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Erregeranordnung für elektrische Maschinen mit rotierenden Gleichrichtern
Es ist bekannt, Wechselstrommaschinen, insbesondere Synchronmaschinen, mit einer
Wechselstromerregermaschine auszuführen und den von der letzteren erzeugten Strom
durch rotierende Gleichrichter auf die Feldwicklung der Maschine zu übertragen.
Derartige mit rotierenden Gleichrichtern arbeitende Erregungssysteme haben den großen
Vorteil, daß Schleifringe, Bürsten u. dgl. in Fortfall kommen. Bei einer bekannten
Anordnung ist nun vorgesehen, die rotierenden Gleichrichter an einem Ring abzustützen,
derart, daß die auf die Gleichrichter ausgeübten Fliehkräfte von dem Ringsystem
aufgenommen werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, eine Gleichrichteranordnung
dieser Art, insbesondere für die Erregung der Feldwicklungen von Synchronmaschinen
mit umlaufenden Halbleitergleichrichtern zu schaffen, die sich bei Anwendung der
bekannten Wechselstrombrückenschaltung durch einen einfachen homogenen Aufbau auszeichnet
und die Möglichkeit bietet, die einzelnen Gleichrichter bequem auszuwechseln. Erfindungsgemäß
wird zu diesem Zwecke die Anordnung der auf Trägerelementen vorgesehenen Gleichrichter
derart getroffen, daß Gleichrichterträgerelemente völlig gleicher Ausbildung und
Anordnung, bestehend aus patronenförmigen Gleichrichterzellen und Trägerkörpern
mit nur je zwei äußeren Anschlüssen um ein System von durch sie getragenen Sammelringen
gruppiert und mit diesen in Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, wobei durch
die Trägerkörper der Gleichrichterträgerlemente das gesamte Gleichrichtersystem
mit dem tragenden Flanschring verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Anordnung, derart getroffen, daß in jedem der
gleich ausgebildeten Gleichrichter= trägerelemente je eine Gleichrichterzelle mit
ihrem Minuspol an dem Trägerkörper, mit ihrem Pluspol an je einer isolierten Klemme
des Trägerkörpers angeschlossen: ist, daß die Gleichrichterträgerlemente ein System
von gegeneinander isolierten Sammelringen tragen, von denen der eine (Minusring)
mit den an den Minuspol der Zellen angeschlossenen Trägerkörpern der einen Gruppe
der Gleichrichter verbunden ist, der zweite (Plusring) mit den isolierten, mit den
Pluspolen der Zellen der anderen Gleiehrichtergruppe verbundenen Klemmen der Trägerkörper
leitend verbunden ist, wobei die Wechselstromzuleitungen mit den isolierten Trägerklemmen
der Zellen der über ihre Trägerkörper mit dem Minussammelring verbundenen Gleichrichtergruppe
verbunden sind, mit denen zugleich die Körper der Trägerelemente der Zellen der
anderen Gleichrichtergruppe in leitender Verbindung stehen. Wesentlich ist demnach
für die erfindungsgemäße Anordnung die völlig gleiche Ausbildung der einzelnen Gleichrichterträgerelemente
und Schaltung der diesen zugeordneten Gleichrichterzellen in Verbindung mit dem
Anschluß der Sammelringe. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet die Möglichkeit,
trotz der Schaltungserfordernisse der Brückenschaltung sämtliche Gleichrichterzellen
in gleicher Weise in den Trägerkörpern anzuordnen und gegebenenfalls bei Störungen
einzelne Gleichrichter zusammen mit ihren Trägerkörpern auszuwechseln. Die erfindungsgemäße
Anordnung ermöglicht es auch, den Trägerkörpern in bestimmter Schaltung Kondensatoren,
Widerstände oder Widerstandskombinationen sowie Anzeige- und Sicherungselemente
zuzuordnen, die durch Bohrungen in dem tragenden Ring beobachtet werden können,
wie sie aus elektrischen Gründen zur Kontrolle der Gleichrichterzellen oder zum
Zwecke eines überspannungsschutzes vorgesehen werden. Bei Aufnahme der Beschaltungselemente
werden die Trägerkörper mit entsprechenden Hohlräumen oder Befestigungsflächen versehen,
die. die Beschaltungselemente der Gleichrichterzellen aufnehmen.
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Die Trägerkörper der Elemente können vorteilhafterweise kastenförmig
ausgebildet und mit Ausspa@ rangen bzw. Öffnungen versehen werden, um die Anordnung
der Gleichrichterzellen zu ermöglichen. Die Querwandteile der kastenförmigen Segm,entkörper
können als Lüfterflügel verwendet werden, um einen kräftigen Kühhnittelstrom durch
die Gleichrichter.-elemente hindurchzuführen.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden, das, in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist.
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F i g . 1 gibt eine Übersicht über eine erfindungsgemäß. ausgebildete
Erregeranordnung; F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht;
in F i g. 3
ist näher im Längsschnitt die Ausbildung eines Gleichrichterträgerelementes, wie
es zum Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung Anwendung findet, dargestellt; F i
g. 4 gibt einen Querschnitt durch ein Gleichrichterträgerelement wieder. Aus dem
Schema der F i g. 5 ist die Gleichrichteranordnung in bezug auf die Sammelringe
ersichtlich; F i g. 6, 7 und 8 zeigen verschiedene Schnitte durch Teile der Anordnung,
die den Anschluß und die Schaltung innerhalb der Gleichrichterträgerelemente bzw.
der äußeren Anschlußleitungen veranschaulichen; F i g. 9 schließlich zeigt eine
Ansicht auf die Gleichrichteranordnung und Sammelringe von der Stirnseite der Maschine.
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In F i g. 1 der Zeichnung bedeutet 1 eine Wechselstromerregermaschine,
2 die zugehörige Hilfserregermaschine. Letztere ist im Läufer mit einem System von
permanenten Magnetpolen 2 a versehen. Durch das umlaufende Feld wird in der Ständerwicklung
2 b eine Wechselspannung induziert. Der von der Hilfserregermaschine 2 erzeugte
Strom wird von der ortsfesten Ständerwicklung über eine Regeleinrichtung sowie Gleichrichter
(nicht dargestellt) der feststehenden Erregerwicklung 1 a der Wechselstromerregermaschine
1 zugeführt. In dem umlaufenden Anker bzw. der Wicklung l b wird die Wechselstromerregerspannung
induziert. Die Welle 3 der Erregermaschinengruppe ist über eine Kupplung 4, bestehend
aus den Teilen 4 a und 4 b, mit der Welle einer Synchronmaschine,
z. B. eines Synchrongenerators gekuppelt, der zur Vereinfachung in der Zeichnung
nicht wiedergegeben ist. Zur Umformung des Wechselstromes der Erregermaschine 1
sind Gleichrichter 6 vorgesehen. Diese Gleichrichter 6 sind mit Trägerkörpern 7
a zu Gleichrichterträgerelementen 7 gleicher Ausbildung und Anordnung zusammengefaßt.
Die Gleichrichterträgerlemente 7 sind unter Einschaltung einer Zwischenisolierung
8 an dem Flansch 9 der Kupplungshälfte 4 a befestigt. 10 bedeuten Zuleitungen von
der Wicklung 1 b der Wechselstromerregermaschine zu den Gleichrichterträgerelementen
7 bzw. Gleichrichtern 6. 11 sind Stromableitungsbolzen, durch die es ermöglicht
wird, den gleichgerichteten Strom an die Synchronmaschine weiterzuleiten.
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F i g. 3 und 4 der Zeichnung geben Schnitte durch ein Gleichrichterträgerelement
7 wieder. Dieses besteht neben dem Gleichrichter 6 im wesentlichen aus dem kastenförmigen
Trägerkörper 7a. Letzterer ist mit Querwänden 7 b versehen. Er weist die Aussparungen
7 c und 7 d auf. Die letztere ist so angeordnet, daß die Gleichrichterzelle 6 mit
ihrem Gewindesokkel 6 b in die Gewindebohrung 7 feingeschraubt werden kann. Infolge
der hohlen Ausbildung des Trägerkörpers und der Anordnung der Öffnung 7 c sowie
der Längsrippen 7 b wirkt der Trägerkörper als Lüfter, wodurch eine intensive Belüftung
sowohl des Gleichrichters, der Anschlußstellen wie auch des stromführenden Trägerkörpers
selbst ermöglicht wird.
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Wie besonders der Schnitt der F i g. 3 erkennen läßt, weist der Trägerkörper
auf seiner äußeren Seite eine bogenförmige Gestaltung auf. Hierdurch wird ermöglicht,
die Gleichrichterträgerelemente an dem Ring 8 abzustützen und zu befestigen. Auf
seiner der bogenförmigen Befestigungsfläche abgewandten Seite ist das Gleichrichterträgerelement
7 unter Zwischenschaltung der Isolierbeilagen 7 e, 7 g mit einer Anschlußklemme
10a versehen, die winkelförmig ausgebildet ist und an ihrem längeren Schenkel
10 b mit einer Befestigungsfläche 7 i des Trägerelementes 7, z. B. durch Schrauben
7m, verbunden ist. An ihrem radial nach außen gebogenen Ende 10 d ist die
Klemme 10 a mit Befestigungsflächen oder Anschlußflächen für den Anschluß
der Leitungen 10 versehen.
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Mit dem Klemmenstück 10a ist auf der Seite des Gleichrichters
noch z. B. durch eine Nietung ein Leitungsanschluß 13 verbunden, dessen zylindrische
Anschlußhülse 14 mit dem zylindrischen Anschlußbolzen 6 c des Gleichrichters 6 verbunden
werden kann. Sämtliche Gleichrichterträgerelemente 7 weisen die erläuterte gleiche
Ausbildung auf. Innerhalb des Trägerkörpers 7 a bzw. an geeigneten Befestigungsflächen
sind noch Schaltungselemente angeordnet, die der Gleichrichterzelle zugeordnet sind.
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Wie der Querschnitt der F i g. 3 erkennen läßt; ist bei dem Ausführungsbeispiel
links von der Gleichrichterzelle 6 ein Widerstand 7x vorgesehen, dessen eine Anschlußklemme
an der Trägerkörpermasse liegt. Die andere Klemme ist durch die Leitung 7y mit einem
Kondensator 7 z verbunden. Der Kondensator ist sodann über die Leitung 7 u mit dem
Leitungsanschluß 13 verbunden. Es ergibt sich also bei dieser Anordnung, daß parallel
zu der Gleichrichterschicht in Reihenschaltung ein ohmscher Widerstand und ein Kondensator
angeordnet sind.
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Wie F i g. 1 der Zeichnung näher erkennen läßt, ist den Gleichrichterträgerelementen
7 ein Sammelringsystem 12 zugeordnet, das aus zwei gegeneinander isolierten
Ringen 12a, 12b besteht. Diese beiden Ringe sind voneinander durch
eine Isolierschicht 12 c isoliert. Der Ring 12a ist direkt mit der Seitenwand
7 o des Trägerkörpers 7 a verbunden. Das Ring-System 12 wird von den auf
einem Kreis angeordneten Gleichrichterträgerelementen 7 gehalten. Die Anordnung
der Sammelringe in Verbindung mit bestimmten Schaltleitungen ermöglicht nun die
gleichartig und gleich ausgebildeten Gleichrichterträgerelemente in einer Brückenschaltung
zusammenzufassen. Schematisch ist die Schaltung in F i g. 5 der Zeichnung wiedergegeben.
Die Figur deutet an, daß die Gleichrichterträgerlemente 7 wie Kreisringsegmente
nebeneinanderliegen, und zwar derart, daß sie bequem an einer Zylinderfläche des
Trag- oder Halteflansches befestigt werden können. In jedem der Elemente ist der
Minuspol (-) der Gleichrichterzelle 6 an die Masse des Trägerkörpers 7a angeschlossen.
Der Pluspol (-E-) ist mit einer zugeordneten Klemme 10 a verbunden. Zwischen Gleichrichterklemme
10 a und dem Gleichrichterträgerkörper 7 a sind in Reihenschaltung der Kondensator
7z und der Widerstand 7x angeordnet. Entsprechend der Anordnung gemäß F i g. 1 tragen
nun die auf einer Zylinderfläche des Flansches 9 angeordneten Gleichrichterträgerelemente
7 die konzentrisch zugeordneten Sammelringe 12 a und 12 b. Die Gleichrichterträgerelemente
bilden zwei Gruppen, und zwar Gruppe A und Gruppe B. Die Gleichrichter der GruppeA
sind infolge Befestigung des Sammelringes 12 a an den Trägerkörpern 7 a direkt mit
ihren Minuspolen leitend mit dem Ring 12 a verbunden: Der andere Sammelring
12b (--Ring) dagegen ist bei den Gleichrichterträgerelementen der Gruppe
B über die Anschlußleitungen 15 mit den Klemmen 10a der Gleichrichterträgerelemente
7 verbunden, so da.ß also der Plussammelring 12 b mit den positiven Polen der Gleichrichterzellen
in Verbindung steht. Mit R, S und T sind in dieser Figur die Phasenzuleitungen für
den
Wechselstrom bezeichnet, über welche der Wechselstrom an die
Klemmen 10 a der Gleichrichtersegmente der Gruppe A geführt wird. Zusätzlich sind
die Klemmen 10 a der Gleichrichterträgerelemente der GruppeA noch über Schaltverbindungen
16 mit der Masse der Trägerkörper 7 a der Gleichrichtergruppe B verbunden.
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Längsschnitt der F i g. 6 läßt im einzelnen näher die Herstellung
der Schaltverbindung zwischen dem positiven Sammelring 12 b und der Klemme 10 a
in der Gleichrichtergruppe B erkennen. In der GleichrichtergruppeA können - wie
schon oben angedeutet war - besondere Verbindungen entfallen, da der Sammelring
12a unmittelbar mit den Trägerkörpern 7 a der Gleichrichterträgerelemente 7 der
Gruppe A verbunden ist (vgl. F i g. 1).
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es auch ohne weiteres, die
Stromableitungen an den außen zugänglichen Sammelringen anzuschließen. Die F i g.
7 und 8 zeigen den Anschluß der Ableitungen. Die für die Stromableitung vorgesehenen
Bolzen 11 werden unter Einschaltung einer Isolierung 20 in Bohrungen der Kupplung
4 zwischen Erregermaschine und Generator gehalten. 22 und 23 sind Anschlußlaschen,
die einerseits mit den Stromzuführungsbolzen 11 verbunden werden können, andererseits
durch Schrauben 24 bzw. 25 mit den Sammelringen 12 a, 12 b verbunden werden.
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F i g. 9 gibt noch eine Ansicht von der Wellenseite auf die Sammelringe
und Anschlußverbindungen wieder, die nach dem Vorangehenden ohne ausführlichere
Erläuterungen verständlich ist. Besonders hingewiesen sei auf die in der F i g.
9 genauer erkenntlichen Anschlußwinkel 16 (vgl. F i g. 5), die dazu dienen, die
Masse der Trägerkörper 7 a der Gruppe B mit den Wechselstrom führenden
Anschlußklemmen Gleichrichterträgerelemente der Gleichrichtergruppe A zu verbinden.
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Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Anordnung die Möglichkeit bietet,
erforderlichenfallsbeiBeschädigung einer Gleichrichterzelle das ganze Gleichrichterträgerelement
nach dem Lösen der Befestigungsschrauben, der Verbindung mit dem Sammelring und
dem Lösen der übrigen Anschlußverbindungen auszubauen und durch ein neues Gleichrichterelement
zu ersetzen. Da sämtliche Gleichrichterträgerelemente der Gruppe A und
B völlig gleich sind, ergibt sich eine einheitliche und einfache Fertigung
der Gleichrichterträgerelemente.
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Werden die Gleichrichterträgerelemente wie bei dem Ausführungsbeispiel
an einem Flansch der vorhandenen Kupplung angeordnet, so wird hierdurch der bedeutsame
Vorteil erreicht, daß praktisch für die Unterbringung der Gleichrichter kaum nennenswerter
axialer Bauraum verwendet wird. Die Anordnung der Gleichrichtergruppe in der Kupplung
bietet noch einen anderen Vorteil. Sie ermöglicht es nämlich, gleichzeitig im Bereiche
der Kupplung eine induktive Übertragungseinrichtung zur Anzeige der Gleichrichterströme
vorzusehen. Zu desem Zwecke können -wie F i g. 1 und 2 der Zeichnung andeuten -
in der zweiten Kupplungshälfte 4 b Polzähne, d. h. ein Polkranz 30 für einen
induktiven Meßübertrager vorgesehen werden. Der Polkranz 30 ist durch eine Nut 30
b von der Kupplungsnabe getrennt. Die Polzähne oder Polkränze werden dadurch in
bestimmter Weise magnetisiert, daß durch die Ströme der in den Kupplungsflanschen
liegenden Stromzuführungsbolzen eine Magnetisierung hervorgerufen wird. Zur Bildung
der Pole sind zwischen den Bohrungen für die Stromzuführungsbolzen in dem Polkranz
30 Schlitze 31 angeordnet (vgl. F i g. 2).
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Gegenüber dem Polkranz 30 sind einen Rückschluß bildende Jochkörper
32 vorhanden, die in ihrer Mitte Induktionsspulen 33 tragen. Die Spulen 33 der diametral
gegenüberliegenden Jochteile sind in Reihe geschaltet, um eine ausreichend hohe
Spannung, die dem Erregerstrom bzw. Sekundärstrom der Gleichrichter proportional
ist, zu erhalten. Wesentlich ist es, daß auch die induktive Stromübertragungsvorrichtung
infolge der Zuordnung zu der Kupplung keinen zusätzlichen axialen Bauraum erfordert.
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Die Jochkörper sind an Tragarmen 34 des Gehäuses aufgehängt. An Stelle
einzelner, Spulen tragender Jochstücke kann auch ein geschlossener Jochring mit
einer verteilten Wicklung für das induktive übertragungssystem Anwendung finden.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel
beschränkt, viehmehr kann die Erfindung auch in anderen Fällen, beispielsweise bei
der einfachen Brückenschaltung (Graetzschaltung) Anwendung finden.