DE102009037988A1

DE102009037988A1 - Elektrische Maschine mit einer Rotorwicklung, die über Schleifringe mit Strom versorgt wird

Info

Publication number: DE102009037988A1
Application number: DE200910037988
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Schwery; Carlos Ramirez; Heinz Zumsteg
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Eine elektrische Maschine im Leistungsbereich von mehreren MVA, insbesondere eine Asynchronmaschine, umfasst einen um eine Achse drehenden Rotor mit einem Zentralkörper, einer Welle und einer Rotorwicklung, wobei die Rotorwicklung über an der Welle angeordnete Schleifringe aus einem Hauptanschluss (19) mit Strom versorgt wird, und jeder der Schleifringe über mehrere konzentrisch um die Achse herum angeordnete Kohlebürsten (24) kontaktiert wird. Bei einer solchen Maschine wird eine gleichmäßige Belastung der Kohlebürsten auf einfache Weise dadurch erreicht, dass der aus dem Hauptanschluss (19) stammende Strom über eine Stromverteilungsanordnung (18') mit angepasster Geometrie gleichmäßig auf die einzelnen Kohlebürsten (24) jedes Schleifrings (14) verteilt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Maschinen hoher Leistung. Sie betrifft eine elektrische Maschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Doppelt gespeiste Asynchronmaschinen, insbesondere im Leistungsbereich von 20 MVA bis 500 MVA oder darüber, können zur drehzahlvariablen Energieproduktion eingesetzt werden. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine verteilte Dreiphasenwicklung auf dem Rotor aus. Die Rotorwicklung besteht aus einzelnen Stäben, welche im Rotorblechpaket in Nuten eingebettet sind. Im Wickelkopf werden die einzelnen Stäbe zu einer Wicklung verschaltet. Die Einspeisung der Ströme erfolgt über mindestens drei Schleifringe, welche am Ende der Maschine an der Welle befestigt sind. Eine solche Maschine ist ausschnittsweise in 1 dargestellt, wobei die Achse der Maschine vertikal oder horizontal ausgerichtet sein kann.
Die elektrische Maschine 10 der 1 umfasst einen um eine Achse 17 drehbar gelagerten Rotor 25 mit einem Zentralkörper 11 und einem den Zentralkörper 11 konzentrisch umgebenden Rotorblechkörper 12 mit der Rotorwicklung 13. Die Rotorwicklung 13 weist an beiden Enden ausserhalb des Rotorblechkörpers 12 einen Rotorwickelkopf 13' auf. Getrennt durch einen Luftspalt ist der Rotor 25 von einem Statorblechkörper 15 konzentrisch umschlossen, in dem eine Statorwicklung mit entsprechenden Statorwickelköpfen 16 untergebracht ist. An einem Ende geht der Zentralkörper 11 des Rotors 25 in eine Welle 11' über, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet mehrere Schleifringe 14 trägt.
Die Übertragung der Ströme auf die Schleifringe 14 geschieht gemäss 2 durch Kohlebürsten 24, welche in Kohlebürstenhaltern 23 montiert sind. Im Beispiel der 2 sind vier Kohlebürsten 24 gleichmässig über den Umfang verteilt. Die jeweils einem Schleifring 24 zugeordneten Kohlebürstenhalter 23 sind ihrerseits an einem Kohlebürstenhalterring 22 montiert, welcher die Ströme auf die Kohlebürsten 24 leitet.
Um eine gleichmässige Abnutzung und Erwärmung der Kohlebürsten sicherzustellen, muss bei dieser Konfiguration darauf geachtet werden, dass der Gesamtstrom gleichmässig auf die Kohlebürstenhalter 23 und damit auch auf die Kohlebürsten 24 verteilt wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art auf besonders einfache Weise so auszugestalten, dass der Gesamtstrom gleichmässig auf die Kohlebürsten verteilt wird.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale de Anspruchs 1 gelöst. Wesentlich für die erfindungsgemässe Lösung ist, dass der aus wenigstens einem Hauptanschluss stammende Strom über eine Stromverteilungsanordnung mit angepasster Geometrie gleichmässig auf die einzelnen Kohlebürsten jedes Schleifrings verteilt wird. Die gleichmässige Stromverteilung durch Anpassung der Geometrie der Stromverteilungsanordnung ist besonders einfach und wirkungsvoll und zeichnet sich durch eine hohe Belastbarkeit und lange Lebensdauer aus.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kohlebürsten jeweils in einem Kohlebürstenhalter gelagert und die Kohlebürstenhalter mit den Kohlebürsten auf der Innenseite eines gemeinsamen, konzentrisch zur Achse angeordneten Kohlebürstenhalterrings befestigt.
Vorzugsweise wirkt der Kohlebürstenhalterring selbst als Stromverteilungsring und verbindet die Kohlebürsten bei gleichmässiger Verteilung der Ströme mit dem Hauptanschluss.
Insbesondere verändert sich die Geometrie des Kohlebürstenhalterrings über den Umfang so, dass die Stromverteilung für alle Kohlebürsten gleich ist.
Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass sich der Querschnitt des Kohlebürstenhalterrings über den Umfang ändert.
Insbesondere vergrössert sich der Querschnitt des Kohlebürstenhalterrings mit zunehmendem Abstand vom Hauptanschluss.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 in einer stark vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt aus einer elektrischen Maschine mit Stromversorgung der Rotorwicklung über Schleifringe, wie sie zur Anwendung der Erfindung geeignet ist;
2 eine beispielhafte Konfiguration von Kohlebürsten, über die am Umfang verteilt Strom auf die Schleifringe übertragen wird;
3 ein Kohlebürstenhalterring mit spezieller Geometrie zur Vergleichmässigung der über die verschiedenen Kohlebürsten übertragenen Ströme gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine Anordnung wie in 3, aber mit zwei Hauptanschlüssen.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die grundlegende Idee der Erfindung liegt darin, mit einer speziell definierten Geometrie der Stromverteilungsanordnung und insbesondere des Ringes, an welchem die Kohlebürstenhalter montiert sind, eine gleichmässige Stromverteilung zu erreichen.
Sollen grosse Strome auf den Rotor einer Synchron- oder Asynchronmaschine geleitet werden, müssen diese auf mehrere Kohlebürsten gleichmässig aufgeteilt werden. Dies kann gemäss 2 prinzipiell durch viele Anschlüsse 21 am Kohlebürstenhalterring 22 erreicht werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass alle Anschlüsse denselben Widerstand, also zum Beispiel bei gleichem Durchmesser dieselbe Länge haben.
Alternativ dazu kann die Stromverteilung direkt über die Geometrie des Kohlebürstenhalterrings gesteuert werden, wie dies beim Kohlebürstenhalterring 22' der Stromverteilungsanordnungen 18' gemäss den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 der Fall ist. Dabei können die Dicke bzw. die Querschnittsfläche F1, F2, wie auch der Durchmesser des Rings, angepasst werden, so dass von der Anschlussstelle am Hauptanschluss 19 bis zu allen Kohlebürstenhaltern 23 derselbe Spannungsabfall auftritt. Dabei gilt es, darauf zu achten, dass diese vergleichmässigte Stromverteilung auch bei sich ändernder Frequenz konstant bleibt.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die Dicke und damit die Querschnittsfläche F1 in der Nähe des Hauptanschlusses 19 deutlich kleiner als die Dicke bzw. Querschnittsfläche F2 in dem vom Hauptanschluss 19 am weitesten entfernten Teil des Kohlebürstenhalterring 22'. Die Dicke bzw. die Querschnittsfläche nimmt dabei mit zunehmender Entfernung vom Hauptanschluss 19 stetig zu.
In dem Ausführungsbeispiel der 4 sind zwei Hauptanschlüsse 19 an dem Kohlebürstenhalterring 22' vorgesehen. Die Querschnittsfläche F1, F2 des Kohlebürstenhalterrings 22' ist in der Nähe der Hauptanschlüsse 19, 19' jeweils am geringsten (F1) und nimmt mit zunehmender Entfernung von dem jeweiligen Hauptanschluss 19 oder 19' stetig zu, bis sie in einem Bereich der grössten Entfernung zwischen den Hauptanschlüssen 19 und 19' einen maximalen Wert (F2) erreicht.
Bezugszeichenliste

10: elektrische Maschine (Asynchronmaschine)
11: Zentralkörper
11': Welle
12: Rotorblechkörper
13: Rotorwicklung
13': Rotorwickelkopf
14: Schleifring
15: Statorblechkörper
16: Statorwickelkopf
17: Achse
18, 18': Stromverteilungsanordnung
19, 19': Hauptanschluss
20: Stromverteilungsring
21: verteilter Anschluss
22, 22': Kohlebürstenhalterring
23: Kohlebürstenhalter
24: Kohlebürste
25: Rotor
F1, F2: Querschnittsfläche

Claims

Elektrische Maschine (10) im Leistungsbereich von mehreren MVA, insbesondere Asynchronmaschine, welche elektrische Maschine (10) einen um eine Achse (17) drehenden Rotor (25) mit einem Zentralkörper (11), einer Welle (11') und einer Rotorwicklung (13) umfasst, wobei die Rotorwicklung (13) über an der Welle (11') angeordnete Schleifringe (14) aus wenigstens einem Hauptanschluss (19, 19') mit Strom versorgt wird, und jeder der Schleifringe (14) über mehrere konzentrisch um die Achse (17) herum angeordnete Kohlebürsten (24) kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem wenigstens einen Hauptanschluss (19, 19') stammende Strom über eine Stromverteilungsanordnung (18') mit angepasster Geometrie gleichmässig auf die einzelnen Kohlebürsten (24) jedes Schleifrings (14) verteilt wird.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (24) jeweils in einem Kohlebürstenhalter (23) gelagert sind, und dass die Kohlebürstenhalter (23) mit den Kohlebürsten (24) auf der Innenseite eines gemeinsamen, konzentrisch zur Achse (17) angeordneten Kohlebürstenhalterrings (22') befestigt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlebürstenhalterring (22') selbst als Stromverteilungsring wirkt und die Kohlebürsten (24) bei gleichmässiger Verteilung der Ströme mit dem Hauptanschluss (19, 19') verbindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie (F1, F2) des Kohlebürstenhalterrings (22') sich über den Umfang so verändert, dass die Stromverteilung für alle Kohlebürsten (24) gleich ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt (F1, F2) des Kohlebürstenhalterrings (22') über den Umfang ändert.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt (F1, F2) des Kohlebürstenhalterrings (22') mit zunehmendem Abstand vom Hauptanschluss (19, 19') vergrössert.