DE2246424A1

DE2246424A1 - Einrichtung zur uebertragung von steuerbefehlen von einem feststehenden auf einen rotierenden teil von elektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2246424A1
Application number: DE2246424A
Authority: DE
Inventors: Ingo Kroeger; Martin Richter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1974-04-04
Also published as: JPS5321082B2; US3925694A; JPS4970116A; CH561976A5; USB399349I5; FR2200663A1

Description

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Berlin und München- . Werner-von-Siemena-Str* §0

Unser Zeichen« VPA 72/3210 Hf/ßa,t

Einrichtung zur Übertragung von Steuerbefehlen von einem featstehenden auf einen rotierenden Teil von elektrischen Maschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontakt- und berührungslosen Übertragung von Steuerbefehlen von einem feststehenden auf einen rotierenden Teil von. elektrisehen 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 ist eine Übertragungseinrichtung erforderlich, welche möglichst kontakt- und berührungslos eine störsichere Übertragung sichert. Eine solche Einrichtung für die Übertragung von Steuersignalen 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 'Wellenlängsschubes der Maschinenwelle von etwa 50 mm und eines radialen Wellenspiels der Maschinenwelle von etwa + 5 mm betriebssicher arbeiten.

Zur Steuerbefehlübertragung von einem ortsfesten Maschinenteil zu einem rotierenden Maschinenteil besteht die Erfindung in einem mit der Maschinenwelle verbundenen oder kuppelbaren,

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ringförmigen, am Hingumfang symmetrisch mit einer I^ehrmahl von Hallgeneratoren bestückten» im Luftspalt eines stationär angeordneten Elektromagneten umlaufenden antimagnetiachen Signalempfangsorgan, welchem der Steuerstrom für die Hallgeneratoren aus einer mitumlaufenden Stromquelle, das Magnetfeld für die Hallgeneratoren aus einem in der Sendestation aus einem Steuersignalgeber gespeisten stationären Elektromagneten und die resultierende Hallspannung aus den Hallgeneratoren über mitumlaufende Verstärker den Steuersätzen für die zu steuernden Steuerorgane zugeführt werden.

Die Hallgeneratoren sind zwischen je einer durchgehenden Hingnut im Innen- und Außenmantel des umlaufenden Signalempfangsorgans eingelassen, und jedem Hallgenerator sind jeweils zwei, einen Teil der Hingnuten ausfüllende Fangbleche aus Mu-Metall zugeordnet, deren freie Enden jeweils durch einen Luftspalt von den Fangblechen des nächsten Hallgenerators voneinander getrennt sind. Die Fangblechstreifen sind zweckmäßig lamelliert oder bestehen aus in die Hingnuten eingegossenen Drahtstücken aus Mu-Metall. Das Signalempfangsorgan besteht zweckmäßig aus einem Aluminium- oder Messingring mit T- oder L-fSrmiger Profilierung. Der Steuerbefehl für die zu steuernden, mit der Maschinenwelle umlaufenden Steuerorgane wird einem Signalgeber entnommen, welcher über einen Modulator und einen Leistungsverstärker den das Magnetfeld für die Hallgeneratoren bestimmenden stationären Elektromagneten speist. Die aufgrund des Steuermagnetfeldes von jedem Hallgenerator abgegoltene Ballspannung wird über je einen Verstärker einem gemeinsamen Sumaenverstärker und über einen Demodulator dem Steuersatz für die zu steuernden Steuerorgane eingegeben. Die Hallgeneratoren sind in Bezug auf ihre Steuerspannungsversorgung in Reihe geschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend anhand von 3 Figuren näher erläutert.

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ORfQINAl. INSPECTED

-3- VPA 72/3210

In der Figur 1 ist ein U-förmiger Elektromagnet E mit seinen Wicklungen E1 und E2 veranschaulicht, in dessen luftspalt L ein ringförmiges Signalempfangs organ S mit T- bzw. L-f örmigem Profil aus antimagnetisehem Werkstoff, wie Aluminium oder Messing, rotiert. Der Elektromagnet E ist ortsfest angeordnet, während das Signalempfangsorgan S auf der Maschinenwelle W "befestigt ist und mit dieser umläuft. In einer Ringnut N im Innenmantel bzw. in einer entsprechenden Ringnut N' im Außenmantel des Signalempfangsorgans S sind symmetrisch mindestens zwei, vier oder auch mehr Hallgeaeratoren H eingelassen, von denen jeder während einer Umdrehung der Welle W einmal das Magnetfeld des Elektromagneten E schneidet. Jeder Hallgenerator H liegt - wie auch die Figur 2 im Schnittbild a-b zeigt zwischen sowohl die innere Ringnut N als auch die äußere Ringnut N' ausfüllenden Fangblechen B aus Mu-Metall an,, deren freie Enden jeweils durch einen luftspalt Sp von denen der anderen Hallgeneratoren H getrennt sind. Vermittels der in das Signalempfangsorgan S eingesetzten Hallgeneratoren H und der mit diesen verbundenen Fangblechen B wird die Information des magnetischen Feldes im luftspalt 1 des Elektromagneten S aufgenommen und in den Hallgeneratoren in eine Hallspannung umgesetzt, welche nach entsprechender Verstärkung zur Weitergabe des in den Elektromagneten E eingeprägten Steuerbefehls an die zu steuernden Steuerorgane herangezogen wird. Hiermit kann beispielsweise der Zündwinkel der zu steuernden Thyristoren auf dem läufer der Maschine festgelegt werden.

Die Figur 3 veranschaulicht das elektrische Übertragungsschema für einen Frequenzbereich bis etwa 3OkHz, wonach die Information des ortsfesten Signalgebers Sg über einen Modulator M und einen leistungsverstärker IV dem Elektromagneten E eingegeben wird. Die vom Signalgeber Sg verausgabte Information wird in der Sendestation SS nach dem Frequenz- bzw. Zeitmultiplexverfahren aufbereitet und der Empfangsstation ES zugeführt. Der Steuerbefehl im Signalgeber Sg gelangt über den Modulator M zu dem leistungsverstärker IV, dessen Ausgang den Elektromagneten E speist. Das dem Steuerbefehl entsprechende magnetische

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22Α642Λ

-4- VPA 72/3210

Feld im Luftspalt 1 des stationären Elektromagneten wirkt auf die Fangbleche B (Figuren 1 und 2) und damit auf die Hallgeneratoren H im Signalempfangsorgan S auf der Empfängereeite ein. Der Steuerstrom für die in Reihe geschalteten Hallgeneratoren ' H wird einer mit der Welle W mit umlauf enden Stromquelle IT-V entnommen. Jedem Hallgenerator H ist ein Hallspannungsveratärker HV zur Verstärkung der resultierenden Hallspannung nachgeschaltet, deren Ausgänge einen gemeinsamen Summenveretärker SV beeinflussen. Die hinter diesem Summenveratärker anfallende Signalspannung wird über einen Demodulator DM demoduliert und einem Steuersatz St den zu steuernden Steuerorganen eingegeben.

Das Signalempfangsorgan S, also der Empfangsring, sollte hälftig teilbar sein, um ein Nachrüsten der elektrischen Maschine mit den erwähnten kontaktlosen Übertragungsmitteln zu ermöglichen.

Der Luftspalt L (Figur 1) zwischen den Polschuhen des Elektromagneten E sollte in seiner Weite dem Radialspiel der Weile W angepaßt sein. Die Schenkellänge des Elektromagneten S bzw. die Länge seiner Polschuhe ist dem zu erwartenden Wellenlängsschub der Welle W anzupassen.

Zur Verringerung des magnetischen Widerstandes der Mu-Metallbleche B (Figuren 1 und 2) ist gut geglühtes Material bei großem magnetischen Querschnitt zu wählen. Die bei höheren Übertragungsfrequenzen auftretenden Wirbelstromverluste können durch dünne Mu-Metallbleche B und durch deren Lamellierung kleingehalten werden, gegebenenfalls sind Mu-Metalldrahtabschnitte vorzusehen, die in die Ringnuten N bzw. S' eingegossen sein können. Das Eingießen bzw. Vergießen sowohl der Mu-Metallbleche als auch der Hallgeneratoren mit einem härtenden Kunststoff ist schon deshalb empfehlenswert, weil bei hohen Drehzahlen der Welle W und des Signalempfangsorgans S erhebliche Zentrifugalkräfte auftreten können.

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Die in der Empfängerstation ES vorgesehenen Bausteine sollen an oder in der Welle W samt der hierzu erforderlichen Stromversorgung untergebracht sein.

7 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

-6- VPA 72/3210 Patentansprüche

1. Einrichtung zur kontakt- und berührungslosen Übertragung von Steuerbefehlen von einem feststehenden auf einen rotierenden feil von elektrischen Maschinen, insbesondere bei schleifringlosen, mit umlaufenden Thyristoren regelbaren Synchrongeneratoren mit AuJtenpol-Erregeraasehinen, gekennzeichnet durch ein mit der Maschinenwelle (W) verbundenes oder kuppelbares, ringförmiges, am Hingumfang symmetrisch mit einer Mehrzahl von Hallgeneratoren (H) bestücktes, im Luftspalt (L) eines stationär angeordneten Elektromagneten (E) umlaufendes antimagnetisches Signalempfangsorgan (S), dem der Steuerstrom für die Hallgeneratoren (H) aus einer mitumlaufenden Stromquelle, das Magnetfeld für die Hallgeneratoren (H) aus einem in der Sendestation (SS) aus einem Steuersignalgeber (Sg) gespeisten stationären Elektromagneten (E) und die resultierende Hallspannung aus den Hallgeneratoren (H) über mitumlaufende Verstärker (HV, SV) den Steuersätzen (St) für die zu steuernden Steuerorgane zugeführt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (H) zwischen je einer durchgehenden Hingnut (N, N') im Innen- und Außenmantel des umlaufenden Signalempfangsorgans (S) eingelassen sind und daß jedem Hallgenerator (H) jeweils zwei, einen Teil der Hingnuten (N, N¹) ausfüllende Fangbleche (B) aus Mu-Metall zugeordnet sind, deren freie Enden jeweils durch einen Luftspalt (Sp) von denen des nächsten Hallgeneratore (H) getrennt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangblechstreifen (B) lamelliert sind oder aus in die Ringnuten (N, N¹) eingegossenen Drahtstücken bestehen.

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4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 Ms 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Signaiempfangsorgan (S) aus einem Aluminium- oder Messingring mit T- oder L-förmiger Profilierung /besteht. .

5. Einrichtung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß der "Steuerbefehl für die zu steuernden Steuerorgane einem Signalgeber (Sg) entnommen wird, der über einen Modulator (M) und einen Leistungsverstärker (IV) den das Magnetfeld für die Hallgeneratoren (H) bestimmenden stationären Elektromagneten (E) speist* ,

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgrund des Steuermagnetfeldes von jedem Hallgenerator (H) abgegebene Hallspannung über.^e einen Verstärker (HV) einem gemeinsamen Summenverstärker (SV) und über einen Demodulator (DM) dem Steuersatz (St) für die zu steuernden Steuerorgane eingegeben wird·

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren (H) in Bezug auf die Steuerspannungsversorgung (U-V) in Seihe geschaltet sind.

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