste ergibt oder, was gleichbedeutend ist, ein sehr kurzzeitiges Nachfließen des Stromes ermöglicht.to be changed. The use of titanium compounds to increase the dielectric constant is known; the conductivity can be achieved by adding carbon or Metal compounds can be varied to a very large extent. It is therefore possible to work in a two-layer body according to Fig. 2 to produce a material that operates at low frequency Has highly insulating properties and results in high losses at high frequency or, what is equivalent, a very brief one Allow the current to continue flowing.

Man kann derartiges Material vorwiegend an zwei Stellen einer störenden elektrischen Maschine verwenden, die in Abb. 3 dargestellt sind. Einerseits kann man die Lamellenisolierung % an Stelle des bisher üblichen einheitlichen Glimmers aus einem derartig geschichteten Isoliermaterial herstellen. An sich ist es bekannt, in der Lamellenisolierung von Kommutatoren Widerstände in Form von dünnen Metallplättchen einzubetten, die die benachbarten Kommutatorlamellen für die Verbesserung der Stromwendung verbinden sollen. Die regulären Betriebs ströme des Motors werden bei der nunmehr vorgeschlagenen Anordnung nicht geändert, jedoch erhalten die hochfrequenten Ausgleichsschwingungen jeder einzelnen Spule einen Nebenweg zur wirksamen. Kapazität von relativ geringem Widerstand und werden hierdurch fortgedämpft. Auch bei unvollständiger Kommutierung braucht durch den schroffen Stromübergang jetzt keine Schwingung oder Spannungszacke an der Spule mehr einzutreten, sondern es tritt durch die Isolierschichten hindurch ein Ausgleicfosstrom auf, der ein kurzzeitiges aperiodisches Beenden des Kommutiervorganges quer durch die Lamellenisolierung hindurch ermöglicht.Such material can mainly be used in two places of a disruptive electrical machine, which are shown in Fig. 3. On the one hand, the lamellar insulation% can be produced from such a layered insulating material instead of the previously common uniform mica. It is known per se to embed resistors in the form of thin metal plates in the lamellar insulation of commutators, which are intended to connect the adjacent commutator lamellas in order to improve the current reversal. The regular operating currents of the motor are not changed in the now proposed arrangement, but the high-frequency compensatory vibrations of each individual coil get a bypass to the effective. Capacitance of relatively low resistance and are thereby attenuated. Even if the commutation is incomplete, the abrupt current transition means that there is no longer any need for oscillation or voltage spikes on the coil; instead, a compensating current occurs through the insulating layers, which enables the commutation process to be terminated briefly aperiodically across the lamellar insulation.

Gleichzeitig mit der Unterdrückung der störenden Hochfrequenzschwingungen wird auch die Funkenbildung an der Ablaufkante der Kohlebürsten sehr stark geschwächt, weil den Ausgleichsströmen außer diesem Kommutierungsfunken auch der Weg durch die LameOlenisoüening noch sehr kurzzeitig offen steht.Simultaneously with the suppression of the disruptive high-frequency oscillations The spark formation on the trailing edge of the carbon brushes is also very much weakened because the equalizing currents in addition to this commutation spark also the path through the LameOlenisoüening is still open for a very short time stands.

Andererseits kann man auch die Nutenisolierung η der Abb. 3 durch geschichtetes Material aufbauen, indem man etwa statt des bisher üblichen einheitlichen Preßspan- oder Glimmermaterials das oben beschriebene Mehrfachmaterial benutzt. Da auch die Nutenkapazität wesentlich mit zu den Ausgieichserscheinungen der kommutierenden Spulen beiträgt, so wird die Nutenauskleidung jetzt bei Hochfrequenz verlustbildend wirken und somit das Auftreten von Schwingungen und ähnlichen extrem schnellen Vorgängen verhindern. Natürlich kann man im Prinzip auch die Wickelköpf e mit derartigem Material versehen, jedoch ist deren Kapazität und da-On the other hand, the groove insulation η of Fig. 3 can also be built up by layered material, for example by using the above-described multiple material instead of the previously common uniform pressboard or mica material. Since the slot capacity also contributes significantly to the equalization phenomena of the commutating coils, the slot lining will now have a loss-generating effect at high frequency and thus prevent the occurrence of vibrations and similar extremely fast processes. Of course, in principle, the winding heads can also be provided with this type of material, but their capacity and there- fore

her ihr Verschiebungsstrom so gering,
keine erheblichen Verluste an diesen Stellen zu erwarten sind.her displacement current is so small,
no significant losses are to be expected at these points.

Das Material für die Lamellenisolierung des Kommutators baut man am besten aus mechanisch harten Stoffen auf. Beispielsweise ist hier eine keramische Herstellung oder Bindung der beiden Schichten zweckmäßig. Das Material für die Nutenauskleidung dagegen stellt man am besten aus weichen Stoffen her, die ähnlich wie Preßspan aus Faserstoffen bestehen, die durch Einbetten dielektrischer oder leitender Teilchen die hier beschriebene Widerstandseigenschaft erhalten können. Als Beispiel sei erwähnt, daß man die Nutenisolierung vielleicht aus zwei oder mehr aufeinandergelegten Blättern herstellt, von denen eines vorwiegend dielektrisch, das andere vorwiegend leitend w'irkt. Hierbei würde man also eine grobe Schichtung des Materials verwenden. Als anderes Beispiel sei eine Kommutatorisolierung erwähnt, die aus einem Gemisch von feinstem Glimmer und Kohlepulver besteht, die nötigenfalls mit Bindemittel zusammengebrannt werden. Hier besteht die Schichtung aus außerordentlich zahlreichen Teilen, die in Richtung des elektrischen Feldes hintereinanderliegen. It is best to remove the material for the lamellar insulation of the commutator mechanically hard materials. For example, here is a ceramic production or bonding of the two layers is expedient. The material for the groove lining on the other hand, it is best made from soft materials that are similar to pressboard consist of fibrous materials obtained by embedding dielectric or conductive particles can obtain the resistance property described here. As an example it should be mentioned that the groove insulation is perhaps made from two or more sheets placed one on top of the other, one of which is predominantly dielectric, the other has a predominantly conductive effect. So this would be a rough one Use layering of the material. Another example is commutator insulation mentioned, which consists of a mixture of the finest mica and carbon powder, which, if necessary, are burned together with binding agent. This is where the stratification exists from an extraordinarily large number of parts that lie one behind the other in the direction of the electric field.

Es sei noch erwähnt, daß die vorgeschlagene Schichtung der Nutenisolierung nicht zu verwechseln ist mit der bei Wechselstromhochspannungsmaschinen als Glimmschutz gebräuchlichen Schichtung der Nutenisolierung aus Nichtleitern und Leitern bzw. Halbleitern.It should also be mentioned that the proposed layering of the slot insulation does not apply can be confused with that used as corona protection in AC high-voltage machines Layering of the slot insulation from non-conductors and conductors or semiconductors.

Claims

Patent claims:

i. Arrangement for the evaporation of high-frequency vibrations in commutator machines with the help of Ohmic resistances, characterized in that the Ohmic resistances as a result Composition of at least two different substances with extensive differences in the dielectric constant and in specific resistance, e.g., a dielectric and a semiconductor or conductor, from a series connection from. Capacitors with ohmic resistances exist in such a way that for the frequency of the high-frequency The total resistance of this series circuit has predominantly ohmic character and one for the oscillations effective damping of the vibrations has a suitable value, while for the low-period operating frequencies of the commutator machine, the resistance value of the series circuit has a predominantly capacitive character.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two Fabrics are coarsely or finely layered.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two substances in a mixture of small particles, e.g. B. in a mixture of the finest mica and carbon paper, are combined with one another.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the substance with the high dielectric constant consists entirely or partially of titanium compounds.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the damping resistance resistances form the lamellar insulation on the collector of the machine.

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the damping resistors the insulation of the winding Form in the grooves of the machine :.

7. Arrangement according to claim 5, characterized in that the lamella insulation consists of mechanically hard materials produced by ceramic means.

1 sheet of drawings