NL8202816A

NL8202816A - Werkwijze en inrichting voor het besturen van een borstel-kommutatorsamenstel van een electrische machine.

Info

Publication number: NL8202816A
Application number: NL8202816A
Authority: NL
Original assignee: Josephus Bernardus Michael Ber
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1982-07-12
Publication date: 1984-02-01
Also published as: DE3373959D1; US4567414A; EP0099158B1; ATE30092T1; EP0099158A1

Description

r UO 31.222

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het besturen van een borstel-kommutatorsamenstel van een electri-sche machine.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het besturen van een borstel-kommutatorsamenstel van een electrische machine.

Gelijkstroomgeneratoren en -motoren en draaistroomkommutator-5 motoren zijn machines die in tegenstelling tot andersoortige roterende electrische machines voorzien zijn van een kommutator of collector. De stroom wordt hierbij afgenomen (generator) of toegevoerd (motor) door middel van in borstelhouders opgenomen koolborstels. Ofschoon de electrische en mechanische eigenschappen van deze kom-10 mutatormachines sterk verbeterd zijn door toepassing van moderne materialen en berekeningsmethoden, is het borstel-kommutatorsamenstel niet wezenlijk veranderd. De koolborstels worden nog steeds door middel van een mechanische veer op de kommutator aangedrukt.

Men heeft wel recentelijk getracht het borstel-kommutatorsamenstel 15 te vervangen door een kommutatie-inriehting op basis van geschakelde thyristoren. Als gevolg van de vele complicaties, de hoge kosten en onvoldoende betrouwbaarheid is men hierin voorshands niet wezenlijk geslaagd.

Door de moderne vermogenselectronica en de behoefte aan 20 energiebesparende toerengeregelde aandrijvingen zijn kommutatormaehi-nes zeer aantrekkelijk geworden, met name de gelijkstroommotoren.

Van deze machines is het rendement gelijk of hoger dan die van andere motoren, en is het rendement van de bijbehorende gelijkstroom-thyristorregelaars beduidend hoger dan die van bijvoorbeeld frequen-25 tieregelaars. Een probleem blijft echter het borstel-kommutatorsamenstel vooral bij die toepassingen waar langdurig onderbelast gedraaid wordt zoals bij geregelde pompen en ventilatoren. Door de abnormale borstel- en kommutatorslijtage blijkt een betrouwbare bedrijfsvoering nauwelijks mogelijk.

30 Bij de in deze toepassingen gebruikte electrische machines neemt namelijk het koppel en daarmede de machinestroom kwadratisch af met het toerental, waardoor een lage stroomdichtheid in de borstels en koude kommutator ontstaat. In de praktijk draaien deze machines veelal bij variërende onderbelasting, waarbij de stroom-35 dichtheid per borstel voor een goede kommutatie te laag is. Hierdoor 8202816

"* V

' -2- kan zich geen patina vormen of wordt deze afgebroken. De berekende vollastsitnatie komt slechts weinig voor. Het lichten van borstels om de stroomdichtheid in overgebleven aangedrukte borstels te corrigeren kan bij de huidige uitvoeringen alleen bij stilstaande en 5 spanningsloze machine gebeuren, bijvoorbeeld wanneer vooraf bekend is dat de machine langdurig onderbelast draait. Hierbij komt het probleem dat de aandrukkracht van de mechanische veer daalt naarmate een borstel verder gesleten is. Ook verschillende toleranties zijn oorzaak van afwijkende aandrukkrachten b^j borstels van onder-10 ling gelijke lengte, waardoor een ongelijkmatige slijtage ontstaat. Yerder is het bij de huidige uitvoeringen niet mogelijk om bij toenemende stroomdichtheid de borsteldruk te verhogen en omgekeerd.

Hierbij komt de invloed van de temperatuur, die vooral bij wisselende koellucht zoals bij toevoerventilatoren, van nadelige 15 invloed kan zijn. Yoor een goede kommutatie is een minimale kommu-tatortemperatuur gewenst. Deze temperatuur wordt ondermeer bepaald door de intredende koelluchttemperatuur, de belasting van de machine en de stroomdichtheid van de borstels. Ook de vochtigheid is van invloed op de kommutatie, bijvoorbeeld een zeer droge omgevings-20 lucht heeft een negatief effect hierop. Yerder hebben extreme mechanische trillingen een negatieve invloed op de kommutatie.

De uitvinding beoogt bovengenoemde problemen te ondervangen. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door een werkwijze aan te geven voor het besturen van het borstel-kommutatorsamenstel van een 25 electrische machine onder toepassing van een electrische verwer-kings- en stuureenheid, waarbij een of meer toestandsgrootheden van de electrische machine afgetast worden, waarbij de aftastwaar-den verwerkt worden en omgezet worden in een of meer stuursignalen, die de werking van het borstel-kommutatorsamenstel sturen voor een 30 optimale kommutatie van de machinestroom.

Tevens verschaft de uitvinding een besturingsinrichting voor een borstel-kommutatorsamenstel van een electrische machine, welke besturingsinrichting voorzien is van een of meer opnemers om toestandsgrootheden van de electrische machine af te tasten, een elee-35 trische verwerkings- en stuureenheid om de aftastsignalen van de opnemers te verwerken en om stuursignalen af te geven aan een of meer stuurorganen, die de werking van het borstel-kommutatorsamenstel sturen voor een optimale kommutatie van de machinestroom. Bij deze uitvoering volgens de uitvinding kan de borsteldruk op alle 40 borstels gelijk ingesteld worden onafhankelijk van de borstellengte, 8202816 -3- ‘ ' £ waarbij deze borsteldruk tijdens bedrijf bijgeregeld kan worden.

Ook kunnen bij deze uitvoering koolborstels tijdens bedrijf gelicht en neergelaten worden.

Als sensoren voor de toestandsgrootheden van de electrische 5 machines kunnen opnemers toegepast worden voor het aftasten van de machinestroom, de temperatuur van de koellucht of van de kommutator, de kwaliteit van de kommutatie bijvoorbeeld met behulp van een achter de stroomopnemer geplaatst hoogfrequent filter, het toerental al dan niet met voorteken van de draaiingsrichting, de vochtigheid 10 van de koellucht, de aanwezigheid van extreme mechanische trillingen, en eventueel andere parameters.

Met behulp van de besturingsinrichting volgens de uitvinding kunnen roterende electrische kommutatormachines onder alle omstandigheden, bijvoorbeeld met wisselende belasting zoals bij gelijk-15 stroommotoren voor aandrijving van ventilatoren en pompen onder andere met behulp van gelijkstroomthyristorregeling, worden toegepast.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de aandrukkracht van de borstels door fluïdum onder druk gestuurd en worden borstel-20 sporen bij afname en toename van de machinestroom resp. gelicht en neergelaten om een optimale stroomdichtheid in de borstels aan te houden. Daartoe bevat de besturingsinrichting volgens de. uitvinding een fluïdum regelketen voorzien van een electrisch regelbare druk-omzetter en ten minste een met de borstelsporen overeenkomend aantal 25 magneetventielen waarmede onder sturing van de electrische verwer-kings- en stuureenheid de aandrukkracht van de borstels in de bor-stelhouders en de af — en byschakeling van de borstelsporen door fluïdum onder druk gestuurd wordt. De uitvinding verschaft mede een fluïdum borstelhouder die klein en compact is en die met veel voor-50 deel in de besturingsinrichting toegepast kan worden.

Bij de werkwijze en de besturingsinrichting volgens de uitvinding kan het fluïdum zowel uit vloeistof als uit lucht of gas bestaan. De fluïdum regelketen kan dienovereenkomstig zowel een hydraulische regelketen voor bijvoorbeeld 'olie als een pneumatische 55 regelketen voor bijvoorbeeld lucht of gas zijn. Dit geldt vanzelfsprekend ook voor de fluïdum borstelhouder.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden met verwijzing naar de bijbehorende tekeningen, waarin: 8202816

* V

-4- figuur 1 een langsdoorsnede geeft van een voorbeelduitvoering van de borstelhouder volgens de uitvinding met twee "borstels; figuur 2 een dwarsdoorsnede geeft van de borstelhouder uit figuur 1; 5 figuur 3 het principe aangeeft van de borsteleindmelding; figuur 4 de fluïdum aansluiting toont van vier borstelhouders met elk twee borstels, die in twee borstelsporen zijn opgenomen; figuur 5 het schema geeft van een voorbeelduitvoering van de in de 10 besturingsinriohting volgens de uitvinding toegepaste fluïdum regelketen; figuur 6 het electrisohe schema geeft van een voorbeelduitvoering van de besturingsinriohting volgens de uitvinding; figuur 7 een electrisch schema geeft in meer detail van enkele 15 onderdelen uit figuur 6; figuur 8 een grafiek geeft als voorbeeld van de stroomcompensatie-factor als functie van de temperatuur; figuur 9 een grafiek geeft als voorbeeld van het aandrukken c.q,.

lichten van de borstels als functie van de gecompenseerde 20 stroom; figuur 10 een grafiek geeft als voorbeeld van de borsteldruk in afhankelijkheid van de stroom; en figuur 11 een schets geeft van een draaibare borstelbrug.

In de figuren 1, 2 en 3 zijn doorsneden aangegeven van een 25 pneumatische borstelhouder volgens de uitvinding waarin elke kool-borstel 2 tegen een kommutator 14 aandrukt. De borstelhouder kan alnaar de uitvoering een, twee of meer borstels opnemen. Toor elke borstel afzonderlijk bevat de houder een aan een zijde tegen een aandrukplaat 6 opgenomen borstelkast 1 waarin een koolborstel 2 30 vrij en zonder veel speling kan bewegen. Aan de andere zijde van de aandrukplaat 6 bevindt zich een druklichaam 3 met luchtkamer 8, waarin een flexibele balg 4 aan de onderflens luchtdicht door de plaat é is opgesloten. Deze flexibele balg is in de aandrukrich-ting licht samendrukbaar en de vouwen zijn in dwarsrichting vol-35 doende stijf om bij overdruk en onderdruk niet in te stuiken. Aan de bovenflens van de balg 4 is een met de koolborstel gekoppelde aandrukpen 5 luchtdicht bevestigd. Deze aandrukpen kan door een verende verbinding 9 met de koolborstel 2 verbonden zijn om kleine oneffenheden in het loopvlak van de kommutator goed te volgen en 40 eventuele uitwendige trillingen te dempen. Yoor een gemakkelijke 8202816 s7 * -5- vervanging van de borstel kan dit ook door middel van een klik-mechanisme gebeuren.

In het drukliohaam 3 is een kanaal A aangebracht, waardoor de luchtkamer 8 onder overdruk kan worden gebracht, he aandrukkracht 5 van de borstel wordt bepaald door de grootte van de overdruk en de eventueel tegen of meewerkende veerkracht van de balg zelf. Om deze zoveel mogelijk te elimineren en alleen de overdruk bepalend te laten zijn voor de aandrukkracht van de borstel is de balg zeer licht samendrukbaar. Om de borstel te lichten kan via een tweede, 10 door de wand en onderflens van de balg lopend kanaal B overdruk binnenin de balg gevoerd worden waardoor deze balg met borstel naar boven wordt bewogen. Hierbij is kanaal A in verbinding met atmosferische druk. In deze situatie is een manchet 7 rond de aandrukpen 5 aangebracht, waarvan de flap een luchtdichte afsluiting met deze 15 pen 5 waarborgt. Ook kan echter het kanaal B weggelaten worden en kan via kanaal A in plaats van overdruk nu onderdruk in de luchtkamer 8 ingevoerd worden, waardoor de balg met koolborstel naar boven bewogen wordt. Hierbij is de manchet 7 overbodig.

Doordat bij geheel samengeperste balg de borstel niet verder 20 naar beneden kan en geblokkeerd wordt, wordt een verdere beschadiging door lytzedraad van de kommutator vermeden. Be melding dat een borstel (bijna) aan zijn einde is, kan gebeuren met behulp van een op de electrische verwerkings- en stuureenheid aangesloten combinatie van lichtafgevend element 10 en lichtgevoelige sensor 11 of 25 een combinatie van in de koolborstel opgenomen permanente magneet 13 en een reed-contact 12. Deze melding wordt bij voorkeur gegeven enkele millimeters voordat de balg geheel samengedrukt is, waarbij dan een voorwaarschuwing via de stuureenheid wordt gegeven.

In figuur 2 is een verder kanaal C in de borstelkast nabij de 30 aandrukplaat 6 aangegeven. Tia een tijdschakeling in de electrische verwerkings- en stuureenheid kan periodiek, bijvoorbeeld één maal per week, gedurende een korte tijd van bijvoorbeeld tien seconden hoge druklucht worden toegevoerd voor het wegblazen van eventuele borstelstof in 'de borstelkast en op de kommutator. De op de aandruk-35 plaat 6 aangebrachte manchet 7 voorkomt hierbij dat de druk en het stof onder de balg komen. Ook kan onder invloed van de electrische verwerkings- en stuureenheid bij het aftasten van te droge lucht nabij de kommutator via het kanaal C speciaal bevochtigde lucht aan het borstel-kommutatorsamenstel worden toegevoerd ten einde een 40 juiste vochtigheidsgraad te verkrijgen.

8202816 ψ * -6-

Wanneer het druklichaam 3 van transparant materiaal is vervaardigd kan daarop een schaalverdeling in millimeters worden aan-gebracht zodat hij aangedrukte horstel de slijtage daarvan direct waargenomen wordt en horstelcontrole sterk vereenvoudigd is.

5 In figuur 4 is een voorbeeld aangegeven van de in dit geval pneumatisch uitgevoerde fluïdumaansluiting van vier in twee borstel-sporen opgenomen borstelhouders met elk twee borstels. Er kunnen groepen van naast elkaar gemonteerde borstelhouders aangebracht zijn, waarin elke borstelhouder een of meer borstels bevat. In het 10 eerste resp. tweede borstelspoor zijn de luchtkamers in de druk-lichamen via de kanalen A in serie op een pneumatische leiding 1 resp. 2 aangesloten die naar een daarvoor bestemd aandrukventiel TA1 resp. YA2 gaat. Yerder zijn in het eerste resp. tweede borstelspoor de ruimten binnen de balgen via de kanalen 33 in serie op een 15 pneumatische leiding 3 resp. 4 aangesloten die naar een verder ventiel YL1 resp. 712 voert voor het gelijktijdig in één spoor lichten van de bijbehorende koolborstels.

In figuur 5 is het schema van de door de electrische verwer-kings- en stuureenheid gestuurde en in dit geval pneumatisch uit-20 gevoerde fluïdum regelketen volgens de uitvinding aangegeven. Hieruit wordt vanuit de compressor 21 perslucht of gas met relatief . hoge druk via de terugslagklep 22 afgegegeven aan een hoge-drukvat of buffer 23. Ha de terugslagklep is een leiding aangesloten op een ventiel YB, met de uitgang waarvan de in alle sporen opgenomen 25 kanalen C zijn verbonden voor het schoonblazen van borstels en kommutator. Met 24 is een drukschakelaar van de compressor 1 aangegeven met instelbare schakeldifferentie. Be buffer 23. kan ook op een aansluiting 33 van een persluchtnet, indien aanwezig, aangesloten zijn zodat de compressor 21 achterwege kan blijven. Op de 30 buffer 23 volgen een filter 25 en een reduceerventiel 26, waarmede de druk van de lucht, bijvoorbeeld 6 tot 10 bar, gereduceerd kan worden tot ca 1 A 1,5 bar. Op dit punt is een leiding aangesloten naar de kanalen B van de borstelhouders in de respectievelijke sporen 1, 2 etc. Ha het lage-drukvat of buffer 27 volgt een elec-35 trisch gestuurde drukomzetter 28 waarmede onder sturing van de drukomzetter-regelversterker 31 de uitgangsdruk voor het geregelde-drukvat 29 wordt ingesteld. Aan de ingang van de regelversterker 31 wordt het van de stuureenheid afkomstige regelsignaal toegevoerd.

Op de uitgang van de buffer 29 is een minimum-druksehakelaar 30 40 aangesloten, die in de schakelketen van de electrische machine is 8202816 -7- opgenomen. De manometers M1, M2 en M3 geven de op de betrokken punten in de pneumatische regelketen heersende druk aan.

Wanneer de magneetventielen YA1-4 niet in de doorgetrokken getekende stand staan, zijn de luchtkanalen A aangesloten op de ge-5 streept getekende leiding waardoor ontluchting mogelijk is. In omgekeerde zin geldt hetzelfde voor de ventielen YL1-4 en YB en de bijbehorende kanalen B en C, , Het oplichten of aandrukken van in bepaalde sporen opgenomen borstels ten einde de stroomdichtheid onder de borstels ten behoeve 10 van een goede kommutatie op een optimale waarde te houden kan geschieden als functie van de volgorde parameters: de machinestroom, het toerental of de ankerspanning zoals bijvoorbeeld bij ventilatoren en pompen, de tijd ingesteld door een tijdklok bijvoorbeeld bij overs chakel'en van hoge naar lage niveaubelasting zoals bij ven-15 tilatoren overdag en ’s nachts in bedrijf, en eventueel andere parameters .

Het regelen van de borsteldruk via de kanalen A in elke bor-stelhouder en via de bijbehorende magneetventielen YAI-4 kan bijvoorbeeld op basis van de volgende parameters gebeuren: de stroom-20 belasting van de borstels, buitengewone mechanische trillingen, en de kommutatiekwaliteit. Het is bij lage stroombelasting gunstig om de borsteldruk lager te kiezen, en omgekeerd. Extreme mechanische trillingen hebben een schadelijke invloed op het kommutatieproces en indien zij bij voortduring aanwezig zijn moeten zij worden ge-25 elimineerd. Het is ook mogelijk dat bijvoorbeeld afhankelijk van het toerental kortstondig of wat langer buitengewone trillingen optreden in een bepaalde fase van de werking van de electrische machine. Onder deze omstandigheden is het gewenst om gedurende het optreden van dergelijke extreme trillingen de borsteldruk te ver-30 hogen. De trillingen worden gemeten met behulp van een trillings-niveau-opnemer. Ook kan de instelling van de borsteldruk geschieden op basis van gemeten kommutatiekwaliteit. Hiertoe wordt de mate van vonkvorming bij kommutatie gemeten via een speciaal filter dat de bij kommutatie opgewekte hoogfrequente energie bepaalt. Het 35 uitgangssignaal van dit hoogfrequente filter is een maat voor de kwaliteit van kommutatie. De borsteldruk wordt dan bijgeregeld tot een minimum signaal uit het filter.

Het periodiek schoonblazen van de borstels en bijbehorende kommutator via de kanalen C in de borstelhouders en het magneetven-40 tiel YB kan met een tijdprogramma in de electrische verwerkings- 8202816 i \ -8- en stuureenheid gebeuren. Ook kan bij detectie door een vochtig-heidsopnemer van te droge lucht nabij de kommutator aan de kanalen C in de borstelhouders vochtige lucht worden toegevoerd. Droge omstandigheden hebben namelijk een zeer slechte invloed op kommuta-5 tie en patinavorming. Ter vermijding hiervan kan tijdens droge perioden een miniluchtbevochtigingsinstallatie worden toegepast.

In plaats van bevochtigde lucht kan een ander kommutatie bevorderend gas worden toegevoerd.

Figuur 6 geeft het electrische schema van de tot de electri-10 sche verwerkings- en stuureenheid volgens de uitvinding behorende ingangs- en uitgangsketens en figuur 7 geeft een blokschema van de centrale eenheid 40 uit figuur 6. Deze eenheid kan alnaargelang de verwerkings- en besturingsfuncties bijvoorbeeld bestaan uit een relaisschakeling, een digitale schakeling, een diodematrix of een 15 microprocessor. In figuur 7 is als voorbeeld een microprocessortoepassing aangegeven.

Yolgens figuur 6 worden analoge toestandsgrootheden, zoals de machinestroom I en de intreetemperatuur T van de koellucht, via als optische koppelorganen uitgevoerde, galvanische scheiders 42 20 en 45 toegevoerd aan twee analoge ingangen van een meerkanaals A/D omzetter 51 (multiplexer). Deze is verder aangesloten op de ingang 50.2 van de microprocessor 50. Tevens worden eindmeldingen vanaf de borstelsporen 1-4 via optische koppelorganen 45-48 toegevoerd aan de hoog/laag ingangen PAO-3 van de microprocessor 50. Op 25 ie andere zes ingangen van de A/D omzetter kunnen verdere opnemers zijn aangesloten, zoals bijvoorbeeld voor temperatuur of vochtigheid van koellucht of kommutator, mechanische trillingen, toerental van de electrische machine, kommutatiekwaliteit, etc.

Yanuit de microprocessor 50 kunnen verschillende uitgangs-30 signalen worden afgenomen. Yanaf de uitgang 50.1 wordt een acht-bits signaal toegevoerd aan een D/A omzetter 52. Yan de uitgang Auit daarvan wordt een analoog signaal via een gelineariseerd optisch koppelorgaan 49 toegevoerd aan de drukomzetter-regelverster-ker 31· Aan de drukingang daarvan wordt de teruggekoppelde druk van 35 de uitgang van de drukomzetter 28 toegevoerd. Het electrische uitgangssignaal van de regelversterker 31 stuurt de drukomzetter 28.

In figuur 7 is voor een enkele uitgang PBO uit de PB-uit-gangspoort een voorbeeld gegeven van de uitgangsketen via het dubbele optische koppelorgaan 44 van de besturing van de magneetven-40 tielen YA1 en YI1. In de daaronder getekende uitgangsketen van de 8202816 r ί -9- PB-poort in figuur 7 en in figuur 6 zijn de verdere uitgangsketens van de uitgangen PB1-6 aangegeven die elk via optische koppelorganen aangesloten zijn op de verdere magneetventielen YA2-4» YB2-4» en TB, en de relais 21 en 22. Hiervan Bedienen de magneetventielen 5 YA1, 711 het spoor 1 etc. en dient het ventiel TB voor het schoon-hlazen. Be relais 21 en 22 dienen resp. voor de alarmering of service oproep en voor de in- en uitschakeling van de electrische machine.

Het van een in de thyristorregelaar 39 van de motor opge-10 nomen meetshunt afkomstige stroommeetsignaal wordt in de A/B omzetter 51 omgezet in een hexadecimale waarde tussen 00 en 3*T (acht-hits conversie). Eveneens wordt het van de temperatuuropnemer 41 afkomstige temperatuurmeetsignaal in de A/B omzetter 51 omgezet in een hexadecimale waarde tussen 00 en EP. Bij +40°C temperatuur van 15 de koellucht wordt de machine geacht in vollasthedrijf “bij goede stroomdichtheid van de "borstels te draaien en een goede kommutatie met warme collector te geven. Om bij een lagere temperatuur van de koellucht toch dezelfde kommutator temperatuur te bereiken, welke voor optimale patinavorming nodig is, moet de nominale stroomdich-20 heid in de borstels worden verhoogd door middel van oplichten van één van de borstelsporen. Om een juiste oplichting en aandrukking van de borstels te realiseren wordt de gemeten machinestroom I vermenigvuldigd met een getal A tussen 0,5 en 1,0 waardoor een gecompenseerde stroom IT ( = A.l) verkregen wordt.

25 Be factor A in afhankelijkheid van de temperatuur T is bij wijze van voorbeeld in figuur 8 aangegeven. Bij beide assen zijn de bijbehorende hexadecimale waarden aangegeven. Beze relatie van de gecompenseerde stroom IT wordt in de microprocessor opgeslagen.

Ten einde bij afnemende belasting en derhalve afnemende 30 machinestroom de stroomdichtheid in de borstels voor een optimale kommutatie op een optimale waarde te houden moeten er borstelsporen worden gelicht zodat de totale machinestroom over een kleiner aantal overgebleven borstels wordt verdeeld. Baar de effectieve stroomdichtheid onder de borstels^afhankelijk is van de tempera- 35 tuur van de koellucht kan derhalve de gecompenseerde stroom IT als schakelkriterium bij het lichten dienen.

In figuur 9 zijn de af- en bijschakelkriteria bij wijze van voorbeeld aangegeven. Op de x-as zijn de hexadecimale waarden van de gecompenseerde stroom IT en op de y-as zijn het aantal van n 40 aangedrukte borstelsporen aangegeven. Be in de vier kolommen aan- 8202816 -10- gegeven variabelen B1-B4 zijn één-bits variabelen. In de rechterkolom is aangegeven dat de vier variabelen de waarde één hebben overeenkomend met het geval dat alle vier borstelsporen zijn aangedrukt of n = 4· In de tweede kolom van rechts is aangegeven dat 5 B4 = 0 en B1 = 1, B2 = 1 en B3 = 1, overeenkomend met het geval dat alleen een der vier borstelsporen is gelicht of n = 3» etc. Om pendelen te voorkomen kan ingevoerd worden dat de over- of onder-schrijding van een bepaalde grenswaarde pas na een bepaalde tijd t.j invloed heeft. Bij toepassingen waarin de stroom snel toeneemt, 10 bijvoorbeeld walsen of persen, moet t^ worden gesplitst in twee tijden: een korte tijd bij stijgen van 10? en een langere tijd bij dalen van 10?.

0?en einde de borstelsporen gelijkmatig te doen slijten dient de volgorde waarin de sporen worden af- en bijgeschakeld cyclisch 15 en tijdsafhankelijk te veranderen. De koppeling tussen de variabelen B1-B4 en de uitgangen B01-B04 kan in de stuureenheid na een bepaalde tijdsduur tg cyclisch worden opgeschoven. Bij inschakelen wordt een willekeurig spoor als meest preferent aangewezen. Wanneer één der borstels in een spoor een eindmelding geeft, wordt dat bepaalde 20 spoor als minst preferent aangewezen.

Het instellen of sturen van de borsteldruk in afhankelijkheid van de niet-gecompenseerde machinestroom I is bij wijze van voorbeeld in figuur 10 aangegeven. De mate van borstelaandrukking hangt af van de gemeten stroom en van het aantal aangedrukte borstelspo-23 ren. Op de x-as is deze stroom I en de bijbehorende hexadecimale waarde aangegeven, terwijl op de y-as het analoge signaal Auit uit de D/Λ omzetter 52 en de bijbehorende hexadeeimale borsteldruk-waarde is aangegeven. Het analoge signaal stuurt de regelversterker 31 die vervolgens de drukomzetter 28 instelt op eèn uitgaande bor-50 steldruk tussen bijvoorbeeld 0,25 en 0,65 bar· Met behulp van een spanningsdeler kan dit niveau worden verschoven voor een juiste aanpassing aan het gegeven borsteloppervlak.

In figuur 10 is vanaf rechts naar links aangegeven op welke wijze bij opvolgend aangedrukte aantallen van vier, drie, twee 35 borstelsporen resp. één borstelspoor bij afnemende stroom de bijbehorende borsteldruk verloopt.

In de huidige praktijk wordt uitgegaan van een borstelstroom- dichtheid van 10 ampere/cm bij nominale borsteldruk van 2 200 gram/cm . Afhankelijk van de door het electrische ontwerp be-40 paalde borsteldoorsnede kan de borsteldruk door de electrische 8202816 -11- verwerkings- en stuureenheid worden aangepast. Bij een voor een "bepaalde eleetrische machine toegepaste "borstel met een afmeting p van 20 x 12,5 mm komt een borsteldruk van 200 gram/cni overeen met een overdruk van 500 gram, dat wil zeggenoa 0,5 har. Yoor andere 5 borsteldoorsneden kunnen in de microprocessor aanpassingen ingevoerd worden.

Be borstelbrug waarin de borstelsporen zijn opgenomen, kan in afhankelijkheid van de grootte en richting van de machinestroom of in afhankelijkheid van de kommutatiekwaliteit versteld worden 10 totdat de borstels in de werkelijk neutrale zone komen en vrije kommutatie mogelijk is. Hulppolen in de machine zijn dan niet meer nodig.

In figuur 11 is schematisch in planaanzicht en zijaanzicht een verstelbare borstelbrug 60 aangegeven. Be brug is draaibaar 15 doch stabiel aan het lagerschild bevestigd en is voor een deel voorzien van een aandrijforgaan 61 zoals een tandheugel. Met een servomotor of .stappenmotor 62 aan de as waaraan een rondsel 63 is bevestigd kan door draaiing de borstelbrug 60 versteld worden. Be servomotor of stappenmotor 62 is voorzien van een positieterug-20 melding zoals een 20-slagen potentiometer of ehcoder. Het stuursignaal voor het verstellen van de borstelbrug wordt van een van de uitgangen van de eleetrische verwerkings- en stuureenheid verkregen terwijl de positieterugmelding aan een der ingangen wordt teruggevoerd. Op de pennen 64 van de borstelbrug zijn de verder 25 niet aangegeven borstelhouders bevestigd.

Ook kan de borstelbrug versteld worden op basis van de afgetaste kommutatiekwaliteit. Hierbij wordt de borstelbrug zolang gedraaid totdat een minimaal signaal uit het eerder vermelde hoogfrequent filter wordt verkregen.

30 Be besturingsinrichting is met name door de toegepaste pneu matische regelketen met buffers bijzonder betrouwbaar. Be elec-trische schakelingen zijn door de toegepaste galvanisch gescheiden ingangen en uitgangen eveneens zeer betrouwbaar. Mocht een defect optreden in de besturingsinrichting dan zullen ondanks het wegvallen 35 van de bekrachtiging van de ventielen alle borstels aangedrukt blijven als gevolg van de pneumatische druk die aanwezig blijft.

Baar er in de borstelhouders theoretisch geen luchtverlies optreedt , zal door de buffers in de pneumatische regelketen de aandrukking ’oneindig’ lang vastgehouden worden. Baarnaast is een minimum 40 drukschakelaar aanwezig die, wanneer de pneumatische druk onvol- 8202816 -12- doende zou zijn, de electrische machine uitschakelt.

Door de in de horstelhouder aangehrachte mogelijkheid van eindmelding "bij vrijwel versleten borstel kan een waarschuwing via de verwerkings- en stuureenheid afgegeven worden. Eveneens kan een 5 regelmatige controle plaats vinden door de op het transparante druklichaam aangebrachte schaalverdeling waarbij de borstelslijtage kan worden waargenomen.

Be automatische schoonblaaswerking maakt een tussentijdse inspectie overbodig. Boor het automatisch lichten of neerlaten 10 van de borstels bij lagere of hogere machinestroom en de cyclische preferentiewisseling van borstelsporen wordt de kommutatie verbeterd met als gevolg langere standtijden van de borstels. Set betekent eveneens dat niet méér borstels meedoen aan de kommutatie dan werkelijk nodig, waardoor extra mechanische slijtage vermeden 15 wordt.

8202816

Claims

1. Werkwijze voor het hesturen van een borstel-kommutator-samenstel van een electrisohe machine onder toepassing van een electrische verwerkings- en stuureenheid, waarbij een of meer toe-standsgrootheden van de electrische machine afgetast worden, waar- 5 hij de aftastwaarden verwerkt worden en omgezet worden in een of meer stuursignalen, die de werking van het borstel-kommutatorsamen-stel sturen voor een optimale kommutatie van de machinestroom.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het borstel-kommu-tatorsamenstel twee of meer borstelsporen van borstels bevat, 10 met-het kenmerk, dat de machinestroom afgetast wordt, dat de aandrukkraeht van de borstels door fluïdum onderdruk gestuurd wordt, waarbij tevens bij afname en toename van de machinestroom resp. borstelsporen af- en bijgeschakeld worden om een optimale stroomdichtheid in de borstels aan te houden. 15

3« Werkwijze volgens conclusie 2, met het ken merk, dat de temperatuur van de koellucht en/of van de kommuta-tor afgetast wordt.

4· Werkwijze volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat de vochtigheid van de koellucht nabij de kommutator 20 wordt afgetast en dat in reactie daarop bevochtigde lucht of gas aan de kommutator wordt toegevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kwaliteit van de kommutatie af getast wordt aan de hand van de op de machinestroom aanwezige kommutatieruis, die 25 hoogfrequent gefilterd wordt.

6. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het toerental van de electrische machine wordt afgetast.

7· Werkwijze volgens conclusie 2,met het ken-50 merk, dat buitengewone mechanische trillingen aan de electrische machine worden afgetast.

8. Besturingsinrichting voor een borstel-kommutatorsamenstel van een electrische machine, voor het uitvoeren van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, voorzien van een of meer 55 opnemers om toestandsgrootheden van de electrische machine af te tasten, een electrische verwerkings- en stuureenheid om de aftast-signalen van de opnemers te verwerken en om stuursignalen af te 8202816 •e -14- geven aan een of meer stuur organen, die de werking van het borstel-kommutatorsamenstel sturen voor een optimale kommutatie van de machinestroom.

9. Besturingsinrichting volgens conclusie 8, waarbij het bor-5 stel-kommutatorsamenstel in twee of meer borstelsporen verdeelde groepen van borstelhouders bevat, waarin de borstels tegen het kommutatorloopvlak aangedrukt worden, met het kenmerk, dat een fluïdum regelketen is aangebracht voorzien van een electrisch regelbare drukomzetter en ten minste een met de borstel-10 sporen overeenkomend aantal magneetventielen waarmede onder sturing van de electrische verwerkings- en stuureenheid de aandruk-kracht van de borstels in de borstelhouders en de af- en bijschakeling van de borstelsporen door fluïdum onder druk gestuurd wordt.

10. Besturingsinrichting volgens conclusie 9i ®e t het 15 kenmerk, dat de fluïdum regelketen een pneumatische regelketen is.

11. Besturingsinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat elke borstelhouder voorzien is van een druk-liehaam met luchtkamer en daarin een flexibele balg, die via een 20 aandrukpen met de borstel is verbonden.

12. Besturingsinrichting volgens conclusie 11, waarbij elke borstelhouder een borstelkast heeft waarin de borstel verschuifbaar is. opgenomen, met het kenmerk, dat het druklichaam op de borstelkast is bevestigd onder tussenvoeging van een aandruk- 25 plaat, welke de onderflens van de flexibele balg luchtdicht opsluit in het druklichaam, terwijl aan de bovenflens van de balg de door een opening in de aandrukplaat verlopende aandrukpen is bevestigd en dat een kanaal in de wand van het druklichaam is aangebracht voor toevoer van overdruk of onderdruklucht in de ruimte 50 tussen balg en wand.

13· Besturingsinrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het druklichaam verder bevat een afdichtmanehet tussen aandrukplaat en onderflens van de flexibele balg en een tweede kanaal in de wand en door de onderflens van de balg dat 35 uitmondt in de balg voor toevoer van overdruklucht binnenin de balg.

14· Besturingsinrichting volgens conclusie 13» met het kenmerk, dat de borstelkast nabij de aandrukplaat bevat een kanaal voor toevoer van overdruklucht of vochtige lucht. 8202816 V ·* -15-

15. Bestaringsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 13, gekenmerkt door een opnemer om de machinestroom af te tasten.

16. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 13» 5 gekenmerkt door een opnemer om het toerental af te tasten.

17. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 13» hekenmerkt door een opnemer om de temperatuur van de koellucht of van de kommutator af te tasten.

18. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 13» gekenmerkt door een opnemer om buitengewone mechanische trillingen af te tasten.

19. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 14» gekenmerkt door een opnemer om de vochtigheid van 15 de koellucht of de vochtigheid van de lucht nabij de kommutator af te tasten.

20. Besturingsinrichting volgens conclusie 8, waarbij het borstel-kommutatorsamenstel borstelhouders bevat die aan een binnen het lagerschild van de electrische machine opgenomen borstelbrug 20 zijn bevestigd, met het kenmerk, dat de borstelbrug een aandrijforgaan heeft, dat door de electrische verwerkings- en stuureenheid gestuurd wordt om de borstelbrug te draaien totdat de borstels in de werkelijk neutrale zone staan.

21. Besturingsinrichting volgens conclusie 20, g e k e n - 25 merkt door een opnemer om de grootte en richting van de machinestroom af te tasten.

22. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 13 of conclusie 20, gekenmerkt door een door een hoogfrequent filter gevolgde opnemer om de kwaliteit van de kommuta- 30 tatie af te tasten.

23. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 22, met het kenmerk, dat de electrische verwerkings- en stuureenheid zodanig uitgevoerd is, dat borstelsporen af- en bijgeschakeld worden als functie van de gemeten machinestroom even- 35 tueel door de temperatuur gecompenseerd.

24. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 23, met het kenmerk, dat de electrische verwerkings- en stuureenheid zodanig uitgevoerd is, dat de aandrukkracht van de borstels wordt bepaald als functie van de afgetaste machinestroom 40 en het aantal bijgeschakelde borstelsporen. 8202816 »* ** - -16-

25. Besturingsinri ehting volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de electrische verwerkings- en stuureenheid zodanig uitgevoerd is dat de volgorde, waarin de borstelsporen af- en bijgeschakeld worden, cyclisch en tijdsafhankelijk wordt 5 gewisseld.

26. Besturingsinrichting volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat elke borstelhouder in de borstelkast een eind-meldingorgaan heeft om nabij de eindstand van de afgesleten borstel deze te melden aan de electrische verwerkings- en stuur- 10 eenheid die een waarschuwingssignaal afgeeft en/of het betreffende borstelspoor in de spoorwisseling als minst preferent aanwijst.

27. Besturingsinrichting volgens conclusie 26, m e t het het kenmerk, dat *eindmeldingorgaan een combinatie is van licht-afgevend element en lichtgevoelig element in twee tegenoverge-15 stelde borstelkastwanden of van magneet in borstel en reed-ele-ment in borstelkastwand.

28. Besturingsinrichting volgens één der conclusies 8 tot 27, met het kenmerk, dat de electrische verwerkings- en stuureenheid een microprocessor bevat. 8202816