DE1068817B - Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Anordnungen mit rotierenden Halbleitergleichrichtern, insbesondere für die Erregung von Turbogeneratoren von dem umlaufenden Anker einer Wechselstromerregermaschine bekanntgeworden, die es ermöglichen, die Verwendung τοη Schleifringen mit den durch diese bedingten Komplikationen zu vermeiden.

Bei diesen Anordnungen ergeben sich größere Schwierigkeiten, wenn die Maschinen mit höheren Drehzahlen betrieben werden, wie dies bei Turbogeneratoren der Fall ist. Es ist bekannt, zur Beherrschung der auftretenden Beanspruchungen die plattenförmigen Gleichrichter segmentförmig auszubilden und die einzelnen Gleichrichtersegmente konzentrisch zur Welle in zu diesen senkrechten Ebenen anzuordnen. Wenn auch derartige Anordnungen den Vorzug haben, daß sie eine günstige Kühlung der Gleichrichter ermöglichen, so ergibt sich doch bei mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Maschinen der schwerwiegende Nachteil, daß für die Gleichrichterschichten gefährliche, unterschiedliche Spannungen unter dem Einfluß der mit dem Durchmesser zunehmenden Fliehkraftbeanspruchungen auftreten. Die gleichen Nachteile ergeben sich auch bei einer anderen bekannten Anordnung, bei der die plattenförmigen Gleichrichter, in axialen Ebenen liegend, zwischen konzentrisch zur Welle angeordneten Stützflächen gehalten sind. Wie leicht einzusehen ist, muß bei derartigen Konstruktionen die Umfangsgeschwindigkeit der umlaufenden Gleichrichter weitgehend beschränkt sein, weil anderenfalls die Gleichrichterschichten gefährlichen Beanspruchungen ausgesetzt sind und nicht die erforderliche Lebensdauer aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine wesentlich verbesserte Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle, insbesondere zur Erregung von Wechselstromgeneratoren, bei der die wirksamen Gleichrichterschichten der Gleichrichterelemente an einem ringförmigen, mit der Welle verbundenen Trägerkörper gehalten sind. Die Erfindung besteht darin, daß die wirksamen Gleichrichterschichten tangential liegend mittels an dem ringförmigen Trägerkörper abgestützter Gleichrichterpatronen so gehalten sind, daß die wirksamen Fliehkräfte senkrecht zur Schichtebene wirken und auf der gesamten Schichtfläche auf die Gleichrichterpatrone übertragen werden.

Die Anordnung nach der Erfindung hat den großen Vorteil, daß die wirksamen Gleichrichterschichten völlig gleichmäßigen Fliehkraftbeanspruchungen ausgesetzt sind, die mittels der an dem ringförmigen Trägerkörper abgestützten Gleichrichterpatronen abgefangen werden, und daß die Gleichrichter entsprechend den vorliegenden Forderungen leicht gruppiert und geschaltet werden können.

Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Ulrich Haier, Mülheim/Ruhr,

Heinrich Küter, Wattenscheid,

und Dipl.-Ing. Paul Juen, Mülheim/Ruhr,

sind als Erfinder genannt worden

Vorzugsweise eignen sich hierfür Silicium- oder Germaniumgleichrichter, welche sich durch eine besonders hohe Strombelastbarkeit auszeichnen. Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung besonders günstige Verhältnisse bezüglich der Stromzuleitung bzw. Ableitung zu erzielen. Zu diesem Zwecke kann der mit den Gleichrichtern auf seiner Innenseite verbundene ringförmige Träger die zweite gemeinsame Stromzu- bzw. -ableitung für die Gleichrichtergruppe bilden.

Hierbei bildet der Trägerring der Gleichrichter das Schaltelement, durch welches z. B. bei Doppelsternschaltung oder Saugdrosselschaltung die gleichen Pole der Gleichrichterelemente verbunden werden, womit sich zugleich eine außerordentlich günstige Ausbildung der Schaltung und Stromzu- bzw. -ableitung ergibt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann es bei bestimmten Schaltungen auch vorteilhaft sein, nebeneinander zwei Trägerringe für die in verschiedener Richtung stromdurchflossenen Gleichrichterelemente vorzusehen. Eine derartige Anordnung bietet besondere Vorteile bei der Drehstrombrückenschaltung, wobei sich ergibt, daß der, eine der Trägerringe den Pluspol, der andere den Minuspol der Gleichrichterschaltung bildet. Die vorliegende Anordnung kann weiter dadurch verbessert werden, daß die Gleichrichtertragringe mit radialen oder axialen Schlitzen zur Verbesserung der Gleichrichterkühlung versehen werden. Hierbei können — und zwar bei Anwendung radialer Schlitze in dem Gleichrichtertragring — die die wirksamen Gleichrichter-

909 648/323

3 4

schichten enthaltenden, in die Tragringe einge- mit eingesetztem Gleichrichterträgerkopf 10 dargeschraubten Gleichrichterpatronen als Lüfterschaufeln stellt. Die Anordnungen gemäß Fig. 5 und 6 bieten benutzt werden. Es ist aber auch ohne weiteres mög- ohne weiteres die Möglichkeit, die Gleichrichterelelich, zwischen den Gleichrichterelementen noch ge- mente und Gleichrichterträgerköpfe gegenüber dem sonderte Schaufeln anzuordnen, durch die entweder 5 ringförmigen Träger zu isolieren. Eine solche Aneine radiale oder axiale Belüftung erzielt wird. Im Ordnung kann unter Umständen aus schaltungsletzteren Falle strömt das Kühlmittel durch die in technischen Gründen zweckmäßig sein,
dem scheibenförmigen Körper des Tragringes ange- Die Fig. 7 und 8 zeigen noch eine etwas andere ordneten Schlitze. Ausführungsform mit einer Axialbelüftung der Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand io Gleichrichterelemente. Hierbei sind in dem Scheibender Figuren der Zeichnung erläutert werden, die körper 2 b des ringförmigen Trägers die Ausspaeine Anzahl von Ausfühnyigsbeispielen wiedergeben. rungen oder Schlitze 12 vorgesehen. 13 bedeuten axial Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die Anordnung wirkende Lüfterschaufeln, die in der durch .Pfeile 14 von Gleichrichtern in einem mit der Welle umlau- angedeuteten Weise die Kühlluft durch die Gleichfenden, zugleich als Schaltelement dienenden ring- 15 richter und deren Träger hindurchtreiben. Die förmigen Träger. Mit 1 ist in diesen Figuren ein Schaufeln sind am Ringkranz 2 c befestigt.
Wellenteil bezeichnet, der beispielsweise zwischen Wie schon oben angedeutet war, kann in besonders dem Induktorkörper eines Turbogenerators und dem vorteilhafter Weise der ringförmige Träger, für die mit diesem gekuppelten Anker einer Wechselstrom- Gleichrichterelemente als Stromzu- bzw. -ableitung erregermaschine, welche ständerseitig mit Gleich- 20 verwendet werden.

strom erregt ist, angeordnet ist. Auf der Welle 1 Die Fig. 9 und 11 geben das Schaltschema zweier sitzt der ringförmige Träger 2. Zwischen Welle 1 und verbreiteter Gleichrichterschaltungen wieder, für der Nabe 2 α des Trägerkörpers ist eine isolierende deren Verwirklichung vorliegende Anordnung be-Zwischenlage 3 von Zylinderform eingeschaltet. 2 b sondere Vorteile bietet. Fig. 9 zeigt eine Doppelbedeutet einen scheibenförmigen Teil, 2 c den Trag- 25 Sternschaltung. In dieser Doppelsternschaltung sind kranz. In diesem Tragkranz sind die patronenärm- mit 20 a bis 2Of sechs Gleichrichtelemente bezeichnet, lieh gestalteten Gleichrichterelemente 4 abgestützt. denen von den in Doppelsternschaltung angeordneten Fig. 3 gibt im einzelnen näher die Ausbildung eines Phasenwicklungen 21 α bis 21/ der Wechselstromer-Gleichrichterelementes wieder. Die Gleichrichterele- regermaschine der Wechselstrom zugeleitet wird. Die mente 4 bestehen im wesentlichen aus dem patronen- 30 gleichpoligen, Pluspotential aufweisenden Abieiförmigen Kopf 4 α mit der eingebetteten ebenen tungen sämtlicher Gleichrichterzellen 20 α bis 20/ Gleichrichterschicht 4 b. 5 bedeutet eine Zuleitung, werden bei dieser Schaltung durch eine gemeinsame

6 eine Anschlußklemme. Ableitung 22 überbrückt, die den Pluspol des Ein Bolzenansatz ermöglicht es, die Gleichrichter- Systems bildet. Bei der vorliegenden Anordnung der

elemente in Gewindebohrungen des Ringkranzes 2 c 35 Gleichrichter sind nun sämtliche Gleichrichtereleeinzuschrauben. Selbstverständlich müssen im Inne- mente bzw. Gleichrichterpatronen mit ihren positiven ren des Ringkranzes 2 c ebene Paßflächen vorgesehen Ableitungen, wie dies in Fig. 10 zur näheren Veranwerden, an denen die Anliegeflächen 4 c der Gleich- schaulichung nochmals wiedergegeben ist, an den richterpatrone zum Anliegen kommen. Durch geeig- ringförmigen Träger 2 angeschlossen, der also die nete Vorbehandlung, z. B. Versilberung oder Ver- 40 Schaltverbindung 22 der Fig. 9 bildet. Der zweite zinnung, wird sichergestellt, daß günstigste Pol des Gleichstromsystems wird, wie aus Fig. 9 er-StromübergangsVerhältnisse zwischen den Gleich- sichtlich ist, durch die an den gemeinsamen Sternrichterelementen 4 und dem ringförmigen Träger 2 punkt angeschlossene Sternpunktleitung 24 gebildet, vorhanden sind. Durch geeignete Sicherungselemente Man kann nun ohne weiteres, wie Fig. 10 zeigt, bei (nicht dargestellt) können die Gleichrichterpatronen 4 45 Isolierung des ringförmigen Trägers 2 von der gegen Herausfallen bzw. Lockern gesichert werden. Welle 1 durch eine Isolierschicht 3 die gegebenen-

7 sind Lüfterschaufeln, die zwischen den Zuleitun- falls rohrförmige Minusleitung 24 des Systems unter gen 5 der Gleichrichterelemente liegen und die Luft- Einschaltung entsprechender Isolierschichten oder oder Gasströmung durch den die Gleichrichterele- Isolierzylinder 25 zwischen der Welle 1 und dem mente aufnehmenden Hohlraum innerhalb des Ring- 50 ringförmigen Gleichrichterträger 2 durchführen, wokranzes 2 c wesentlich verstärken. Die Luft kann durch es in einfacher Weise möglich gemacht wird, durch RadialöfFnungen oder Schlitze 8 in den Ring- die beiden Klemmen der Erregerwicklung des Genekranz 2 c abgeleitet werden und intensiviert so durch rators mit der positiven bzw. negativen Zuleitung 22 gute Belüftung des Ringkranzes auch die Kühlung bzw. 24 des Gleichrichtersystems zu verbinden.

des Gleichrichterelementes. 55 Grundsätzlich ergibt sich die gleiche Anordnung In Fig. 4 der Zeichnung ist abgewickelt der Ring- für die Gleichrichter und deren Schaltung, wenn gekranz2c wiedergegeben, woraus die Anordnung der maß Fig. 11 eine Saugdrosselschaltung vorgesehen Kühlschlitze 8 sowie der Gleichrichterelemente im ist, bei der die Sternpunkte zweier Dreiphasen-Verhältnis zu den Kühlschlitzen näher ersichtlich ist. systeme 26 und 27 über eine Saugdrossel 28 verbun-Fig. 5 zeigt eine geänderte Ausführungsform, bei 60 den sind. Auch bei einer derartigen Schaltung kann der die Gleichrichterpatrone 4 in besonderen Träger- der ringförmige Träger 2 zur Überbrückung der poköpfen 10 eingesetzt sind, die mittels ihrer über- sitiven Pole der Gleichrichterelemente und zur Stromstehenden Flansche 10 a in den Bohrungen 11 des ableitung herangezogen werden.
Ringflansches 2 c gehalten werden. Die Trägerköpfe Es ist einleuchtend, daß bei derartigen Schaltungen sind hier in solcher Weise mit Schlitzen versehen, 65 den innenliegenden Klemmen 6 der Gleichrichterzudaß gewissermaßen die die Schlitze begrenzenden leitungen 5 der Strom durch geeignete Leitungen, die Wände des Trägerkopfes wie Lüfterschaufeln wirken in ringförmigen Tragkörpern in Bohrungen einer und eine intensive Belüftung der Trägerköpfe und zu- Wellenbüchse od. dgl. gehalten sein können, zugegleich der Gleichrichterelemente ermöglichen. In führt werden muß. Unter Umständen kann es Vor-Fig. 6 ist wieder in Abwicklung der Ringkranz 2 c 70 teile bieten, diese Stromzuführung durch segment-

Claims (12)

förmige Teile zu ermöglichen, die unter Zwischenschaltung von Isolierteilen durch aufgeschrumpfte Ringkörper zusammengehalten werden. Die Fig. 12 und 13 geben im Schema eine derartige Anordnung wieder. Hierin bedeutet 30 einen aus ringförmigen Leiterelementen zusammengesetzten Ringkörper, der durch Schrumpfringe 31 oder eine Buchse zusammengehalten wird. Die innenliegenden Gleichrichterklemmen 32 sind mit den gegeneinander isolierten Segmenten des Ringkörpers 30 verbunden. Über die leitenden Segmente des Ringkörpers 30 wird den Gleichrichterelementen von der Wechselstromerregermaschine die Spannung bzw. der Strom zugeführt. 34 bedeutet noch eine innenliegende Isolierbuchse. In dieser Buchse kann die den Minuspol bildende Leitung 35 angeordnet sein. Die Fig. 14, 15 und 16 beziehen sich noch auf eine Anordnung, bei der die Gleichrichter in der sogenannten Drehstrombrückenschaltung angeordnet sind. In Fig. 14 bedeuten 35 die in Sternschaltung angeordneten Phasenwicklungen einer Drehstromerregermaschine. Über die Phasenleiter RST wird der Strom den Gleichrichtergruppen 36 und 37 zugeführt. Die positiven Anschlußklemmen der Gleichrichter der Gruppe 36 und die negativen Anschlußklemmen der Gleichrichter der Gruppe 37 sind an die gemeinsamen Zu- bzw. Ableitungen 38 und 39 angeschlossen, die, wie die Fig. 15 und 16 andeuten, durch zwei Gleichrichtertragringe 40, 41 gebildet werden, die axial nebeneinander angeordnet sind. Die Gleichrichter der einen Gruppe 36 und die Gleichrichter der anderen. Gruppe 37 sind bei dieser Anordnung mit verschiedener Polarität angeordnet bzw. in umgekehrtem Sinne von Strom durchflossen. In Einzelheiten können selbstverständlich die beschriebenen Anordnungen abgeändert werden. Beispielsweise kann die durch die Gleichrichtertragringe hindurchgeführte Rückleitung (24 in Fig. 9, 10) auch durch Nuten oder Bohrungen der Welle hindurchgeführt sein. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für solche Gleichrichterelemente, die bei hoher Belastbarkeit sich durch eine hohe Sperrspannung auszeichnen, da hierbei eine Reihenschaltung von Elementen entfällt. Grundsätzlich kann die vorliegende Anordnung aber auch Anwendung finden, wenn mehrere Zellen in Reihe oder parallel geschaltet sind. PaTENTANSPEÜCHE:

1. Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle, insbesondere zur Erregung von Wechselstromgeneratoren, bei der die wirksamen Gleichrichterschichten der- Gleichrichterelemente an einem ringförmigen, mit der Welle verbundenen Trägerkörper gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Gleichrichterschichten tangential liegend mittels an dem ringförmigen Trägerkörper abgestützter Gleichrichterpatronen so gehalten sind, daß die wirksamen Fliehkräfte senkrecht zur Schichtebene wirken und auf der gesamten Schichtfläche auf die Gleichrichterpatrone übertragen werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Patronen in dem ringförmigen Tr.ägerkörper durch Einschrauben befestigt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Silicium- oder Germaniumgleichrichter vorgesehen sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der einzelnen Gleichrichterpatrone mehrere Gleichrichterelemente in Reihe geschaltet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterpatronen in besonderen Gleichrichterträgerköpfen angeordnet sind, die gegebenenfalls unter Einschaltung einer Zwischenisolierung in dem ringförmigen Träger befestigt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterträgerköpfe mit eine Lüfterwirkung hervorbringenden Schlitzen oder Aussparungen versehen sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Trägerkörper der Gleichrichterpatronen derart mit Durchbrennungen oder Kanälen versehen sind, daß in radialer Richtung der Durchtritt eines Kühlmittels möglich ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Trägerkörper in ihrem den Ringkranz tragenden Scheibenteil mit Durchbrechungen oder öffnungen versehen sind, welche das axiale Durchführen eines Kühlmittels durch die Gleichrichterzone ermöglichen.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gleichrichterraumes die Schaufeln eines axial oder radial wirkenden Lüftersystems angeordnet sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für in Doppelstern- oder Saugdrosselschaltung angeordnete Gleichrichtergruppen, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Trägerkörper der Gleichrichter gleichzeitig zur Schaltverbindung und zur Stromzu- bzw. -ableitung der Gleichrichter dient.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für Gleichrichter, die in Drehstrombrückenschaltung betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gleichrichtergruppen mit ihren parallel geschalteten Klemmen verschiedener Polarität mit je einem als Zu- bzw. Ableitung dienenden ringförmigen Trägerkörper verbunden sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bzw. den ringförmigen Trägern der Gleichrichterpatronen und der Welle isolierende Zwischenteile, z. B. Buchsen, eingeschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 849 727.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©909 648/323 11.59