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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Halterung, Kontaktierung und Kühlung umlaufender Scheibenthyristoren, insbesondere für die Hochlaufeinrichtung für den asynchronen Selbstanlauf eines bürstenlos arbeitenden Synchronmotors, bei welcher Einrichtung die Scheibenthyristoren in der Scheibenform der Thyristoren angepassten Ausnehmungen einer auf der Maschinenwelle sitzenden Scheibe gegen die Fliehkräfte gesichert, jedoch mit geringer axialer Beweglichkeit gehalten sind und für die Kontaktierung der Thyristoren scheibenförmige Kontaktstücke vorgesehen sind.
Die weitere Erläuterung des Erfindungsgegenstandes erfolgt an Hand der Zeichnungen, in denen Fig. 1 das nicht Gegenstand dieser Erfindung bildende Schaltschema für den in Rede stehenden asynchronen Selbstanlauf und die Fig. 2 bis 6 die erfmdungsgemässe konstruktive Lösung zeigen.
Im Schaltbild gemäss Fig. l bedeutet--l-den Ständer des Synchronmotors,--2--sein Polrad und - 3 und 4-- den Läufer und das Feld seiner Erregermaschine, welche in an sich bekannter Weise als Aussenpolgenerator ausgebildet ist, dessen Läufer auf der Welle des Synchronmotors sitzt und über mitrotierende Gleichrichter6 Polrad-2-speist. Für die Bedürfnisse des Hochlaufes liegen im Polradkreis der Reihenthyristor--7--und parallel zum Polrad--2--die antiparallel geschalteten sogenannten Anlaufthyristoren--9--. Um konsequent Bürsten und Schleifringe zu vermeiden, rotieren auch diese Thyristoren mit der Maschinenwelle.
Der Vollständigkeit halber sind mit --5-- Sicherungen angedeutet, mit --8-- die sogenannte Trägerstaueffektbeschaltung für die Gleichrichter bzw. Thyristoren mit an sich bekannter Funktion und mit--12-ein Vorwiderstand. Mit--11--ist in Form eines Blockschaltbildes das Mess- und
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werden, so dass für die Zeit des Hochlaufes die Gleichstromerregung des Polrades-2-unterbrochen, aber für beide Richtungen der im Polrad--2--induzierten asynchronen Spannungen ein Kurzschlusspfad über die Thyristoren --9-- gegeben ist. Die mit dem Blocksymbol-11--angedeuteten Schaltelemente rotieren (meist in eine Scheibe eingebaut) gleichfalls mit der Maschinenwelle.
Ist der Synchronismus weitgehend erreicht, so zündet der Thyristor--7--und löschen die Thyristoren-9--, womit die Gleichstromerregung wirksam und der Motor in den Synchronismus gezogen wird.
Das Problem, um dessen Lösung es bei dieser Erfindung geht, ist die Halterung, elektrische Verbindung und Kühlung der Thyristoren-7 und 9--. Diese Thyristoren sind, wie schon erwähnt, als Scheibenthyristoren ausgeführt und stellen als solche bekanntlich hohe Anforderungen an die Güte ihrer Kontaktierung, insbesondere hinsichtlich des mit engen Toleranzen aufzubringenden Kontaktdruckes, seiner gleichmässigen Verteilung über die gesamte Kontaktfläche und der damit eng zusammenhängenden Abfuhr der Thyristorverlustwärme. Dazu kommen noch die mit der rotierenden Anordnung dieser Thyristoren zusammenhängenden mechanischen Probleme.
Als dem erfindungsgemässen Vorschlag am nächsten kommender Stand der Technik sei auf die deutsche Auslegeschrift 1817078 verwiesen, bei der es jedoch primär um die Möglichkeit eines in radialer Richtung erfolgenden Ausbaues der Gleichrichtereinheiten geht, während die vorliegende Lösung vor allem um eine gute Kontaktierung der Gleichrichtereinheiten bemüht ist.
Die erfindungsgemässe Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die scheibenförmigen Kontaktstücke auf der einen Seite der Scheibenthyristorebene unmittelbar mit in mit der auf der Maschinenwelle sitzenden Scheibe fest verbundenen metallischen Halbringen gelagerten Kontaktstücken und auf der andern Seite der Scheibenthyristorebene unter Zwischenschaltung von vorzugsweise an der den Thyristoren zugekehrten Seite mit konvexer Kontaktfläche ausgebildeten Kontaktzwischenstücken mit in einem in axialer Richtung relativ zu der auf der Maschinenwelle sitzenden Scheibe verschiebbaren metallischen Ring gelagerten Kontaktstücken in Verbindung stehen, welcher Ring federnd in axialer Richtung gegen die Kontaktzwischenstücke gepresst ist, und dass die Halbringe voneinander und vom Ring durch Isolationszwischenlagen an den Berührungs- bzw.
Befestigungsstellen mit der Scheibe elektrisch und thermisch isoliert sind.
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ihrer einen Stirnfläche an einander gegenüberliegenden Kontaktflächen der Scheibenthyristoren aufliegen. Die Kontaktstücke --14-- besitzen streng planparallele Stirnflächen, von denen die dem Thyristor abgekehrten an weiteren Kontaktstücken --16-- anliegen, welche in um 1200 versetzten Ausnehmungen eines aus zwei voneinander elektrisch isolierten Halbringen--17', 17"--aus elektrisch und thermisch gut leitendem Material, vorzugsweise Aluminium, bestehenden Ringes eingeschrumpft sind.
Die Halbringe-17', 17"-sind unter Zwischenlage einer Isolation --18-- mit der T-förmigen Scheibe--10--verschraubt (Schrauben--19--).
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aus Isoliermaterial bestehenden Zentrierring --23-- auf der T-förmigen Scheibe--10-zentriert und wird über in der T-förmigen Scheibe --10-- verankerte Bolzen --24-- und sich gegen Schraubenmuttern --25-- der Bolzen --24-- abstützende Druckjoche --26-- unter Zwischenschaltung von Tellerfedern --27-- an den den Thyristoren gegenüberliegenden Stellen auf die Kontaktzwischenstüche --20-- gepresst.
Da die Thyristoren--7 und 9--in der T-förmigen Scheibe--10--so gelagert sind, dass sie zwar kraftschlüssig gegen die auftretenden Fliehkräfte gehalten werden, geringe axiale Verschiebungen aber möglich sind, erfahren alle Kontaktflächen zu beiden Seiten der Thyristoren denselben Kontaktdruck. Ein elektrisch und Wärme leitender Kontakt zwischen dem Ringbund der T-förmigen Scheibe --10-- ist durch Isolationszwischenlage --28-- wieder verhindert. Die Halbringe-17', 17"-sowie der Ring --22-- sind mit Kühlrippen-29-bzw. der besseren Kühlung dienenden Bohrungen --30-- versehen.
Mit --31-- ist schliesslich in Fig. 2 und 4 ein isoliert durch die T-förmige Scheibe--10--und den Ring-22hindurchgeführter Anschlussbolzen für den Halbring --17"-- angedeutet. In Fig. 5 ist mit-32-ein in den Druckjochen--26--vorgesehener Druckindikator angedeutet.
Die Wirkungsweise und Vorteile der erfindungsgemässen Lösung zur Halterung, Kontaktierung und Kühlung der rotierenden Thyristoren sind wie folgt : Durch Spannen der Tellerfedern --27-- über die Druckjoche - und die auf den Bolzen--24--sitzenden Muttern werden die im Ring--22--sitzenden
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kraftschlüssig gegen die Fliehkräfte gehalten werden, kleine axiale Verschiebungen aber möglich sind, ist der Kontaktdruck auf der andern Thyristorseite zwischen den Thyristorkontaktflächen und den Kontaktstücken - bzw. zwischen den Kontaktstücken --14-- und den in den Halbringen-17', 17"eingeschrumpften Kontaktstücken --16-- stets der gleiche, auch bei den nicht zu vermeidenden Toleranzen in den Thyristordicken.
Dickendifferenzen der Thyristoren und somit geringe Abweichungen der Kontaktebene an den Thyristoren werden gegebenenfalls durch eine Schrägstellung des Ringes --22-- ausgeglichen. Die Qualität der Kontaktierung leidet darunter keinesfalls, da eine solche Schrägstellung durch die konkave bzw. konvexe Ausbildung der zusammenarbeitenden Kontaktflächen der Kontaktstücke --15-- bzw. der Kontakt- zwischenstücke-20--für die Kontaktierung der Thyristoren ohne Auswirkung bleibt.
In radialer Richtung erfolgende relative Bewegungen zwischen Scheibe --10-- und den Halbringen--17', 17"--auf der einen Seite, bzw. zwischen Scheibe--10--und Ring--22--auf der andern Seite, verursacht etwa durch die Fliehkraft oder verschiedene thermische Dehnungen, werden durch die planen Kontaktflächen zwischen den Kontaktstücken --16-- und 14-einerseits bzw. den Kontaktstücken --20 und 21--anderseits, die also aufeinander gleiten können, ohne Benachteiligung der Kontaktierung ermöglicht. Hand in Hand mit der Qualität der elektrischen Kontaktierung geht die Qualität der thermischen Kontaktierung und damit die für den Betrieb von Thyristoren so wichtige Abfuhr der Verlustwärme.
Letztere ist im vorliegenden Fall dadurch gesichert, dass die Halbringe--17', 17"--und der Ring --22-- an sich schon grosse Wärme abgebende Flächen darstellen, die durch die Ausbildung von Kühlrippen --29-- noch vergrössert werden. über die Kühlbohrungen-30-werden auch innen liegende Flächen und Räume gekühlt. Die Halbringe--17', 17"--und der Ring--22--dienen also zur mechanischen Lösung der Druckkontaktierung der Thyristoren, zur elektrischen Verbindung der einzelnen Thyristoren im Sinne des Schaltbildes nach Fig. 1 und gleichzeitig zur wirkungsvollen Kühlung der Thyristoren. Da die Verlustwärme nur dann entsteht, wenn die Thyristoren umlaufen, ist eine gute Kühlung der Halbringe--17', 17"--bzw. des Ringes--22--stets gewährleistet.
Entsprechend den hohen Anforderungen an den elektrischen und thermischen übergangswiderstand werden die Kontaktflächen der Kontaktstücke --16, 14 bzw. 15,20, 21-mit höchster Präzision hergestellt und erfahren die für hohe Kontaktqualität erforderlichen Behandlungen (Polieren, Korrosionsschutz, Oberflächenvergütung). Die Kontaktstücke können nach erfolgtem Zusammenbau des Thyristorrades durch Verstiftung gegen die Wirkung der Fliehkräfte zusätzlich abgesichert werden.
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