DE1054590B

DE1054590B - Anordnung von Gleichrichterelementen auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen, insbesondere fuer die Erregung umlaufender Feldwicklungen von Wechselstromgeneratoren

Info

Publication number: DE1054590B
Application number: DES54406A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Paul Juen; Heinrich Kueter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-07-20
Filing date: 1957-07-20
Publication date: 1959-04-09
Also published as: CH367239A

Description

Anordnung von Gleschrichterelementen auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen, insbesondere für die Erregung umlaufender Feldwicklungen von Wechselstromgeneratoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von Gleichrichterelementen auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen, bei der die Gleichrichter in der geometrischen Achse der umlaufenden Welle axial hintereinanderliegen, insbesondere für die Erregung umlaufender Feldwicklungen von Wechselstromgeneratoren von dem ebenfalls rotierenden Anker einer Wechselstromquelle. Es ist bereits bekanntgeworden, bei derartigen Anordnungen die Gleichrichterschichten auf mit der Welle umlaufenden axial hintereinanderliegenden scheibenförmigen Körpern anzuordnen. Wenn auch in dieser Weise eine Unterbringung der Gleichrichterelemente sowie eine verhältnismäßig günstige Kühlung möglich ist, so ergeben sich doch hierbei infolge der auftretenden Fliehkräfte, die zu Formänderungen der die Gleichrichterschichten tragenden Teile führen können, unter Umständen verhältnismäßig hohe Beanspruchungen in den Gleichrichterschichten, durch die die Lebensdauer unter Umständen herabgesetzt wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine wesentlich verbesserte Anordnung von Gleichrichterelementen auf rotierenden Bauteilen, welche sich dadurch auszeichnet, daß die Gleichrichterelemente in der geometrischen Achse der umlaufenden Welle liegend angeordnet sind und innerhalb eines aus die Stromzu- bzw. -ableitung ermöglichenden, voneinander isolierten Segmenten aufgebauten Rohres liegen. Diese Anordnung bietet neben der Möglichkeit der Herabsetzung bzw. Vermeidung der Fliehkraftbeanspruchungen gleichzeitig die Möglichkeit, die erforderliche Gleichrichterschaltung in vorteilhafter Weise herzustellen. Selbstverständlich müssen die einzelnen Segmente zu diesem Zwecke voneinander isoliert sein, um unerwünschte Kurzschlußverbindungen zwischen den einzelnen Zuleitungen und Gleichrichtern zu vermeiden und die gewünschte Schaltung betriebssicher zu machen. Den die Gleichrichter einschließenden Rohrkörper kann man ferner auch dazu anwenden, die Gleichrichterelemente abzustützen oder aufzuhängen. Von besonderer Bedeutung ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung, daß durch die Anordnung der Gleichrichterelemente in der Maschinenachse praktisch Fliehkräfte von den Gleichrichterelementen vollständg ferngehalten werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ergibt sich eine besonders vorteilhafte Anordnung, wenn die Gleichrichtergruppe mit dem sie einschließenden, aus Stromzuleitungssegmenten aufgebauten Rohrkörper in die Hohlwelle oder einen hohlen Tragkörper des Läufers einer Erregermaschine eingeschoben wird. Diese Anordnung, bei der unter Umständen lediglich die radialen Abmessungen des Erregermaschinenläufers bzw. der Welle erhöht werden müssen, bietet die Möglichkeit der Unterbringung der gesamten Gleichrichtergruppe innerhalb der Erregermaschine, so daß eine Verlängerung des Maschinensatzes durch die umlaufenden Gleichrichter vermieden werden kann.
Wesentlich für die vorliegende Anordnung ist die Anwendung von Gleichrichterelementen, die eine verhältnismäßig hohe Strombelastbarkeit und eine große Sperrspannung aufweisen, wie dies beispielsweise bei Siliziumgleichrichtern oder Germaniumgleichrichtern der Fall ist. In diesem Zusammenhang spielt es ferner noch eine Rolle, daß die auftretende Verlustwärme aus den Gleichrichtern gut. abgeführt werden kann. Die vorliegende Anordnung bietet hierfür besonders günstige Möglichkeiten, weil das Kühlmittel ohne Schwierig geiten durch den die Gleichrichterelemente enthaltenden, aus Stromzuleitungselementen aufgebauten Rohrkörper hindurchgeführt werden kann, so daß sowohl die Gleichrichterelemente selbst wie die Zuleitungen gut gekühlt werden.
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, das in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung widergegeben ist. In Fig. 1 der Zeichnung ist im Längsschnitt eine Gleichrichteranordnung wiedergegeben; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt; Fig.3 gibt die für die Gleichrichter vorgesehene Schaltung wieder.
Mit 1 ist in der Zeichnung die Hohlwelle einer Wechselstromerregermaschine bezeichnet, deren in der Zeichnung zur Vereinfachung nicht wiedergegebenes Eisenblechpaket die Ankerwicklung trägt. Die Maschine wird beispielsweise durch feststehende Magnetpole mit einer Gleichstromerregerwicklung erregt, die ebenfalls in der Zeichnung nicht wiedergegeben ist. In der Achse 2 der Maschine sind hintereinanderliegend die Gleichrichterelemente 11 bis 16 angeordnet. Die Gleichrichterelemente sind dabei entweder einzeln oder zu zweien je nach der Schaltung in Gleichrichtertragkörpern 21, 22, 23, 24 und 26 eingeschlossen. Die wirksamen Schichten der Gleichrichterelemente liegen derart, daß sie in der geometrischen Wellenachse liegen.. 27 und 28 bedeuten noch zwei zwischen den Gleichrichtern angeordnete Kontaktkörper. Die Gleichrichterträger bzw. Kontaktkörper sind nun durch die bolzenförmigen Stromzuleitungen 31 bis 34, 36 bis 38, wie im einzelnen näher der Querschnitt der Fig. 2 erkennen läßt, mit den Segmenten 41 bis 43, 46, 47, des Rohrkörpers 40 verbunden, der durch die Schrumpfringe 50, 51, 52 zusammengehalten ist. 61 bis 66 sind Zwischenverbindungen zwischen den Gleichrichterelementen und den Gleichrichtertragkörpern bzw. Kontaktkörpern. Die den Rohrkörper 40 bildenden Segmente ermöglichen nun die Zu- und Ableitung des Stromes sowie die Herstellung der für die Gleichrichtergruppierung vorgesehenen Schaltung. Dem Ausführungsbeispiel liegt für die Gleichrichter die sogenannte Drehstrombrückenschaltung, die auch unter dem Namen »Dreiphasengraetzschaltung« bekannt ist, zugrunde.
Fig. 3 der Zeichnung gibt das Schaltschema wieder, in dem die einzelnen Elemente und Verbindungen der Anordnung nach Fig. 1 und 2 eingetragen sind.
Bei der vorliegenden Anordnung ist davon ausgegangen worden, daß die Sperrspannung der einzelnen Gleichrichterschichten so hoch ist, daß eine Reihenschaltung mehrerer Gleichrichterschichten entbehrlich ist. Selbstverständlich ist aber auch möglich, bei höheren Spannungen unter Umständen mehrere Gleichrichterschichten, die innerhalb der einzelnen Trägerkörper angeordnet sind, in Reihe zu schalten. Auch Parallelschaltungen oder Reihenparallelschaltungskombinationen sind möglich.
Wie schon angedeutet war, müssen die einzelnen, zur Stromzu- und -ableitung und. Schaltung dienenden Segmente des Rohrkörpers 40 voneinander isoliert sein. Dies kann beispielsweise durch Zwischenschaltung von Glimmerschichten geschehen. Ebenso ist es selbstverständlich auch möglich, die Segmente in eine Isolierbuchse, beispielsweise aus Gießharz od. dgl., einzubetten, welche die Isolierung der leitenden Segmente ermöglichende Stege aufweist. Unter Umständen kann hierbei dieser Isolierkörper auch so gestaltet werden, daß er eine Abstützung der Gleichrichterträgerkörper sowie der Anschlußkörper 21 bis 28 ermöglicht.
Zur Wärmeabfuhr wird vorteilhafterweise durch das Innere des Rohrkörpers 40 ein Kühlmittelstrom geführt (Pfeil 100), der sowohl von den Gleichrichterträgern bzw. Schaltkörpern wie den radial und axial verlaufenden Zuleitungen die Verlustwärme abführt. Bei Einschaltung eines buchsenförmigen Trägerkörpers für die Segmente des Rohrkörpers 40 kann dieser auf der Innenseite derart mit Durchbrechungen oder Stegen versehen werden., daß die Durchführung des Kühlmittels nicht beeinträchtigt wird. In Einzelheiten kann die beschriebene Anordnung selbstverständlich abgeändert werden. Zum Beispiel ist es möglich, statt durch Schrumpfringe zu befestigen, die Leitersegmente 40 vollständig in einen Hohlzylinderkörper aus Isoliermaterial einzubetten. Auch die innere Schaltung der Gleichrichterelemente kann eine andere sein, als bei dem Ausführungsbeispiel vorausgesetzt. Selbstverständlich können die Gleichrichter, abgesehen von der Erregermaschine, auch in dem Läufer einer anderen Maschine, z. B. der über die Gleichrichter erregten Maschine, vorgesehen sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung von Gleichrichterelementen auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen, bei denen mehrere Gleichrichter in Richtung der Wellenachse hintereinanderliegend vorgesehen sind, insbesondere für die Erregung umlaufender Feldwicklungen von Wechselstromgeneratoren von dem ebenfalls rotierenden Anker einer Wechselstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente in der geometrischen Achse der umlaufenden Welle liegend innerhalb eines aus die Stromzu- bzw. -ableitung ermöglichenden, voneinander isolierten Segmenten aufgebauten Rohres angeordnet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Stromzuleitungen für die Gleichrichterelemente ausgebaute Rohrkörper in die Hohlwelle oder einen Hohlkörper des Läufers der Erregermaschine eingesetzt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente in Trägerkörpern angeordnet sind, die durch radial angeordnete Verbindungsleitungen mit den zur Stromzuleitung bzw. -ableitung dienenden Segmenten des die Gleichrichter umgebenden Rohrkörpers verbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch innere Verbindung der Gleichrichterträgerkörper bzw. von zusätzlichen Kontaktkörpern sowie durch die radialen Verbindungen mit den die Stromzuführung ermöglichenden Segmenten des Rohrkörpers die Gruppenschaltung der Gleichrichter möglich ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente des Rohrkörpers von einer Buchse getragen sind, die mit Stegen zur Isolierung der Segmente versehen ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtertragkörper bzw. in der Welle angeordneten Zuführungskörper allein durch ihre radialen Verbindungen mit den die Stromzu- und -ableitung ermöglichenden Segmenten des Rohrkörpers befestigt sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente des Rohrkörpers unter Zwischenschaltung von Isolierzylindern durch Schrumpfringe zusammengehalten werden. B. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise gasförmiges Kühlmittel durch den die Gleichrichter einschließenden Rohrkörper strömt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 740 924.