Elektrische Maschine mit umlaufenden Halbleitergleichrichtern Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit umlaufenden Halbleitergleichrichtern, die mit ihrer Gleichrichterschicht senkrecht zur Fliehkraftrichtung in mit Kühlmitteln versehenen Tragstücken befestigt sind, welche Tragstücke auf einem mit der Welle verbundenen Ring lösbar angebracht sind, wobei die Wechselstrom zuleitungen zu den Gleichrichtern radial zur Welle ge führt und mittels Kontaktstücken mit der Ankerwick lung verbunden sind.
Es sind bereits Anordnungen der Halbleitergleich richter zwischen den Lagern einer Maschine bekannt geworden. Die Gleichrichter werden bei diesen Ausfüh rungen entweder an bereits vorhandenen Bauteilen, wie z. B. Wickelträgern, oder auf nur für diesen Zweck vor gesehenen geschlossenen Ringen isoliert angeordnet und durch entsprechende Schaltverbindungen mit den übri gen Wicklungsteilen des Maschinenläufers verbunden, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuformen.
Diese Ausführungen hatten jedoch den Nachteil, dass bei einem Gleichrichterdefekt die ganze Maschine demontiert werden musste, um einen einzelnen Gleich richter oder den gesamten Gleichrichterträger aus zuwechseln, insbesondere auch, da nach dem Auswech seln einzelner oder aller Gleichrichter der gesamte Ma schinenläufer neu ausgewuchtet werden musste.
Würde man den Gleichrichterträger ausserhalb der Lager auf einem Wellenstumpf anordnen, hätte dieses eine nachteilige Verlängerung der Maschine zur Folge.
Die Zu- und Ableitungen zu den Gleichrichtern wurden bisher durch aufwendige Einzelverdrahtung her gestellt. Die Ableitung erfolgte teilweise auch über ge schlossene Trägerringe, wobei jedoch mindestens zwei Ringe mit verschiedener Polarität auch bei geringen Stromstärken erforderlich waren.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einem einen Ringabschnitt bildenden Tragstück jeweils eine Gruppe von Halbleitergleichrichtern angeordnet ist, deren genannte Zuleitungen als Stromsicherung wir kende Querschnittsverengungen aufweisen und zwischen Kontaktstücke darstellenden Kontaktscheiben und Iso- lierscheiben im Klemmsitz befestigt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol genden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in teilweisem Schnitt in der Vorderansicht zwei Tragstücke, die auf einem Ring befestigt sind, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie C-D der Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie<B>E -F</B> der Fig. 1. Es ist also der geschlossene Ring 2 das eigentliche Befestigungselement, welches mit den elektrisch be stückten Elementen, d. h. den Tragstücken, lösbar ver bunden ist.
Die kontaktvermittelnden Teile sind in der Nähe der Welle, d. h. die Kontaktscheiben sind nur schwer demontierbar, untergebracht, da nicht damit zu rechnen ist, dass hier Auswechselungen vorgenommen werden müssen. Leicht auswechselbar und demontierbar sind demnach nur noch die eigentlichen Gleichrichter trägerstücke, so dass man beliebig die Schaltung ändern kann, die Grösse der Gleichrichterelemente verändern kann und auch eine gute Zugänglichkeit zu Prüfzwecken vorhanden ist.
Nach dieser Ausführung wird nur durch Anziehen von Schrauben ein Kontakt vermittelt; ohne dass irgend welche Löt- oder Schweissverbindungen erforderlich sind, so dass ein Auswechseln der Halbleitergleichrich ter leicht zu handhaben ist.
Wenn bei den bisher bekanntgewordenen Ausfüh rungen aus irgendwelchen Gründen durch Kurzschluss in den Halbleitergleichrichtern ein zu grosser Strom floss, konnten dadurch erhebliche Schädigungen eintreten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zuleitung nur im Querschnitt so geschwächt, dass sie als Sicherung wirkt. Die durchgeschmolzene Zuleitung wird dann unter Fliehkraftwirkung so nach aussen geschleudert, dass sie nicht mehr irgendwelche nicht gewünschte Kontakte zu den anderen noch in den Kontaktstücken befindlichen Teilen herstellen kann. Es wird dadurch eine erhebliche Betriebssicherheit er reicht.
Es ist auch denkbar, dass der flanschähnliche Ring auf einem Wellenstumpf angeordnet wird, d. h. sich ausserhalb der Lagerschilde befindet, wenn das aus ir gendwelchen Gründen erforderlich werden sollte.
Zu diesem Zweck genügt eine Auswuchtvorrichtung zur Aufnahme der Trägerteilstücke, die die gleichen Anschlussmasse hierfür besitzt wie der an der Maschine verbleibende flanschähnliche Ring. Es ist zweckmässig, hierbei die Befestigungsschrauben der Teilstücke mit in den Auswuchtvorgang einzubeziehen. Hierdurch wird das bisher erforderliche Auswuchten des gesamten Ma schinenläufers beim Auswechseln von Gleichrichtern eingespart.
Es ist weiterhin wichtig, dass die Zuführung der Wechselspannung von den Wicklungen der Maschine über mit den Kontaktscheiben fest verbundene, zu Montagezwecken verschiebbare, isolierte Anschlussbol- zen erfolgt. Diese Schaltverbindungen brauchen dann bei späteren Arbeiten an der Maschine nicht mehr ge löst zu werden, da der Anschluss und die Wechselspan nungsschaltung der Gleichrichter über die Kontaktschei ben und die eigentliche Zuleitung zu den Gleichrich tern zweckmässig durch Anpressung mittels eines ge meinsamen Pressringes erfolgt.
In der Fig. 1 ist auf der rotierenden Welle 1 der flanschähnliche Ring 2 zum Beispiel durch Aufpressen in Pfeilrichtung 3 (Fig. 2) befestigt, bis er an dem Absatz 4 des weiteren Wellenteiles 5 anliegt. Dieser Ring besitzt einen der Welle 3 parallel laufenden Teil, der als Muffe 6 bezeichnet wird. Sobald dieser Ring metallisch ist, befindet sich dann auf der Oberfläche dieser Muffe eine Isolierung 7, die sich in der Scheibe 8 fortsetzt, welche sich an dem Ringteil 9 des ganzen Ringes, gebildet von den Teilen 9, 6, fortsetzt. Im Ringteil 9 sind noch Lüftungslöcher 10.
Die im Aus führungsbeispiel halbkreisförmigen Tragstücke 11, 12 werden durch Bolzen 13, durch die ebenfalls isolierten Durchführungen 14, mit dem Ringteil 9 verbunden. Die Bolzen können dabei passstiftähnliche Ansätze 15 aufweisen. Man erkennt durch Vergleich der Fig. 1 und 2, dass nach Entfernung der Bolzen 13 diese Trag stücke 11, 12 in Pfeilrichtung 16, d. h. in Fliehkraft richtung, entfernt werden können. In diesen Tragstücken sind die Halbleitergleichrichter 17 mit ihrem patronen ähnlichen Kopf 18, z. B. in Pfeilrichtung 16, durch Ein pressen befestigt.
Durch das Aufliegen dieses patronen ähnlichen Kopfes 18 auf dem stromleitenden Tragstück 11, 12 und durch Verstärkung dieses Auflagedruckes durch Fliehkraftwirkung wird der eine Pol des Gleich richters auf die metallischen Tragstücke 11 bzw. 12 übertragen. Je nach der Polung dieser Gleichrichter ist also dann das eine Tragstück 11 positiv bzw. negativ, wie es dann die Gleichrichterschaltung erfordert. Der Anschluss jedes dieser Tragstücke erfolgt durch eine hier nicht dargestellte Leitung über die Schrauben 13. Der andere Pol der Halbleitergleichrichter ist die flexible oder starre Zuleitung 19. Sie kann z. B. im Bereich des Pfeiles 20 so geschwächt sein, dass sie als Quer schnittssicherung oder ähnliches dient.
Bei der Montage werden in Pfeilrichtung 3 auf die Welle sowohl die Isolierscheiben 21, in denen z. B. halbkreisförmige Aus- nehmungen 22 vorhanden sind, wie auch die Kontakt scheiben 23 aufgeschoben. Ein Anpressring 24 wird dann durch die Befestigungsbolzen 25 in Pfeilrichtung 26 gegen das Ringteil 9 gezogen, wobei dann der Ab- stand 27 zwischen den Isolierscheiben 21 so klein wird, dass ein Einklemmen der Zuleitung 19 und damit eine Kontaktgabe stattfindet. Durch isolierte Kontaktbolzen 29 werden dann die WS-Anschlüsse hergestellt, während der GS-Anschluss über die Tragstücke 11, 12 erfolgt.
Nach der Fig. 2 können die Tragstücke 12 noch mit Lüfterflügeln 30 versehen werden, um die Kühl wirkung zu verstärken. Statt dieser Lüfterflügel kön nen aber auch oben oder auch an der Seite an sich bekannte Kühlrippen aufgesetzt werden.
Aus der Fig. 1 erkennt man noch, dass radiale Nuten 31 die Tragstücke 11 und 12 voneinander isolie rend unterbrechen. Es ist möglich, in diese radialen Nuten Ansatzstücke 32, die in der Fig. 1 schematisch dargestellt wurden, einzusetzen, um eine Sicherung in Fliehkraftrichtung zu erhalten bzw. um bei einer grö sseren Bestückung die Tragstücke 11, 12 in bezug auf die Fliehkraft zu entlasten.
Als Anwendung der Erfindung sind alle Möglich keiten zu bezeichnen, um bei Maschinen, die mit ge ringerer Erregerleistung auskommen, wirtschaftlich die Gleichrichter zu demontieren und zu montieren, ohne dass die Baulänge bzw. die Abmessungen der Maschine hierdurch wesentlich oder überhaupt beeinträchtigt wer den.
Electrical machine with rotating semiconductor rectifiers The invention relates to an electrical machine with rotating semiconductor rectifiers, which are fastened with their rectifier layer perpendicular to the centrifugal force direction in support pieces provided with coolants, which support pieces are detachably attached to a ring connected to the shaft, with the alternating current leads to the rectifiers leads radially to the shaft and are connected to the armature winding by means of contact pieces.
There are already arrangements of the semiconductor rectifier between the bearings of a machine become known. The rectifiers are in these Ausfüh ments either on existing components such. B. winding supports, or arranged isolated on only for this purpose before seen closed rings and connected by appropriate circuit connections with the remaining winding parts of the machine rotor to convert alternating current into direct current.
However, these versions had the disadvantage that in the event of a rectifier defect, the entire machine had to be dismantled in order to replace an individual rectifier or the entire rectifier carrier, especially since the entire machine rotor had to be rebalanced after replacing individual or all rectifiers .
If the rectifier carrier were to be arranged on a stub shaft outside the bearings, this would result in a disadvantageous lengthening of the machine.
The feed and discharge lines to the rectifiers have so far been made using complex individual wiring. The derivation also took place in some cases via closed carrier rings, although at least two rings with different polarity were required even with low currents.
The invention is characterized in that a group of semiconductor rectifiers is arranged on a support piece forming a ring section, the said supply lines of which have cross-sectional constrictions as current safeguards and are fastened in a press fit between contact disks and insulating disks.
An embodiment of the invention is explained in more detail in the fol lowing with reference to the drawings. 1 shows, in partial section, two support pieces which are fastened on a ring, FIG. 2 shows a section along the line AB in FIG. 1, FIG. 3 shows a section along the line CD in FIG. 1 and FIG Fig. 4 shows a section along the line <B> E -F </B> of FIG. 1. It is therefore the closed ring 2, the actual fastening element, which is fitted with the electrical elements, d. H. the support pieces, is releasably connected.
The contact-making parts are in the vicinity of the shaft, i.e. H. the contact disks are difficult to dismantle, housed, since it is not to be expected that replacements will have to be made here. Accordingly, only the actual rectifier carrier pieces are easy to replace and dismantle, so that the circuit can be changed as desired, the size of the rectifier elements can be changed and there is also good accessibility for testing purposes.
According to this design, contact is only established by tightening screws; without any soldering or welding connections being required, so that the semiconductor rectifier can be easily replaced.
If, for whatever reason, too large a current flowed in the semiconductor rectifiers in the previously known versions, this could result in considerable damage. In the present exemplary embodiment of the invention, the feed line is only weakened in cross section in such a way that it acts as a fuse. The melted supply line is then thrown outward under the effect of centrifugal force so that it can no longer make any undesired contacts to the other parts still located in the contact pieces. It is thereby a considerable operational reliability he reaches.
It is also conceivable that the flange-like ring is arranged on a stub shaft, i. H. is located outside the end shields if this should become necessary for any reason.
For this purpose, a balancing device is sufficient for receiving the carrier parts, which has the same connection mass for this as the flange-like ring remaining on the machine. It is advisable to include the fastening screws of the sections in the balancing process. This saves the previously required balancing of the entire machine rotor when replacing rectifiers.
It is also important that the alternating voltage is supplied from the windings of the machine via insulated connecting bolts that are firmly connected to the contact discs and can be moved for assembly purposes. These switching connections then no longer need to be loosened during later work on the machine, since the connection and the AC voltage circuit of the rectifier via the contact discs and the actual feed line to the rectifier are expediently made by pressing on using a common press ring.
In FIG. 1, the flange-like ring 2 is attached to the rotating shaft 1, for example by being pressed on in the direction of the arrow 3 (FIG. 2), until it rests against the shoulder 4 of the further shaft part 5. This ring has a part which runs parallel to the shaft 3 and is referred to as the sleeve 6. As soon as this ring is metallic, there is then an insulation 7 on the surface of this sleeve, which continues in the disc 8, which continues on the ring part 9 of the whole ring formed by the parts 9, 6. There are still ventilation holes 10 in the ring part 9.
The support pieces 11, 12, which are semicircular in the exemplary embodiment, are connected to the ring part 9 by bolts 13 through the bushings 14, which are also insulated. The bolts can have dowel-like projections 15. It can be seen by comparing FIGS. 1 and 2 that after removal of the bolts 13 these support pieces 11, 12 in the direction of arrow 16, d. H. in centrifugal direction, can be removed. In these support pieces, the semiconductor rectifier 17 with their cartridge-like head 18, for. B. in the direction of arrow 16, attached by pressing a.
By resting this cartridge-like head 18 on the conductive support piece 11, 12 and by increasing this contact pressure by centrifugal force, one pole of the rectifier is transferred to the metallic support pieces 11 and 12, respectively. Depending on the polarity of this rectifier, one support piece 11 is then positive or negative, as the rectifier circuit then requires. The connection of each of these support pieces is made by a line not shown here via the screws 13. The other pole of the semiconductor rectifier is the flexible or rigid supply line 19. You can z. B. be so weakened in the area of arrow 20 that it serves as a cross-sectional backup or the like.
During assembly, both the insulating washers 21, in which z. B. semicircular recesses 22 are present, as well as the contact washers 23 pushed on. A pressure ring 24 is then pulled by the fastening bolts 25 in the direction of arrow 26 against the ring part 9, the distance 27 between the insulating washers 21 then becoming so small that the supply line 19 is pinched and contact is made. The AC connections are then established by insulated contact bolts 29, while the DC connection is made via the support pieces 11, 12.
According to Fig. 2, the support pieces 12 can still be provided with fan blades 30 to increase the cooling effect. Instead of these fan blades, however, cooling fins known per se can also be placed on top or on the side.
From Fig. 1 it can be seen that radial grooves 31 interrupt the support pieces 11 and 12 from each other isolie rend. It is possible to use extension pieces 32, which were shown schematically in FIG. 1, in these radial grooves in order to obtain a backup in the direction of centrifugal force or to relieve the load on the support pieces 11, 12 with regard to the centrifugal force in the case of larger equipment .
As an application of the invention, all possibilities are to be referred to in order to economically dismantle and assemble the rectifier in machines that get by with lower excitation power, without the overall length or the dimensions of the machine being significantly or at all impaired.