DE2246350A1 - Einrichtung zur kapazitiven uebertragung von daten zwischen einem feststehenden und einem rotierenden teil von elektrischen maschinen - Google Patents

Description

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Unser Zeichen! VPA 72/3211 Hf/Rat

Einrichtung zur kapazitiven Übertragung von Daten zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil von elektrischen Maschinen

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Einrichtung zur kapazitiven, kontakt- und berührungslosen, gegebenenfalls wechselseitigen Übertragung von Daten (Steuer-, Meßdaten) zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil von elektrischen Maschinen, insbesondere bei schleifringlosen, mit umlaufenden Thyristoren regelbaren Synchrongeneratoren mit Außenpol-Erregermaschinen.

Bei großen Stromerzeugern (Generatoren) bereitet die Zuführung der mehrere Megawatt betragenden Erregerleistung über Schleifringe Schwierigkeiten. Man verwendet deshalb Außenpol-Erregermaschinen und zur Einspeisung rotierende Gleichrichter. Um ein günstiges dynamisches Verhalten der Maschine zu gewährleisten, werden neuerdings anstelle der Gleichrichter rotierende Thyristoren angewendet, Zur Steuerung dieser Thyristoren von einer ortsfesten Steuerstelle aus sowie gegebenenfalls zur Rückübertragung von Meßwerten, wie z.B. Erregerstrom, Spannung, Temperatur usw., vom rotierenden Teil (Läufer) zu einer ortsfesten Überwachungsstelle ist eine Übertragungseinrichtung erforderlich, welche möglichst kontakt- und berührungslos eine störsichere Übertragung in einer oder gegebenenfalls gleichzeitig in beiden Richtungen ermöglicht. Eine solche Einrichtung für die Hin- und gegebenenfalls Rückübertragung von Steuersignalen bzw. Meßdaten muß so aufgebaut sein, daß sie ohne besondere Schwierigkeiten auf bzw. an der Welle eines Generators angebracht und überdies ;jeder Generator mit einer solchen Einrichtung nach- bzw. umgerüstet werden kann. Eine solche Datenübertragungseinrichtung soll im übrigen trotz eines isllenlängs-3chubes der Maschinenwelle von etwa 50 mm und eines radialen Wellenspieies der Maschinenwelle von etwa + 5 buk betriebssiober arbeiten. 409814/0118 ~²'

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Die Erfindung besteht hierbei aus einem zwischen einer Sendestation und einer Empfangsstation vorgesehenen, der Maschinenwelle zugeordneten kapazitiven Übertragungeorgan aus zwei mit ihren Zinken wechselseitig ineinandergreifenden Kajnmelektroden, von denen die eine Elektrode stationär angeordnet ist und die andere Elektrode mit der Maschinenwelle umläuft.

Die feststehende Elektrode ist zweckmäßig gabelförmig gestaltet. Die umlaufende Elektrode besteht aus einem auf der Welle aufsitzenden Zylinder, auf dessen Außenmantel eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Elektrodenscheiben aufgezogen ist. Dieser Aufbau der umlaufenden Elektrode empfiehlt sich» wenn mit einem erheblichen Radialspiel der Maschinenwelle während des Betriebes zu rechnen ist, aber der Wellenlängsschub der MascMaenwelle vernachlässigbar klein ist.

Ist dagegen der Wellenlängsschub der Maschinenwelle bei geringem Radialspiel beträchtlich, so ist es zweckmäßig, die umlaufende Elektrode aus einer Mehrzahl von mit Abstand voneinander konzentrisch ineinandergeschachtelten, auf die Maschinenwelle aufgezogenen Rohren aufzubauen, deren Mäntel die Zinken bilden.

Beide Elektrodenanordnungen des kapazitiven Übertragungeorgane können vollständig aus einem biegefesten Kunststoff bestehen, wobei lediglich die Zinken mit einem Metallbelag beschichtet sind. Die Metallbelegungen auf den ineinandergreifenden, einander zugewandten Zinkenflächen der beiden Elektroden sind zweckmäßig ungleich lang und bei der stationären Elektrode größer gewählt als bei der umlaufenden Elektrode.

Zur Übertragung der Baten sind Mittel vorgesehen, welche die Steuer- bzw. Meßdaten von einer Sende station im Frequenz- bzw. Zeitmultiplexverfahren über das Übertragungeorgan der Empfängerstation zuführen, wobei das zu übertragende Signal jeweils einem Signalgeber entnommen und über einen Modulator sowie über einen Verstärker dem kapazitiven Übertragungsorgan zu-

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geführt wird, während empfangsseitig hinter dem kapazitiven Übertragungsorgan ein weiterer Verstärker, ein Demodulator und eine Signalauswertung vorgesehen sind, die ein dem sendeseitigen Signal entsprechendes empfangsseitiges Signal verausgabt, welches als Steuer- bzw. Seflsignal Steuer- bzw. Meßvorrichtungen beeinflußt. ■ ·

Zur gleichzeitigen Übertragung von Steuersignalen und zur Rüekübertragung von Meßdaten können zwei kapazitive Übertragungsorgane vorgesehen sein, von denen das eine Steuersignale von einer ortsfesten Steuerstelle zum Laufer der Maschine und das andere Meßdaten vom läufer zu einer ortsfesten Überwachungsstelle überträgt.

Auf der umlaufenden Maschinenwelle einerseits und in einem Bereich des Maschinenstators andererseits können Steuerbaus*eine enthaltende Beipacks befestigt sein, welche die Modulationsund Demodulati ölvorrichtungen für die Datenhin- und -•rückÜbertragung enthalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung seien nachstehend anhand von 3 Figuren näher erläutert.

Die Figur 1 veranschaulicht die .umlaufende Maschinenwelle W, welcher das kapazitive Übertragungsorgan O zugeordnet ist,, das aus zwei mit ihren Zinken 2 wechselseitig ineinandergreifenden Kammelektroden E1 und $2 besteht, von denen die Elektrode E2 stationär angeordnet ist, und die Elektrode El mit der Maschinenwelle W umläuft. Die umlaufende Elektrode E1 besteht aus einem auf- der Welle W aufsitzenden Zylinder (R), auf dessen Außenmantel eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Scheiben S aufgezogen sind. Der Zylinder R und die Scheiben S können aus Kunststoff bestehen. Die Scheiben S bzw. Zinken Z sind ganz oder teilweise mit metallischen Belegungen B besetzt. Die feststehende Elektrode E2 ist gabelförmig gestaltet, wobei die Zinken Z21 bis 223 der Gabel in die Zwischen-

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räume zwischen den Zinken Z11 bis ΖΪΙ der umlaufenden Elektrode E1 eingreifen. Die aus Kunststoff bestehenden Zinken 221 bis Z23 der stationären Elektrode E2 sind ebenfalle mit metallischen Belegungen B versehen. Die Elektroden E1 und E2 des kapazitiven Übertragungsorgans 0 bilden somit einen Kondensato?·, dessen Kapazitätswert durch die Fläche der einander zugewandten Mfetallbelegungen B und durch deren Abstand voneinander to*stimmt ist. Die Anordnung nach der Figur 1 empfiehlt sich, wenn mit einem erheblichen Radialspiel der Welle W während des Betriebes zu rechnen ist, der Wellenlängsschub der Maschinenwelle 1 dagegen vernachlässigbar klein ist.

Auch bei der Anordnung nach Figur 2 ist die feststehende Elektrode E2 des kapazitiven Übertragungsorgans O gabelförmig gestaltet; ihre Zinken Z erstrecken sich aber parallel zur Maschinenwelle W. Die umlaufende Elektrode E1 des kapazitiven Übertragungsorgans 0 besteht aus einer Mehrzahl von mit Abstand voneinander konzentrisch ineinandergeschachtelten, auf die Welle W aufgezogenen Rohren P1 bis P4» deren Mantel die Gtegenzinken Z bilden, zwischen denen die Zinken Z der stationären Elektrode E2 eingeschoben sind. Auch die Rohre der umlaufenden Elektrode E1 können aus Kunststoff bestehen und metallische Belegungen B aufweisen. Die Belegungen B der umlaufenden Elektrode E1 sollen sich nur über einen Teil der Rohrmäntel erstrecken, dagegen sollen die Zinken der feststehenden Elektrode E2 über ihre ganze Länge mit Metallbelegungen B versehen sein. In diesem Falle ist bei großem Wellenlängsschub der Maschinenwelle W mit einer gleichbleibenden Gesamtkapazität des kapazitiven Übertragungsorgans 0 zu rechnen, weil dann immer gleich große Kondensatorflächen aktiv sind. Auch bei einem Radialspiel der Welle W bleibt die Kapazitätsänderung des kapazitiven Übertragungsorgans O gering, da eine kompensierende Wirkung entsteht: Vergrößert sich auf der einen Seite nämlich der Abstand zwischen den Kondensatorbelegungen, so verringert er sich im gleichen Verhältnis auf der anderen Seite.

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Die Übertragung von Steuersignalen von einer ortsfesten Sendestation SS zu einer umlaufenden Empfangsstation ES erfolgt gemäß Figur 3 in der Weise, daß der Jeweilige Steuerbefehl einem Signalgeber Sg entnommen und im Frequenz- oder Zeitmultiplexverfahren über einen Modulator M einem Verstärker V eingegeben wird, dessen Ausgang über das kapazitive Übertragungsorgan 0 als Koppelkapazität mit einem Verstärker V verbunden ist, der über einen Demodulator DM die Signalauswertung Sa beeinflußt. Diese Signalauswertung Sa wirkt auf den Steuersatz der zu steuernden Steuerorgane, z.B. der Thyristoren, im Maschinenläufer.

Die Übertragungsrichtung kann gewechselt werden, indem die Sendestation SS der umlaufenden Maschinenwelle W zugeordnet wird, während die Empfangsstation ES stationär aufgebaut ist. Für die beiden wechselseitigen Übertragungsrichtungen dient das einzige Übertragungsorgan 0 als Koppelkapazität»

Bei einer Übertragung von Steuerbefehlen von der stationären Sendestation SS zu der umlaufenden Empfangsstation SS und der simultanen Rückübertragung von Meßdaten aus dem Läufer zur stationären Datenerfassungsstelle werden zwei kapazitive Übertragungsorgane 0 der Maschinenwelle W zugeordnet_s von denen das eine in Verbindung mit den Bausteinen der Sendestation SS und der Empfangsstation ES gemäß Figur 3 für die eine Übertragungsrichtung und das andere, ebenfalls in Verbindung mit Bausteinen einer Sendestation SS und einer Empfangsstation ES, für die andere Übertragungsrichtung verwendet wird.

Die hierzu benötigten Bausteine (Figur 3) werden - soweit sie stationär angeordnet sein können - in Beipacks dem Maschinenstator zugeordnet; die dagegen dem Maschinenläufer zuzuordn©n° den Bausteine und deren Stromversorgung werden in Beipacks auf oder in der umlaufenden Welle W untergebracht.

9 Patentansprüche 3 Figuren

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Claims (9)

1. -6- VPA 72/3211

   Pat entansprüche

   Einrichtung zur kapazitiven, kontakt- und berührungslosen, gegebenenfalls wechselseitigen Übertragung von Baten (Steuer-, Meßdaten) zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil von elektrischen Maschinen, insbesondere bei schleifringlos en, mit umlaufenden Thyristoren regelbaren Synchrongeneratoren mit Außenpol-ErregermaschiÄen, gekennzeichnet durch ein zwischen einer Sendestation (SS) und einer Empfangsstation (ES) vorgesehenes, der Maschinenwelle (W) zugeordnetes kapazitives Übertragungsorgan (0) aus zwei mit ihren Zinken (Z) wechselseitig ineinandergreifenden Kammelektroden (E1, E2), von denen die eine Elektrode (E2) stationär angeordnet ist und die andere Elektrode (£1) mit der Maschinenwelle (W) umläuft.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Elektrode (E2) gabelförmig gestaltet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Elektrode (E1) aus einem auf der Welle (W) aufsitzenden Zylinder (H) besteht, auf dessen Auöenmantel eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Elektrodenscheiben (S) aufgezogen sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Elektrode (E1) aus einer Mehrzahl von mit Abstand voneinander konzentrisch ineinander geschachtelten, auf die Welle (W) aufgezogenen Rohren (P) besteht, deren Mäntel die Zinken (Z) bilden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektrodenanordnungen des kapazitiven Übertragungsorgans (O) vollständig aus einem biegefesten Kunststoff bestehen und daß die Zinken (Z) mit einem Metallbelag (B) beschichtet sind.

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6. 6. Einrichtung nach Anspruch/5₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbelegungen (B) auf den. ineinandergreifenden,
   einander zugewandten Zinkenflachen (Z) der beiden Elektroden (£1, E2) ungleich lang und bei der stationären Elektrode (E2) größer gewählt sind, als bei der umlaufenden Elektrode (E1). '
7. 7. Einrichtung nach Anspruch H₉. dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, weiche die Steuer- "bzw. Meßdaten γόη einer Sendestation (SS) im Frequenz- bzw. Zeitmultiplexverfahren über das ttbertragungs organ (0) der Empfängerstation (ES) zuführen, wobei das zu übertragende Signal jeweils einem Signalgeber (Sg) emtaomBsen und über einen Modulator (M) sowie über einen Verstärker (T) dem kapazitiven tJbertragungsorgan (0) zugeführt wird, wäfcrend empfangsseitig hinter dem kapazitiven übertragungsorgan (0) ein weiterer Verstärker (V), ein Demodulator (DM) isad eine Signalauswertung (Sa) vorgesehen sind, die eia dem sendeseitigen Signal entsprechendes empfangsseitiges Signal verausgabt, welches als
   Steuer- bzw. Meßsignal Steuer- bzw. Meßvorrichtungen beeinflußt.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Hin- vmä. Hüekübertragung von Steuersignalen bzw. Meßdaten zwei kapazitive tibertragungsorgane

   (0) vorgesehen sind, von äenen das eine Steuersignalte von einer ortsfesten Steuerstelle zum läufer der Maschine und das andere Meßdaten vom Läufer zu einer ortsfesten Überwacliungsstelle überträgt.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der umlaufenden MascMneawelle (W) einerseits und in einem Bereich des Masehiaenstators andererseits Steuerbausteine enthaltende Beipacks "befestigt sind, welche die
   Modulations- und.Demoduiatioasvorriohtungen für die Datenhiii- und -Tückübertragung enthalten.

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