WO1996007232A1 - Schaltungsanordnung zur verhinderung von bürstenproblemen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur verhinderung von bürstenproblemen Download PDF

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WO1996007232A1
WO1996007232A1 PCT/AT1995/000165 AT9500165W WO9607232A1 WO 1996007232 A1 WO1996007232 A1 WO 1996007232A1 AT 9500165 W AT9500165 W AT 9500165W WO 9607232 A1 WO9607232 A1 WO 9607232A1
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current
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PCT/AT1995/000165
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Walter Schumacher
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Elin Energieversorgung Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/24—Variable impedance in stator or rotor circuit
    • H02P25/26—Variable impedance in stator or rotor circuit with arrangements for controlling secondary impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/36—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for preventing brush test strips in slip ring machines due to strongly fluctuating loads, the transmission of the rotor current taking place via brushes and slip rings.
  • Carbon brushes are used for power transmission in both commutators and slip rings in electrical machines. Commutators or slip rings are constantly worn during operation and must be maintained. With regard to the current carrying capacity and the brush contact pressure, a distinction must be made as to whether the brush is used as a commutator brush or as a slip ring brush. In both cases, there is usually a problem with brush vibration.
  • a brush sliding on slip rings is naturally able to withstand a much higher current than a commutator brush, since it is under mechanically and electrically more favorable conditions. Since it does not have to run over lamella bars, it can also be subjected to a higher contact pressure than a brush sliding on a commutator.
  • the object of the invention is therefore to design an arrangement which ensures that the brush wear does not exceed the regular abrasion rate when falling below or with rapidly changing load cases.
  • the rotor winding is fed via a circular current transformer, the secondary winding strands of which each have a symmetrical center tap, which are conductively connected to a terminating component of the rotor circuit, and that an evenly divided brush holder is assigned to each slip ring, and that the winding start and winding end one secondary winding strand each with half the number of brush carrier parts of the respectively assigned Slip ring are conductively connected, and that the winding start and winding end of each primary winding strand of the circular current transformer are conductively connected to an alternating voltage source via on-off contacts of a switching device, and that the connection of the center tap of one of the two secondary winding strands to the terminating component of the rotor circuit is conducted via a current measuring device, which one Limit indicator via the actual rotor current and that the control circuit of the switching device is controlled by the limit indicator.
  • the figure shows a three-phase generator designed as a rotating ring machine (1), the rotor winding (2) of which is designed as an excitation winding and is connected to two slip rings (3, 4).
  • the rotor winding (2) is fed via a circular current transformer (5), the secondary winding strands (7a, 7b) of which each have a symmetrical center tap (8a, 8b), which are conductively connected to a terminating component (14) of the rotor circuit designed as a DC excitation source .
  • This end component (14) of the rotor circuit is fed via a three-phase transformer (15).
  • Each slip ring (3, 4) is assigned an evenly divided brush holder (3a and 3b and 4a and 4b);
  • the beginning and end of the winding of a secondary winding strand (7a, 7b) each have half the number of brush holder parts (4a or 4b and 3a or 3b) of the each assigned slip ring (4, 3) conductively connected.
  • the start and end of the winding of each primary winding strand (6a, 6b) of the circular current transformer (5) is conductively connected to an AC voltage source (16a, 16b) via on-off contacts (9a, 9b, 9c, 9d) of a switching device (9) designed as a contactor.
  • This current measuring device (13) informs a limit indicator (12) about the actual current strength of the rotor winding (2).
  • a control circuit (10a, 10b) of the switching device (9) can be controlled by the limit detector (12) by means of the control coil (10b).
  • the rotor current flows through the center taps (8a, 8b) of the circular current transformer (5) and then halves over the winding halves of the secondary winding strand (7a, 7b). If the limit value detector (12) registers that the rotor current falls below the lower limit value, i.e. if an excited operating state occurs, then by closing the control circuit (10a, 10b) it causes the control coil (10b) to pick up and via the on-off contacts (9a, 9b, 9c, 9d) the primary winding strand (6a, 6b) of the circular current transformer (5) is connected to the AC voltage source (16a, 16b).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäß ist die Rotorwicklung (2) über einen Transformator (5) im Rotorstromkreis gespeist, dessen Sekundärwicklungsstränge (7a, 7b) je eine symmetrische Mittelanzapfung (8a, 8b) aufweisen. Die Mittelanzapfungen (8a, 8b) sind mit einer Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises leitend verbunden. Die Verbindung der Mittelanzapfung (8b) eines der beiden Sekundärwicklungsstränge (7b) mit der Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises ist über eine Strommeßeinrichtung (13) geführt, welche einen Grenzwertmelder (12) über die Rotor-Iststromstärke informiert. Der Grenzwertmelder (12) schaltet bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes des Läuferstromes die Primärwicklungsstränge (6a, 6b) des Kreisstromtransformators (5) an eine Wechselspannungsquelle. Dadurch wird der Rotorstrom in einen optimalen Arbeitsbereich in bezug auf die Stromdichte in den Bürsten angehoben.

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.

Claims

PATENTANSPRUCH
Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Bürstenproblemen bei Schlei_iτingläufer- Maschinen (1) aufgrund stark schwankender Belastung, wobei die Übertragung des Rotorstromes über Bürsten und ScMeifringe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwicklung (2) über einen Kreisstromtransformator (5) gespeist ist, dessen Sekundärwicklungsstränge (7a, 7b) je eine symmetrische Mittelanzapfung (8a, 8b) aufweisen, welche mit einer Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises leitend verbunden sind, und daß jedem Schleifring (3, 4) ein geradzahlig geteilter Bürsten- träger (3 a u. 3b sowie 4a u. 4b) zugeordnet ist, und daß Wicklungsanfang und Wicklungsende jeweils eines Sekundärwicklungsstranges (7a, 7b) mit jeweils der halben Anzahl von Bürstenträgerteilen (4a bzw. 4b sowie 3a bzw. 3b) des jeweils zugeordneten Schleifringes (4, 3) leitend verbunden sind, und daß Wicklungsanfang und Wicklungsende jedes Primärwicklungsstranges (6a, 6b) des Kreisstrom¬ transformators (5) über Ein-Ausschakkontakte (9a, 9b, 9c, 9d) eines Schaltgerätes (9) mit einer Wechselspannungsquelle (16a, 16b) leitend verbunden sind, und daß die Verbindung der Mittelanzapfung (8b) eines der beiden Sekundärwicklungsstränge (7b) mit der Abschlußkomponente (14) des Rotorkreises über eine Stromme߬ einrichtung (13) geführt ist, welche einen Grenzwertmelder (12) über die Rotor- Iststromstärke informiert, und daß der Steuerstromkreis (10a, 10b) des Schaltgerätes (9) vom Grenzwertmelder (12) gesteuert ist.
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