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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen rotierenden Gleichrichter und ein Erregungssystem, das mit dem rotierenden Gleichrichter ausgerüstet ist, welche auf eine Konfiguration eines bürstenlosen Erregungssystems anwendbar sind.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Ein bürstenloses Erregungssystem zeichnet sich durch Wartbarkeit aus, weil eine Feldwicklung eines Hauptgenerators, ein rotierender Gleichrichter und eine Ankerwicklung eines AC-Erregers an derselben Drehwelle angeordnet sind, wodurch der Bedarf nach Gleitkontakten, wie etwa Bürsten, behoben wird.
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Der rotierende Gleichrichter, welcher einen von einem AC-Erreger ausgegebenen dreiphasigen Erregerstrom gleichrichtet, besteht aus sechs Gleichrichterarmen. Jeder der Gleichrichterarme besteht aus einer Vielzahl von Gleichrichterelementen einer Niederstromkapazität, die parallel zueinander geschaltet sind, um eine Nennkapazität zu erfüllen, und implementiert dadurch eine Redundanz gegen eine durch Überstrom oder dergleichen bewirkte Elementbeschädigung (z. B. offengelegtes
japanisches Patent Nr. 1996-19231 ).
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Da eine Schaltung in jedem Arm des rotierenden Gleichrichters aus einer hohen Anzahl von parallel zueinander geschalteten Gleichrichterelementen besteht, kann ein Ungleichgewicht unter Strömen, die durch verschiedene Gleichrichterelemente in derselben parallelen Schaltung strömen, auftreten.
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Es besteht das Problem, dass es, falls ein solches Ungleichgewicht auftritt, erforderlich ist, die Anzahl von Gleichrichterelementen, die eine parallele Schaltung bilden, von jedem Gleichrichterarm zu erhöhen, oder die Stromkapazitäten von einzelnen Gleichrichterelementen zu erhöhen, um maximale Stromerfordernisse zu erfüllen, was zu einer Kostenerhöhung führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehenden Umstände gemacht worden und hat die Aufgabe, einen rotierenden Gleichrichter vorzusehen, der ein Stromgleichgewicht unter Gleichrichterelementen, die in jedem Gleichrichterarm verbunden sind, der eine parallele Schaltung ausbildet, auszugleichen, sowie ein mit dem rotierenden Gleichrichter ausgerüstetes Erregungssystem vorzusehen.
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Ein rotierender Gleichrichter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst: einen R-Phasen-Anschluss, einen S-Phasen-Anschluss und einen T-Phasen-Anschluss, die mit drei Ausgangsphasen von einer Ankerwicklung eines AC-Erregers, die an demselben Rotor wie eine Feldwicklung eines Hauptgenerators vorgesehen ist, verbunden sind; insgesamt sechs Gleichrichterarme, die an dem Rotor vorgesehen sind und mit den jeweiligen Ausgangsphasen über den R-Phasen-Anschluss, den S-Phasen-Anschluss und den T-Phasen-Anschluss an einer P-Seite und einer N-Seite über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung verbunden sind; und ein Paar von Ausgangsanschlüssen, das angepasst ist, um Ausgaben von gegenüberliegenden Seiten der Gleichrichterarme von den Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zusammenzufügen, und die Gleichrichterarme mit der Feldwicklung des Hauptgenerators zu verbinden, wobei die Ausgaben an der P-Seite und der N-Seite getrennt zusammengefügt werden, wobei eine Vielzahl von parallel geschalteten Elementgruppen in jedem der Gleichrichterarme ausgebildet ist, wobei jede der Elementgruppen aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Gleichrichterelementen besteht.
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Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht einen rotierenden Gleichrichter vor, der ein Stromgleichgewicht unter Gleichrichterelementen, die in jedem Gleichrichterarm verbunden sind, der eine parallele Schaltung bildet, auszugleichen, sowie ein mit dem rotierenden Gleichrichter ausgerüstetes Erregungssystem.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein strukturelles Diagramm eines Generatorsystems mit einem bürstenlosen Erregungssystem;
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2 ist ein Schaltungsdiagramm des Generatorsystems mit einem bürstenlosen Erregungssystem;
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3 ist ein Schaltungsdiagramm eines rotierenden Gleichrichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine strukturelle Schnittansicht eines rotierenden Gleichrichters gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
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5A bis 5D sind Diagramme, die das erste Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten rotierenden Gleichrichters zeigen, wobei 5A eine Schnittdraufsicht entlang Linie A-A ist, 5B eine Schnittdraufsicht entlang Linie B-B ist, 5C eine Schnittdraufsicht entlang Linie C-C ist, und 5D eine Schnittdraufsicht entlang Linie D-D ist;
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6 ist ein Schaltungsdiagramm eines rotierenden Gleichrichters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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7A bis 7D sind Diagramme, die das zweite Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten rotierenden Gleichrichters zeigen, wobei 7A eine Schnittdraufsicht entlang Linie A-A ist, 7B eine Schnittdraufsicht entlang Linie B-B ist, 7C eine Schnittdraufsicht entlang Line C-C ist, und 7D eine Schnittdraufsicht entlang Linie D-D ist.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Generatorsystem mit einem bürstenlosen Erregungssystem 10, das aus einer Anwendung eines rotierenden Gleichrichters 40 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung resultiert, einen Hauptgenerator 20, einen AC-Erreger 30 und den rotierenden Gleichrichter 40 auf, und ist mit einem Rotor 11 einer Turbine (nicht gezeigt) koaxial verbunden, welche eine Drehbewegung mittels eines Dampfes durchführt, der durch einen Nuklearreaktor oder einen Heizkessel erzeugt wird.
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Das Erregungssystem 10 führt einem Stromnetz (nicht gezeigt) einen dreiphasigen Wechselstrom zu, der durch den Hauptgenerator 20 erzeugt wird, indem Drehbewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
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Der Hauptgenerator 20 umfasst eine Feldwicklung 21 und eine Ankerwicklung 22, wobei die Feldwicklung 21 einen Gleichstrom von dem rotierenden Gleichrichter 40 empfängt, koaxial mit dem Rotor 11 dreht, und dadurch einen rotierenden magnetischen Fluss erzeugt, während die Ankerwicklung 22 einen Erregungsstrom induziert, indem der erzeugte rotierende magnetische Fluss gekreuzt wird.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Ankerwicklung 22 des Hauptgenerators Dreiphasenwicklungen, gibt einen dreiphasigen Erregungsstrom mit einer 120°-Phasenverschiebung aus, und führt einem Stromnetz (nicht gezeigt) nach einer Spannungsregulierung unter Verwendung eines Haupttransformators 12 den Strom zu.
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Der AC-Erreger 30 umfasst eine Feldwicklung 31 und eine Ankerwicklung 32, wobei die Feldwicklung 31 ein magnetisches Feld erzeugt, indem sie mit einem Gleichstrom versorgt wird, der durch Gleichrichten einer Ausgabe eines Permanentmagnetgenerators (PMG) (nicht gezeigt) oder dergleichen erhalten wird, während die Ankerwicklung 32 einen Erregungsstrom induziert, indem sie mit dem Rotor 11 koaxial dreht und den magnetischen Fluss kreuzt.
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Die Ankerwicklung 32 des AC-Erregers umfasst Dreiphasenwicklungen, gibt einen dreiphasigen Erregungsstrom mit einer 120°-Phasenverschiebung aus, und führt dem rotierenden Gleichrichter 40 den Strom zu.
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Der rotierende Gleichrichter 40 umfasst einen R-Phasen-Anschluss 41 R, einen S-Phasen-Anschluss 41 S und einen T-Phasen-Anschluss 41 T, die mit drei Phasen einer Ausgabe von der Ankerwicklung 32 eines AC-Erregers, die an demselben Rotor 11 wie die Feldwicklung 21 des Hauptgenerators vorgesehen ist, verbunden sind; insgesamt sechs Gleichrichterarme 42 (42 PR, 42 PS, 42 PT, 42 NR, 42 NS, und 42 NT), die an dem Rotor 11 vorgesehen sind und mit den jeweiligen Ausgangsphasen über den R-Phasen-Anschluss 41 R, den 5-Phasen-Anschluss 41 S und den T-Phasen-Anschluss 41 T an einer P-Seite und einer N-Seite über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung verbunden sind; ein Paar von Ausgangsanschlüssen 43 P, 43 N, das angepasst ist, um Ausgaben von gegenüberliegenden Seiten der Gleichrichterarme 42 von den Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zusammenzufügen und die Gleichrichterarme mit der Feldwicklung 21 des Hauptgenerators zu verbinden, wobei die Ausgaben an der P-Seite und der N-Seite getrennt zusammengefügt werden.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von parallel geschalteten Elementgruppen 45 in jedem der Gleichrichterarme 42 ausgebildet, wobei jede der Elementgruppen 45 aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Gleichrichterelementen gebildet ist. Außerdem ist eine Sicherung 46 mit jedem der Vielzahl von Gleichrichterelementen 44 in Reihe geschaltet.
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Es ist zu beachten, dass obwohl in dem ersten Ausführungsbeispiel jeder Gleichrichterarm 42 aus zwei Elementgruppen 45 besteht, von welchen jede aus vier Gleichrichterelementen 44 besteht, die Anzahl nicht beschränkt ist, solange sie zwei oder mehr beträgt.
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Es ist zu beachten, dass obwohl in dem Ausführungsbeispiel jeder Gleichrichterarm 42 aus acht Gleichrichterelementen 44 besteht, die Anzahl von Gleichrichterelementen 44, die den Gleichrichterarm 42 bilden, nicht beschränkt ist.
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Sätze von zwei Gleichrichterarmen (42 PR und 42 NR, 42 PS und 42 NS, und 42 PT und 42 NT), die jeweils über den R-Phasen-Anschluss 41 R, den S-Phasen-Anschluss 41 S und den T-Phasen-Anschluss 41 T gepaart sind, richten Erregungsströme gleich, die jeweils von dem R-Phasen-Anschluss 41 R, dem S-Phasen-Anschluss 41 S und dem T-Phasen-Anschluss 41 T übertragen werden.
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Dann werden die gleichgerichteten drei Ströme übereinander gelagert und an jedem der Ausgangsanschlüsse 43 P und 43 N in einen Gleichstrom umgewandelt und an die Feldwicklung 21 des Hauptgenerators ausgegeben.
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Wenn ein Überstrom durch das Gleichrichterelement 44 strömt, fliegt die korrespondierende Sicherung 46 raus, wodurch das Gleichrichterelement 44 von einer Gleichrichterarmschaltung getrennt wird.
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Auf diese Weise wird durch Ausbilden einer Elementgruppe aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Gleichrichterelementen 44 und Bilden eines Gleichrichterarms 42 aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Elementgruppen 45, eine Selbstinduktivität von Verbindungsleitern in einzelnen Gleichrichterelementen 44 ausgeglichen.
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Folglich wird ein Gleichgewicht von Strömen, die durch die einzelnen Gleichrichterelemente 44 strömen, weiter ausgeglichen, wodurch die Frequenz verringert wird, bei welcher ein Überstrom durch ein spezifisches Gleichrichterelement 44 strömt und die Sicherung 46 rausfliegt.
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Außerdem besteht keine Notwendigkeit, die Kapazität der einzelnen Gleichrichterelemente 44 zu erhöhen, um die vorstehende Situation zu vermeiden, wodurch Herstellungskosten des rotierenden Gleichrichters 40 verringert werden können.
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Außerdem kann die Anzahl von Gleichrichterelementen 44, die jeden Gleichrichterarm 42 bilden, drastisch gekürzt werden, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten beiträgt.
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Eine Struktur des rotierenden Gleichrichters 40 wird mit Bezug auf 4 beschrieben. In 4 sind Komponenten, die zu denen in 1 und 2 korrespondieren, durch dieselben Bezugszeichen wie die korrespondierenden Komponenten in 1 und 2 bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Wie in 4 dargestellt ist, ist der rotierende Gleichrichter 40 mit einem Rotierender-Gleichrichter-Ring 47 nachstehend als Ring 47 bezeichnet) ausgerüstet, der an dem Rotor 11 befestigt ist und konfiguriert ist, um zusammen mit dem Rotor 11 zu drehen.
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Die Gleichrichterarme 42 (42 PR, 42 PS, und 42 PT), die an der P-Seite ausgebildet sind, sind an einer Oberfläche des Rings 47 angeordnet, und die Gleichrichterarme 42 (42 NR, 42 NS, und 42 NT), die an der N-Seite ausgebildet sind, sind an einer anderen Oberfläche angeordnet.
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Es ist zu beachten, dass Gleichrichterarme 42 (42 PS und 42 NS), die mit dem S-Phasen-Anschluss 41 S in einem toten Punkt in 4 verbunden sind, nicht dargestellt werden.
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Die Paare der Gleichrichterarme 42, die an der P-Seite und der N-Seite über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung verbunden sind, sind über Anschlüsse 51 (51 PR und 51 NR, 51 PS und 51 NS, und 51 PT und 51 NT) miteinander verbunden, die an gegenüberliegenden Seiten eines Leiters, der eine Hauptplatte des Rings 47 von vorne nach hinten durchdringt, vorgesehen sind.
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Es ist zu beachten, dass Anschlüsse 51 (51 PS und 51 NS) die mit dem S-Phasen-Anschluss 41 S in einem toten Punkt in 4 verbunden sind, nicht dargestellt werden.
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Somit können, da die P-Seiten-Gleichrichterarme 42 und die N-Seiten-Gleichrichterarme 42 jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Rings 47 ausgebildet sind, die Gleichrichterarme 42 durch Integrieren der Gleichrichterelemente 44 ausgebildet werden, wodurch ein platzsparender rotierender Gleichrichter 40 vorgesehen werden kann.
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Außerdem sind Anbringungsfüße 48 an einem Innenumfang des Rings 47 vorgesehen, um die Gleichrichterelemente 44 und Sicherungen 46 einzeln abnehmbar anzubringen.
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Leitungsdrähte, jeweils mit Kontakten 52 (52A und 52B, oder 52C und 52D) an gegenüberliegenden Enden, sind an den Anbringungsfüßen 48 angebracht, um jedes Paar des Gleichrichterelements 44 und der Sicherung 46 in Reihe zu schalten.
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Da die Anbringungsfüße 48 auf diese Weise vorgesehen sind, kann, falls irgendeines/irgendeine einer großen Anzahl der Gleichrichterelemente 44 und der Sicherungen 46 beschädigt ist, nur das/die Beschädigte separat geändert werden.
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Außerdem bildet jedes Gleichrichterelement 44 und die korrespondierende Sicherung 46 eine Wendestruktur aus, wodurch der Radius des Rings 47 verkleinert und dadurch die Drehmasse des rotierenden Gleichrichters 40 verringert werden kann.
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5A bis 5D sind Diagramme, die das erste Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten rotierenden Gleichrichters 40 zeigen, wobei 5A eine Schnittdraufsicht an der P-Seite entlang Linie A-A ist, 5B eine Schnittdraufsicht an der P-Seite entlang Line B-B ist, 5C eine Schnittdraufsicht an der N-Seite entlang Line C-C ist, und 5D eine Schnittdraufsicht an der N-Seite entlang Linie D-D ist. In 5 sind Komponenten korrespondierend zu denen in 4 durch dieselben Bezugszeichen wie die korrespondierenden Komponenten in 4 bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist der rotierende Gleichrichter 40 derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von Gleichrichterelementen 44 und eine Vielzahl von Sicherungen 46 radial um den Rotor 11 herum an jeder einer P-Seiten-Oberfläche und einer N-Seiten-Oberfläche des Rings 47 angeordnet sind (4).
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Folglich stimmt ein Schwerpunkt einer Verteilung der Gleichrichterelemente 44 und der Sicherungen 46 mit einem Rotationszentrum überein, so dass keine unausgeglichene Zentrifugalkraft aufgrund einer Exzentrizität auf den rotierenden Gleichrichter 40 wirkt.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass Elementgruppen 45 in zwei Stufen einer parallelen Verbindung angeordnet sind, wohingegen in dem ersten Ausführungsbeispiel Elementgruppen 45 in einer einzelnen Stufe einer parallelen Verbindung angeordnet sind.
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In 6 und 7 sind Komponenten korrespondierend zu denen in 3 und 5 durch dieselben Bezugszeichen wie die korrespondierenden Komponenten in 3 und 5 bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung derselben wird verzichtet.
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D. h., gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht eine Elementgruppe 45 aus zwei Gleichrichterelementen 44, zwei Elementgruppen 45 sind parallel zueinander geschaltet, um eine größere Gruppe auszubilden, und zwei größere Gruppen sind parallel zueinander geschaltet, um einen Gleichrichterarm 42 auszubilden.
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Es ist zu beachten, dass Elementgruppen 45 in mehr als zwei Stufen einer parallelen Verbindung angeordnet sein können.
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Dadurch kann die Selbstinduktivität von Verbindungsleitern in einzelnen Gleichrichterelementen 44 weiter ausgeglichen werden, und das Gleichgewicht von durch die einzelnen Gleichrichterelemente 44 strömenden Strömen weiter ausgeglichen werden.
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Da eine Vielzahl von parallel zueinander geschalteten Elementgruppen in jedem der Gleichrichterarme ausgebildet ist, wobei jede der Elementgruppen aus einer Vielzahl von parallel zueinander geschalteten Gleichrichterelementen besteht, kann zumindest eines der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele einen platzsparenden rotierenden Gleichrichter vorsehen, der eine Drehmasse verringern kann, während ein Stromgleichgewicht unter Gleichrichterelementen ausgeglichen wird.
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Während einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft dargestellt worden, und mit ihnen wird nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Diese Ausführungsbeispiele können in verschiedenen anderen Formen implementiert werden, und verschiedene Auslassungen, Ersetzungen, Änderungen und Kombinationen können gemacht werden, ohne von dem Geiste der Erfindung abzuweichen. Diese Ausführungsbeispiele und Modifikationen derselben sind in dem Geiste und dem Umfang der Erfindung enthalten, sowie in der Erfindung gemäß den beiliegenden Patentansprüchen und dem Umfang von Äquivalenten derselben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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