CS201130B1

CS201130B1 - Electric turning machine

Info

Publication number: CS201130B1
Application number: CS837376A
Authority: CS
Inventors: Tomas Nepustil
Original assignee: Tomas Nepustil
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1980-10-31

Description

Vynález se týká elektrického stroje točivého, zejména vysokootáčkového, s rotujícím usměrňovačem, sestávajícím z dvoucestných diodových usměrňovačů, uspořádaných na nosném tělese, upevněném na hřídeli stroje, do paralelně propojených větví, příslušných počtu fází usměrňovaného střídavého proudu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a rotary, in particular high-speed, electric machine with a rotating rectifier consisting of two-way diode rectifiers arranged on a support body mounted on a machine shaft in parallel connected branches, corresponding to the number of rectified alternating current phases.

Stále náročnější požadavky snižování celkové hmotnosti a zastavovacích rozměrů elektrických strojů točivých v poměru k jejich výkonu podmiňují vývoj vysokootáčkových elektrických strojů. Vývoj vysokootáčkových elektrických strojů točivých s rotující budicí heteropolární soustavou je navíc vázán kritériem bezkroužkového provedení napájení budicí soustavy za účelem odstranění nevýhod kroužků a sběracího ústrojí.Increasingly demanding requirements for reducing the total weight and stopping dimensions of electric machines rotating in proportion to their performance are conditional on the development of high-speed electric machines. In addition, the development of high-speed electrical machines rotating with a rotating excitation heteropolar system is bound by the criterion of the ringless power supply of the excitation system in order to overcome the disadvantages of the rings and the pick-up.

Doposud známá řešení bezkroužkového provedení elektrických strojů točivých s rotující budicí heteropolární soustavou přiřazených standartních výkonů a otáčivých rychlostí jsou převážně realizovány prostřednictvím střídavého budicího stroje a rotujícího usměrňovače, sestávajícího z určitého poctu do paralelně propojených větví příslušných počtu fází usměrňovaného střídavého proudu uspořádaných diodových dvoucestných usměrňovačů tvořených polovodičovými diodami umístěnými na nosném tělese, vytvořeném převážně ve tvaru kotouče, upevněném současně rotorem střídavého budicího stroje a s rotorem hlavního stroje opatřeného budicí heteropolární soustavou na společném rotujícím hřídeli.Hitherto known solutions of the ring-free version of electric machines rotating with a rotating excitation heteropolar array of associated standard powers and rotational speeds are predominantly realized by an AC exciter and a rotating rectifier consisting of a number of parallel connected branches diodes mounted on a support body, predominantly in the form of a disk, mounted simultaneously by the rotor of the AC drive and the rotor of the main machine provided with the drive of a heteropolar system on a common rotating shaft.

201 130201 130

- 2 Současná řešení rotujících usměrňovačů umisťovaných na nosném tělese, jsou zejména z důvodu 'účinného odvodu tepla vzniklého průchodem proudu diodami charakterizována rozmístěním diod v pravidelných odstupech po obvodu největšího konstrukčně ještě přípustného průměru nosného tělesa·Current solutions of rotating rectifiers placed on the support body are characterized mainly by the arrangement of the diodes at regular intervals along the perimeter of the largest structurally acceptable diameter of the support body due to the efficient dissipation of heat generated by the passage of diodes.

Je zřejmé, že pro vývoj bezkroužkových vysokootáčkových elektrických strojů točivých s rotující budicí heteropolární soustavou je stávající konstrukční uspořádání rotujícího usměrňovače na nosném tělese omezujícím kritériem stanovení optimální hodnoty maximální dovolené otáčivé rychlosti, zejména v důsledku velkých odstředivých sil vznikajících při provozu stroje· Užívaná řešení upevnění diod dvoucestných diodových usměrňovačů na nosném tělese, z nichž je rotující usměrňovač sestavován, včetně jejich galvanického propojení, realizovaného nejčastěji lanky, je v důsledku nižší mechanické pevnosti tohoto galvanického spojení nevyhovující pro aplikaci u vysokootáčkových elektrických strojů. Je jisté, že při vysokých otáčivých rychlostech bude u těchto řešení docházet k narušení mechanického upevnění diod dvoucestných diodových usměrňovačů na nosném tělese a k rozkmitu spojovacích lanek, čímž se zapříčiní jejich postupné mechanické narušení, které může přivodit i znehodnocení polovodičových diod vlivem elektrického průrazu.Obviously, for the development of annular high-speed electrical machines rotating with a rotating excitation heteropolar system, the existing design of the rotating rectifier on the support body is a limiting criterion for determining the optimum value of maximum permissible rotational speed, especially due to high centrifugal forces generated during machine operation. The two-way diode rectifiers on the supporting body of which the rotating rectifier is assembled, including their galvanic connection, most often made by wire, are unsuitable for application in high-speed electrical machines due to the lower mechanical strength of this galvanic connection. Certainly, at high rotational speeds, these solutions will interfere with the mechanical fastening of the diodes of the two-way diode rectifiers to the support body and the oscillation of the connecting wires, causing their gradual mechanical disruption, which may also cause semiconductor diodes to be damaged by electrical breakdown.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u elektrického stroje točivého podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každý diodový usměrňovač sestává ze dvou vzájemně opačně polarizovaných diod, s výhodou stejně tělesně vytvořených, které jsou umístěny ve válci z elektricky vodivého materiálu a jsou s válcem v galvanicky vodivém spojení, válce jsou uspořádány v nosném tělese ve směru rovnoběžném s osou rotace hřídele, a výhodou na roztečné kružnici válců předem stanoveného minimálního průměru v pravidelných odstupech po obvodu roztečné kružnice, a jsou od nosného tělesa elektricky odizolovány, například objímkou z elektricky nevodivého materiálu nasunutou na válci, přičemž první diody jedné polarity mají vývodní kontakty galvanicky spojeny u jedné čelní strany nosného tělesa a druhé diody opačné polarity mají vývodní kontakty galvanicky spojeny u opačné čelní strany nosného tělesa*The above drawbacks are eliminated in an electric rotary machine according to the invention, which consists in that each diode rectifier consists of two mutually oppositely polarized diodes, preferably of the same design, which are located in a cylinder of electrically conductive material and are galvanically conductive connection, the cylinders are arranged in the support body in a direction parallel to the axis of rotation of the shaft, preferably on a pitch circle of a predetermined minimum diameter at regular intervals around the circumference of the pitch circle, and are electrically insulated from the support body, e.g. sliding on the cylinder, the first diodes of one polarity have the outlet contacts galvanically coupled at one end face of the support body and the second diodes of the opposite polarity have the outlet contacts galvanically coupled at the opposite end face of the support body *

Umístěním dvou vzájemně opačně polarizovaných diod dvoucestného diodového usměrňovače uspořádaného v každé větvi příslušné k dané fázi usměrňovaného střídavého proudu ve válci z galvanicky vodivého materiálu uspořádaném na nosném tělese ve směru rovnoběžném s osou rotace hřídele stroje, s kterýmžto válcem jsou pláště diod příslušného diodového usměrňovače v galvanicky vodivém spojení, lze vytvořit rotující usměrňovač uzpůsobený pro projektované vysoké otáčivé rychlosti stroje. Uspořádáním diod dvoucestných diodových usměrňovačů rotujícího usměrňovače ve válcích upevněných v nosném tělese u elektrického stroje točivého podle vynálezu na minimálním konstrukčně přípustném odstupu od osy rotace hřídele stroje lze docílit výrazné snížení rozměrů nosného tělesa, zojména jeho rozměru v radiálním směru stroje. KontrukČní vytvoření rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého pé&le vynálezu se vyznačuje vysokou mechanickou pevností upenění diod na nosném tělese způsobilém pro vysoké otáčivé rychlosti stroje. K vý- 3 201 130 hodnému uspořádání rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého podle vynálezu lze rovněž řadit 1 pevné galvanicky vodivé uchycení kontaktů u čelních stran nosného tělesa, s výhodou realizované prostřednictvím sběrných kotoučů uspořádaných na hřídeli stroje bezprostředně po obou čelních stranách nosného tělesa. Sběrné kotouče jsou přitom pro zabezpečení správné a spolehlivé funkce od hřídele stroje elektricky odizolovány. Navrhovaným propojením vývodních kontaktů diod dvoucestnýoh diodových usměrňovačů rotujícího usměrňovače u&ektriokého stroje točivého podle vynálezu se odstraní dříve ee vyskytující určitá pravděpodobnost mechanického narušení galvanického spojení mezi jednotlivými diodami dvoucestnýoh diodových usměrňovačů i mezi diodovými usměrňovači navzájem podle toho, v jakém zapojení jsou dvoucestné diodové usměrňovače rotujícího usměrňovače u elektrického stroje točivého aplikovány. Navrhované uspořádání diod dvoucestnýoh diodových usměrňovačů u rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého podle vynálezu bere zřetel na závažnou skutečnost, že při vysokých otáčivých rychlostech rotoru bude docházet ke značné turbulenci okolního vzduchu, čímž bude v dostatečné míře zaručen účinný odvod tepla z diod rotujícího usměrňovače vzniklého průchodem proudu diodami.By placing two opposing polarized diodes of the two-way diode rectifier arranged in each branch corresponding to the phase of the rectified alternating current in a cylinder of galvanically conductive material arranged on the support body in a direction parallel to the axis of rotation of the machine shaft. conductive connection, it is possible to create a rotating rectifier adapted to the projected high rotational speed of the machine. By arranging the diodes of the two-way diode rectifiers of the rotating rectifier in the rollers mounted in the support body of the electric machine rotating according to the invention at a minimum structurally permissible distance from the axis of rotation of the machine shaft. The design of the rotating rectifier of the electric rotary machine of the invention is characterized by a high mechanical strength of diode clamping on a support body capable of high rotational speeds of the machine. [0012] The invention also provides a fixed galvanically conductive contact attachment at the front sides of the support body, preferably by means of collecting discs arranged on the machine shaft immediately on both front sides of the support body. The collecting discs are electrically insulated from the machine shaft to ensure correct and reliable operation. The proposed interconnection of the diode terminals of the two-way diode rectifiers of the rotating rectifier in the electro-rotating machine according to the invention eliminates the previously occurring probability of mechanical disturbance of the galvanic connection between the diodes of the two-way diode rectifiers and the diode rectifiers. electrical machine torque applied. The proposed arrangement of two-way diode rectifier diodes in the rotating rectifier of an electric rotating machine according to the invention takes into account the serious fact that at high rotational speeds of the rotor there will be considerable turbulence of ambient air, thereby ensuring sufficient heat dissipation from the rotating rectifier diodes.

Výhodou konstrukčního uspořádání dvoucestnýoh diodových usměrňovačů u rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého podle vynálezu je také další okolnost, a to, že není nutné polovodičové diody dvoucestnýoh diodových usměrňovačů umisťovat na zvláštní, speciálně k tomu účelu uzpůsobené těleso, ale že je možné s výhodou použít stávajících, na rotujícím hřídeli stroje uspořádaných součástí, například ventilátoru. Ve většině případů jsou tyto součásti u vysokootáčkových elektrických strojů točivých extrémně namáhány odstředivými silami a proto bývají zhotovovány z kovových, galvanicky vodivých materiálů se zaručenou vysokou pevností v tahu, Představují-li tyto součásti mimo jiné i nosné těleso rotujícího usměrňovače, sestávajícího podle počtu fází usměrňovaného střídavého proudu z příslušného počtu dvoucestnýoh diodových usměrňovačů propojených do vzájemně paralelních větví, kde každý diodový usměrňovač sestává ze dvou vzájemně opačně polarizovaných diod, jejichž pláště jsou galvanicky spojeny galvanicky vodivým válcem, je pro zabezpečení správné a provozně spolehlivé funkce rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého podle vynálezu potřeba galvanicky oddělit válce od kovového, galvanicky vodivého nosného tělesa, například pomocí objímky z elektricky nevodivého materiálu nasunuté na válci, V případě uspořádání rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého podle vynálezu na nosném tělese z galvanicky nevodivého materiálu, které lze u vysokootáčkových elektrických strojů točivých využít jen výjimečně, není třeba toto opatření provádět.Another advantage of the two-way diode rectifier design of the rotating rectifier of an electric machine rotating in accordance with the invention is that it is not necessary to place the semiconductor diodes of the two-way diode rectifier on a special specially designed body, on a rotating shaft of machine-arranged components, such as a fan. In most cases, these components are extremely centrifugal forces on high-speed rotating electrical machines and are therefore made of metallic, galvanically conductive materials with guaranteed high tensile strength, if these include, inter alia, the rotating rectifier support body, consisting of the number of phases rectified of a corresponding number of two-way diode rectifiers connected to mutually parallel branches, where each diode rectifier consists of two mutually oppositely polarized diodes, whose shells are galvanically connected by a galvanically conductive cylinder, is to ensure the correct and operationally reliable operation of the rotating rectifier the need to galvanically separate the rollers from a metallic, electrically conductive support body, for example by means of a sleeve of electrically non-conductive material In the case of a rotating rectifier of an electric rotating machine according to the invention on a support body of galvanically non-conductive material, which can only be used exceptionally in high-speed rotating electric machines, this need not be carried out.

Výhodné řešení konstrukčního uspořádání a galvanického spojení dvou vzájemně opačně polarizovaných diod dvoucestnýoh diodových usměrňovačů u rotujícího usměrňovač· elektrického stroje točivého podle vynálezu odstraňuje limitující kritéria při vývoji nových elektrických strojů točivých s rotující budicí heteropoláraí soustavou využívaných v oblasti vysokých otáčivých rychlostí srovnatelných až s rychlostí zvuku.The advantageous design and galvanic coupling of two mutually oppositely polarized diodes of the two-way diode rectifiers in the rotating rectifier of an electric rotating machine according to the invention eliminates the limiting criteria in the development of new electric rotating machines with rotating excitation heteropolar system.

- 4 Na připojeném výkrese je znázorněn příklad provedení rotujícího usměrňovače elektrického stroje točivého podle vynálezu, přičemž na obr. 1 je znázorněn podélný řez uspořádáním dvou vzájemně opačně polarizovaných diod dvoucestného diodového usměrňovače ve válci z elektricky vodivého materiálu, který je potom upevňován na nosném tělese rotujícího usměrňovače, na obr. 2 je znázorněn částečný podélný řež uspořádáním diod v elektricky vodivém válci upevněném na nosném tělese pomocí objímky z elektricky nevodivého materiálu nasunuté na vnějším povrohu válce a na obr. 3 je znázorněn čelní pohled na totéž nosné těleso opatřené třemi dvoucestnými diodovými usměrňovači propojenými do vzájemně paralelně propojených větví, přičemž všech šest uspořádaných diod je opatřeno odrušovacím kondensátorem, připojeným paralelně k dané diodě.4 shows a longitudinal section through the arrangement of two opposing polarized diodes of a two-way diode rectifier in a cylinder of electrically conductive material, which is then mounted on a rotating support body; Fig. 2 shows a partial longitudinal section through the diodes in an electrically conductive cylinder mounted on a support body by means of a sleeve of electrically non-conductive material slid on the outer surface of the cylinder; and Fig. 3 shows a front view of the same support body provided with three two-way diode rectifiers. all six diodes are provided with a suppression capacitor connected in parallel to the diode.

Elektrický stroj točivý podle vynálezu s rotující budicí heteropolární soustavou je opatřen rotujícím usměrňovačem, který sestává z dvoucestných diodových usměrňovačů, uspořádaných na nosném tělese 2 upevněném na hřídeli £ stroje. Každý z dvoucestných diodových usměrňovačů navzájem paralelně propojených do větví příslušných počtu fází usměrňovaného střídavého proudu sestává ze dvou vzájemně opačně polarizovaných stejně tělesně vytvořených polovodičových diod 2, které jsou umístěny ve válci 2 ^z elektricky vodivého materiálu, s nímž jsou pláště diod 2 v galvanicky vodivém spojení, jak j· patrno z obr. 1. Tyto válce 2 jsou uspořádány v nosném tělese 2 re směru rovnoběžném s osou rotačce hřídele £ na roztečné kružnici co nejmenšího konstrukčně přípustného průměru v pravidelných rozestupech pe obvodu roztečné kružnioe. Při předpokladu vytvoření nosného tělesa 2 z elektricky vodivého materiálu, například ocelového, je pro zabezpečení správné funkoe každý váleo 2 ^od nosného tělesa 2 elektricky odizolován, například, jak je patrno na obr. 2, objímkou z elektricky nevodivého materiálu, nasunutou na válel 2· Jako nosné těleso 2 dvoucestných diodových usměrňovačů rotujícího usměrňovače u elektrického stroje točivého podle vynálezu, může být s výhodou některá ze součástí uspůsobená původně k jiným pracovním účelům, například ventilátor. To znamená, že p ro uspořádání rotujícího usměrňovače u elektrického stroje točivého podle vynálezu není třeba v každém případě na hřídel £ stroje zvlášť umísíovát další nosné těleso, konstruované speciálně jako nosič usměrňovače. výhodnému uspořádání rotujícího usměrňovače u elektrického stroje točivého podle vynálezu se řadí rovněž pevné galvanicky vodivé uchycení vývodníoh kontaktů 2 polovodičových diod 2 tak, že první diody 2 jedné polarity mají své vývodní kontakty 2 galvanicky spojeny na jedné čelní straně nosného tělesa 2» přičemž druhé diody 2 opačné polarity mají vývodní kontakty 2 galvanicky spojeny u opačné čelní strany nosného tělesa 2· Jak je rovněž patrno z obr. 2, lze propojení vývodníoh kontaktů diod 2 stejných polarit s výhodou realizovat prostřednictvím sběrných galvanicky vodivých kotoučů 2, které jsou uspořádány na hřídeli 6. stroje bezprostředně u obou Čelních stran nosného tělesa 2 ^z důvodu minimální délky vývodníoh kontaktů 2» přičemž z hlediska zabezpečení spolehlivé funkce jsou sběrné kotouče 2 libovolným způsobem od hřídele £ stroje elektricky odizolovány.The electric machine rotating according to the invention with a rotating excitation heteropolar system is provided with a rotating rectifier, which consists of two-way diode rectifiers arranged on a support body 2 mounted on the machine shaft 6. Each of the two-way diode rectifiers connected in parallel to the branches of the respective number of phases of rectified alternating current consists of two mutually oppositely polarized equally formed semiconductor diodes 2, which are placed in a cylinder 2 ^of electrically conductive material. These cylinders 2 are arranged in a support body 2 in a direction parallel to the axis of rotation of the shaft 6 on a pitch circle of the smallest possible construction diameter at regular intervals p around the circumference of the pitch circle. Assuming that the support body 2 is made of an electrically conductive material, for example steel, each cylinder 2 is electrically insulated ^{from the} support body 2, for example, as shown in Fig. 2, by a sleeve of an electrically non-conductive material slid onto the roll 2 to ensure proper functioning. As a support body 2 of the two-way diode rectifiers of the rotating rectifier in an electric rotary machine according to the invention, preferably one of the components may be originally adapted for other working purposes, for example a fan. This means that in any case, in order to arrange the rotating rectifier in an electric rotary machine according to the invention, it is not necessary in each case to separately place an additional support body designed specifically as a rectifier support on the machine shaft. A preferred arrangement of a rotating rectifier in an electric rotary machine according to the invention also comprises a rigid galvanically conductive attachment of the output contacts 2 of the semiconductor diodes 2 such that the first diodes 2 of one polarity have their output contacts 2 galvanically connected on one front side of the support 2. the opposite polarities have the outlet contacts 2 galvanically connected at the opposite end face of the support body 2. As can also be seen from FIG. 2, the connection of the outlet contacts of the diodes 2 of the same polarities can advantageously be realized by collecting galvanically conductive disks 2 arranged on the shaft 6. machine proximate to both faces of the supporting body 2 ^because the minimum length vývodníoh contacts 2 »while from the viewpoint of security of reliable function, the collecting discs 2 in any manner by the machine shaft £ electrically insulated.

Na obr. 3, znázorňujícím čelní pohled na nosné těleso, opatřené třemi vzájemněFIG. 3 shows a front view of a support body provided with three relative to each other

201 130 paralelně v trojfázovéjn můstku propojenými dvouoestnými diodovými usměrňovači, jsou současně znázorněny i odruěovací kondenzátory 8, jednotlivě paralelně připojené ke každé z diod 2 pro zamezení případného rušení v oblasti vyšších frekvencí elektromagnetických vln, zejména v oblasti frekvencí vymezených pro bezdrátový radiový přenos.At the same time, suppression capacitors 8 are shown, individually connected in parallel to each of the diodes 2, to avoid potential interference in the higher frequency range of the electromagnetic waves, in particular in the frequency range defined for wireless radio transmission.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An electrical rotary machine, in particular a high-speed machine, having a rotating rectifier, comprising two-way diode rectifiers arranged on a support body mounted on a machine shaft, in parallel connected branches, corresponding to a number of rectified alternating current phases, characterized in that each diode rectifier consists two mutually oppositely polarized diodes (2), preferably equally bodily formed, which are arranged in a cylinder (3) of electrically conductive material and are in galvanic conductive connection with the cylinder (3), the cylinders (3) being arranged in a support body (3). 1) in a direction parallel to the axis of rotation of the shaft (6), preferably on a cylinder pitch circle (3) of a predetermined minimum diameter at regular intervals around the circumference of the pitch circle, and are electrically insulated from the support body (1), e.g. of electrically nonconductive material pushed n and the rollers (3), wherein the first diodes (2) of one polarity have the outlet contacts (4) galvanically coupled at one end of the support body (1) and the other diodes (2) of the opposite polarity have the outlet contacts (4) galvanically coupled at the opposite front the side of the support body (1).

Rotary electric machine according to claim 1, characterized in that the output contacts (4) of diodes (2) of the same polarity are galvanically connected by means of collecting discs (5) arranged on the machine shaft (6) and from the machine shaft (6) electrically insulated. .