DE1288674B - Rotierende Gleichrichteranordnung - Google Patents

Description

• Rotierende Gleichrichteranordnungen finden zur Speisung umlaufender Feldwicklungen elektrischer Maschinen von dem rotierenden Anker einer Wechselstromerregermaschine in zunehmendem Maße Anwendung, um die Zuführung größerer Erregerströme über Schleifenringe zu vermeiden.
• Bei einer bekannten Ausführung (deutsche Auslegeschrift 1165 736) derartiger Gleichrichteranordnungen sind die Dioden vorzugsweise unter Zwischenschaltung von Kühlkörpern an dem Ringflansch von Trägerrädern abgestützt derart, daß sich für die wirksame Gleichrichterschicht günstige Beanspruchungsverhältnisse ergeben und die auftretenden Fliehkraftbeanspruchungen der einzelnen Dioden nebst den zugeordneten Kühlkörpern von den Gleichrichterträgerrädern, die durch einen scheibenförmigen Teil durch Naben auf der Welle abgestützt sind, aufgefangen werden. Hierbei ist es auch bekannt, Stromsammelringe an der offenen Seite des Trägerrades anzuordnen und isoliert mindestens teilweise mit dem Ringflansch des Trägerrades zu verbinden.
• Es ist ferner bei rotierenden Gleichrichteranordnungen bekannt (deutsche Auslegeschrift 1068 817) die einzelnen Gleichrichterzellen auf ringförmigen Trägern anzuordnen, die gleichzeitig die elektrische Schaltverbindung zwischen den einzelnen Gleichrichterzellen bilden.
• Um eine größere Anzahl von Gleichrichtern an einem Trägerrad zu befestigen, ist es weiterhin bekannt (Zeitschrift »Proceedings of the Institution of Electrical Engineers« Vol. 111, Mai 1964, Nr. 2 und deutsches Gebrauchsmuster 1856 191) Trägerräder mit in der Mitte des Ringflansches eingreifender Radscheibe vorzusehen und beiderseits der Radscheibe Gleichrichterzellen an den radial innenliegenden Ringflanschflächen abzustützen.
• Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Belastbarkeit der Dioden Grenzen gesetzt sind, jedoch bei Maschinen sehr großer Leistung, wie Turbogeneratoren, sehr hohe Erregerströme erforderlich sind, ergibt sich bei derartigen Gleichrichteranordnungen die Notwendigkeit, nicht nur die Parallelschaltung einer großen Anzahl von Gleichrichterzweigen in den einzelnen, von verschiedenen Phasen der Wechselstromerregermaschine gespeisten Kreisen, sondern auch aus Sicherheitsgründen zur Abschaltung schadhafter Dioden Sicherungselemente vorzusehen. Infolge dieser Tatsache ergeben sich große Schwierigkeiten, bei Kleinhaltung der Durchmesser der Gleichrichterräder die Teile des Gleichrichterrades einschließlich der zum Abschalten schadhafter Dioden erforderlichen Sicherungselemente übersichtlich und mit guter Zugänglichkeit der einzelnen Teile derart anzuordnen, -daß sich eine übersichtliche und sichere Lage der Leitungen ergibt, die wichtigsten Elemente der Anordnung, wie Dioden und Sicherungen, beobachtet werden können und leicht auswechselbar sind.
• Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine rotierende Gleichrichteranordnung in Brückenschaltung für elektrische Maschinen, insbesondere zur Speisung ihrer umlaufenden Feldwicklungen aus einer Wechselstromerregermaschine, bei der Gleichrichterzellen beiderseits der Radscheibe eines im Querschnitt Doppel-T-förmigen Trägerrades an des- i sen Ringflansch an der inneren Flanschseite radial nach außen abgestützt sind und bei der zu jeder Gleichrichterzelle eine Sicherung in Reihe geschaltet ist, bei der eine überaus günstige Lösung der erwähnten Probleme dadurch erzielt wird, daß die beiden Gruppen von Gleichrichterzellen, die zwischen Wechselstromzuleitung und der einen bzw. der anderen Gleichstromleitung eingeschaltet sind, getrennt auf beiden Seiten der Radscheibe des Trägerrades an dessen Ringflansch abgestützt sind und an den beiden offenen Seiten des Ringflansches je ein Stromsammelring isoliert befestigt ist, an dem sich die zu den benachbarten Gleichrichterzellen in Reihe geschaltete Sicherungen abstützen.
• Durch diese Merkmalskombination, für die lediglich in ihrer Gesamtheit Schutz begehrt wird, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Verwirklichung der bekannten Doppelbrückenschaltung unter Anwendung nur eines Gleichrichterträgerrades.
• Im folgenden sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ausgestaltungen derselben näher an Hand der Zeichnung erläutert werden.
• F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Gleichrichteranordnung zur Erregung einer Synchronmaschine von einer Wechselstromerregermaschine; F i g. 1 a gibt schematisch die Gleichrichterschaltung wieder.
• In F i g. 2 ist teilweise eine Ansicht von der Antriebsseite, teilweise ein Querschnitt durch eine Gleichrichteranordnung gemäß der Erfindung dargestellt.
• In der Zeichnung bedeuten 1 die Welle einer elektrischen Maschine, z. B. eines Turbogenerators, 2 eine über die Kupplung 2a angeschlossene Welle, die am rechten Ende den Anker einer Wechselstromerregermaschine 3 und zwischen letzterem und der Kupplung 2 a eine rotierende Gleichrichteranordnung 4 trägt. Diese wird im wesentlichen aus dem Trägerrad 5 und den Gleichrichterzellen 6 gebildet, die in der bekannten Brückenschaltung gemäß F i g. 1 a angeordnet sind. Das Trägerrad 5 besteht aus dem Ringflansch 5 a, der Radscheibe 5 b und der Nabe 5 c, die auf der Welle 2 in geeigneter Weise befestigt ist. Das Trägerrad 5 ist so ausgebildet, daß die Radscheibe 5 b etwa in der Mitte des Ringflansches 5a liegt. Zu beiden Seiten der Radscheibe 5b liegt jeweils eine Gruppe 6 a bzw. 6 b von Gleichrichterzellen gleicher aber bezüglich der anderen Seite entgegengesetzter Stromdurchgangsrichtung, die an dem Ringflansch 5 a abgestützt sind. Zwischen Ringflansch 5 a und den Gleichrichterzellen 6 a bzw. 6 b sind noch. Kühlkörper 7 eingeschaltet, die von Kühlkanälen 7a durchzogen sind. Die Ringsegmente darstellenden Kühlkörper tragen - wie F i g. 2 näher erkennen läßt - am Umfang versetzt mehrere parallel arbeitende Gleichrichterzellen 6. Sie sind in den Sockelteil 7 b der Kühlkörper eingeschraubt. Die Kühlkörper sind unter Einschaltung von Isolierringen 8 bzw. Ringsegmenten mittels isolierter Befestigungsschrauben 9 an dem Ringflansch gehalten. Zu beiden Seiten der schmalen Stirnseiten des Ringflansches 5 a liegen die Sammelringe 11. Sie dienen als Träger für die Sicherungen 12. Diese sind durch winkelförmig gestaltete Kontakt- und Befestigungsteile 12 a an der radial innenliegenden Außenkante der Sammelringe 11, z. B. durch Verschrauben, gehalten. Die Fliehkräfte der Sicherungen werden von den Sammelringen aufgenommen. Diese Anordnung ermöglicht, daß ohne Einschaltung besonderer Leitungen der Strom von den Sicherungen in die Sammelringe 11 übertreten kann. Zwischen den Sammelringen 11 und dem Ringflansch 5 a liegen Isolierzwischenringe 14. Die Sammelringe 11 und die Isolierzwischenringe 14 sind mit innenliegenden kragenförmigen Zentrieransätzen (Zentrierkränzen) versehen, wodurch eine Zentrierung der Sammelringe 11 an den Isolierzwischenringen 14 und eine Zentrierung der Isolierzwischenringe 14 an dem Ringflansch 5a möglich gemacht wird. Vorteilhafterweise kann der Durchtrittsöffnungen 5d enthaltende Ringflansch 5a an den beiden Seiten zum Durchtritt des Kühlmittels durch die Kanäle 7 a der Kühlkörper unter Bildung eines Flügelsystems ausgebildet oder mit einem Flügelsystem versehen sein, wie mit 5 e angedeutet ist.
• Zur Wechselstromzuführung von der Wechselstromerregermaschine 3 sind in der Radscheibe 5 b des Trägerrades 5 Kontaktkörper 15, die über die Radscheibe vorstehen und unter Einschaltung von Isolierhülsen 15 a gegenüber der Radscheibe 5 b isoliert sind. Mit den Kontaktkörpern 15 sind Wechselstromzuleitungen 16 von der Wechselstromerregermaschine verbunden.
• Zur Ermöglichung der Schaltverbindungen zwischen den Gleichrichterzellen 6 und den Sicherungselementen 12 ist eine Leiterführung und -halterung vorgesehen. Diese kann vorzugsweise aus einem Haltewinkel 18a und damit verbundenen Kontaktlaschen 18 b gebildet sein. An den radial abgebogenen Schenkeln der Haltewinkel 18 a sind die abgebogenen Anschlüsse 6 c der Gleichrichterzellen 6 durch Verschraubung befestigt. Die Kontaktlaschen 18 b, die an den Haltewinkeln 18a leitend befestigt sind, sind biegsam ausgeführt und mittels Klemmschrauben 12e mit den radial innenliegenden Klemmen 12 b der Sicherungen verbunden. Zwischen den Kühlkörpern 7 und den Haltewinkeln 18 a sind Isolierbeilagen 20 eingeschaltet. Radial innerhalb der Befestigungsstege 18 d der Haltewinkel 18 a liegen weitere aus Isoliermaterial bestehende Stützkörper 21, die ermöglichen, die abgebogenen Anschlüsse 6c der Gleichrichterzellen 6 gegen Fliehkräfte abzustützen. Die Befestigungsstege 18 d, die Isolierbeilagen 20 und die Stützkörper 21 werden durch etwa radial angeordnete Schrauben an den Kühlkörpern angespannt.
• Zur Stromzuführung von den Wechselstrom führenden, in der Radscheibe 5 b angeordneten Kontaktkörpern 15 zu den beiderseits der Radscheiben liegenden Kühlkörpern sind die Kontaktlaschen 22 und 23 vorgesehen, welche an den Stützkörpern 21 bzw. den Kühlkörperstirnwänden befestigt sind. Die Kontaktlaschen 22 und 23 können auch zusammenhängend aus einem abgebogenen doppelwinkelförmigen Blechstreifen gebildet sein. An der Außenseite der Sammelringe 11 angeordnete Stromableitungen 26 leiten den Gleichstrom von dem positives und dem negatives Potential führenden Sammelring zu den in Nuten der Welle verlegten Erregerstromleitungen 27. Letztere sind mit den isoliert innerhalb des Endes der Welle 2 angeordneten Steckbolzen 28 verbunden, die in eine entsprechend ausgebildete, in der Figur nicht weiter dargestellte Steckdose beim Kuppeln der Welle 2 mit der Generatorwelle 1 eingebracht werden können. Auf den inneren Begrenzungsflächen der Kühlkörpersegmente sind in den Zwischenräumen zwischen den Dioden noch blockförmige Kästen 29 mit Beschaltungselementen (RC-Gliedern) für die Gleichrichterzellen angeordnet.
• Die Anordnung nach der Erfindung hat den großen Vorteil, daß infolge der Abstützung und Halterung der Sicherung an den neben bzw. außerhalb des Ringflansches angeordneten Sammelringen die Zahl der innerhalb der Ringflansche bzw. des Trägerrades selbst angeordneten Elemente herabgesetzt sowie gleichzeitig der Ringflansch von den Fliehkräften der Sicherungen entlastet ist. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung rotierender Gleichrichteranordnungen eine überaus einfache und übersichtliche Anordnung der Elemente der Gleichrichterschaltung einschließlich Sicherungen und Leitungen. Eine gute Zugänglichkeit aller Teile ist gesichert. Die Gleichrichterzellen und besonders die Sicherungen können leicht überwacht werden.
• Hervorzuheben ist ferner der verringerte Aufwand an Schaltverbindungen innerhalb der Gleichrichteranordnung, wobei - abgesehen von den Gleichrichterableitungen - sämtliche Zwischenverbindungen bzw. Stromlaschen in äußerst sicherer Weise zur Sicherung gegen Fliehkräfte an den Kühlkörpern abgestützt werden können.
• Weiter bietet die erfindungsgemäße Anordnung noch den Vorteil, daß die Sammelringe, die vorzugsweise über den Ringflansch radial überstehend ausgebildet sein können, ohne weiteres als Meßschleifringe zur Prüfung und Überwachung der Gleichrichteranordnung ausgebildet sein können.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Rotierende Gleichrichteranordnung in Brükkenschaltung für elektrische Maschinen, insbesondere zur Speisung ihrer umlaufenden Feldwicklungen aus einer Wechselstromerregermaschine, bei der Gleichrichterzellen gruppenweise beiderseits der Radscheibe eines im Querschnitt Doppel-T-förmigen Trägerrades an dessen Ringflansch an der inneren Flanschseite radial nach außen abgestützt sind und bei der zu jeder Gleichrichterzelle eine Sicherung in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen (6 a, 6 b) von Gleichrichterzellen (6), die zwischen Wechselstromzuleitung (16) und der einen bzw. der anderen Gleichstromleitung eingeschaltet sind, getrennt auf beiden Seiten der Radscheibe (5 b) des Trägerrades (5) an dessen Ringflansch (5 a) abgestützt sind und an den beiden offenen Seiten des Ringflansches (5 a) je ein Sammelring (11) isoliert befestigt ist, an dem sich die zu den benachbarten Gleichrichterzellen (6) in Reihe geschaltete Sicherungen (12) abstützen.
2. 2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungen (12) mit vorzugsweise winkelförmig zueinander angeordneten Kontakt- und Befestigungsteilen (12 a) stromleitend mit den Stromsammelringen (11) an deren radial innenliegenden Außenkanten verbunden sind.
3. 3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, bei dem die einzelnen Gleichrichterzellen unter Anwendung besonderer Kühlkörper isoliert an dem Ringflansch des Trägerrades abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß radial innenliegende Klemmen der Gleichrichterzellen (6) mit einer Leiterführung und -halterung verbunden sind, die innerhalb der Kühlkörper (7) liegend an diesen unter Einschaltung von Isolierteilen (Isolierbeilage 20 und Stützkörper 21) abgestützt ist und zum Halten der Anschlüsse (6 c) der Gleichrichterzellen (6) dient.
4. 4. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterführung und -halterung aus einem Haltewinkel (18 a) und einer damit in Verbindung stehenden beweglichen Kontaktlasche (18 b) zur Verbindung zwischen Haltewinkel (18 a) und Sicherung (12) besteht.
5. 5. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterführung und -halterung zwischen Isolierteilen (Isolierbeilage 20 und Stützkörper 21) liegend mit den Kühlkörpern (7) verspannt sind, wobei die radial innenliegenden Isolierteile (Stützkörper 21) gleichzeitig die radiale Abstützung der abgebogenen Leitungsanschlüsse der Gleichrichterzellen ermöglichen, die an dem innenliegenden Haltewinkel (18a) der Leiterführung und -halterung befestigt sind.
6. 6. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Radscheibe (5 b) des Trägerrades (5) diese durchdringende isolierte Kontaktkörper (15) vorgesehen sind, die einerseits mit in der Welle (2) angeordneten Wechselstromzuleitungen (16) verbunden sind und andererseits über an den innenliegenden Isolierteilen (Stützkörper 21) geführte bzw. abgefangene Kontaktlaschen (22, 23) mit den Kühlkörpern (7) der Gleichrichterzellen (6) in Verbindung stehen.
7. 7. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Sicherungsträger dienenden Sammelringe (11) an zwischen ihnen und dem Ringflansch (5 a) eingeschalteten Isolierringen (14) zentriert und die genannten Isolierringe (14) an dem Ringflansch (5 a) des Trägerrades durch übergreifende Zentrierkränze zentriert sind. B.
8. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Sammelringe (11) wenigstens so groß ist wie der Durchmesser des Kreises, auf dem die Kühlkörper (7) mit ihren radial äußeren Befestigungsflächen liegen.
9. 9. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sicherungen (12) tragenden Sammelringe (11) in ihrem über den Ringflansch (5 a) des Trägerrades (5) vorstehenden Teil als Schleifringe ausgebildet sind.
10. 10. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (5 a) an beiden Stirnseiten mit den Kühlkanälen (7 a) der Kühlkörper (7) sich anschließenden Durchtrittsöffnungen (5 d) versehen ist, deren radiale Begrenzungswände als Gebläseschaufeln wirken oder mit solchen verbunden sind.
11. 11. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Blöcke (29) mit Beschaltungselementen der Gleichrichterzellen innerhalb der Kühlkörper (7) an deren radial inneren Begrenzungsflächen zwischen den Gleichrichterzellen (6) angeordnet sind.