DE2615803B2

DE2615803B2 - Einrichtung zur schleifringlosen

Info

Publication number: DE2615803B2
Application number: DE2615803A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 6900 Heidelberg Heinen; Heinrich Dr.-Ing. 6800 Mannheim Wambsganss
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1976-04-10
Filing date: 1976-04-10
Publication date: 1980-04-03
Also published as: SE7704076L; DE2615803C3; FR2347813A1; FR2347813B1; DE2615803A1; US4140933A; CH595010A5

Description

a) die Meßspulen (23) sind unterhalb mindestens eines Polschuhes (1) in axialer Richtung angeordnet,

b) die NJeßspulen (2J) sind gegensinnig gewickelt,

c) die Spulenweite entspricht etwa der Zahnbreite eines Rotorzahnes (3.1),

d) der Abstand der Achsen der beiden Spulen enispricht etwa der Größe der Rotornutteilung Tn-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Meßspulen (23) ein Vielfaches von zwei ist, und daß jeweils zwei Meßspuler. unter den Polschuhen (1) verschiedener Pole angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl di Meßspulen pro Pol ein Vielfaches von zwei i-t und daß die Meßspulen (2.3) jeweils um ein gan/zahl'^ ;s Vielfaches einer Rotornutteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspulen in Ausnehmungendes Polschuhes (1) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspulen unterhalb der Polschuhe (1) im Luftspalt in Ausnehmungen eines aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehenden Trägers (2.1) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspulen (2.3) in den Ausnehmungen (2.2) mit einem Gießharz (2.4) vergossen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßspulen aufnehmende Träger (2.1) durch Klebung an der Unterseite des Polschuhes (1) befestigt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur schleifringlosen Messung des Stromes in den Leitern des rotierenden Teiles einer Außenpolweghselstromerregermaschine für die Erregung einer über rotierende Gleichrichterelemente gespeisten Synchronmaschine, mit einem Geberglied im rotierenden Teil, wobei als Geberglied die in den Nuten angeordneten Leiter des Rotors dienen, und einem Empfängerglied im stationären Teil der Maschine, wobei als Empfängerglied mindestens zwei, dem Rotor der Außenpolerregermaschine zugewandte, in Reihe geschaltete Meßspulen dienen. Eine solche Einrichtung ist z. B, aus der DE-AS 18 17 324 bekannt

Solche Einrichtungen werden benötigt, um den Erregerstrom von bürstenlosen Synchronmaschinen zu messen. Da der Erregerstrom in einem rotierenden Anker einer Wechselstromerregermaschine erzeugt wird, wäre es notwendig, entweder den Erregerstrom zum Zwecke der Messung über Schleifringe vom rotierenden Teil der Maschine zum feststehenden Teil

ίο und zurück zu übertragen oder einen, dem Strom proportionalen Spannungsabfall an einem Widerstand zu erzeugen und diesen Meßwert über Schleifringe zum feststehenden Teil zu übertragen. Eine Messung des Erregerstromes mit relativ großer Genauigkeit ist z. B.

'5 für die Bestimmung der Erwärmung der Erregerwicklung erforderlich.

Die Verwendung von Schleifringen in Meßkreisen führt aber nicht nur zu Meßfehlern, sondern ist auch wegen der erforderlichen Wartung nicht erwünscht.

M Bei der obenerwähnten bekannten Anordnung (DE-AS 18 17 324) sind die Meßspulen in der sogenannten neutralen Zone auf der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Polachsen angeordnet, in welcher der Strom der Grundwelle in einem diese Stelle passierenden Leiter stets bei Null liegt, also auch kein Feld aufbauen und damit keine Spannung induzieren kann. Dabei sind mehrere Meßspulen in axialer Richtung nebeneinander angeordnet, welche parallel oder in Reihe geschaltet sind. Bei der bekannten Anordnung dienen daher die Felder der sehr viel kleineren Oberwellenströme, welche knapp neben der neutralen Zone bereits wieder einen von Null abweichenden Wert aufweisen, dazu, in der Spule eine Signalspannung zu induzieren. Dabei ergeben sich pro Spule Signale mit einer relativ geringen Größe.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung dieser Art sind die Meßspulen im Bereich des zwischen den Polen der feststehenden Erregerwicklung übertretenden Streuflusses angeordnet. Dabei is-i die Meßspulenebene senkrecht zur Ankeroberfläche und die Meßspulenachse senkrecht zur Wellenachse angeordnet (DE-OS 15 41 795). Der Platzaufwand ist relativ groß. Auch hier dienen die Felder der sehr viel kleineren Oberwellenströme dazu, in der Spule eine Signalspannung zu induzieren.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung sind die Meßspannur.gserzeuger ebenfalls zwischen den Polen in Umfangsrichtung. angeordnet (DE-PS 12 88 679). Sie bestehen aus einem magnetisch gut leitenden Joch, in denen ein Fluß wechselnder Größe erzeugt wird, und Meßspulen, in welche eine dem Ankerstrom etwa proportionale Spannung induziert wird. Bei sämtlichen der erwähnten bekannten Anordnungen werden in den einzelnen Windungen der Meßspannungserzeuger relativ kleine Spannungen erzeugt, so daß diese gegenüber Störgrößen anfällig sind.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist auf dem Umlaufkörper des Erregernmchinenankers ein zusätzliches, von dem im Erregeranker erzeugten Erregerstrom durchflossenes Magnetsystem vorgesehen, dem eine zusätzliche stationäre Wicklung gegenübersteht, in welcher eine dem das rotierende Magnetsystem durchfließenden Strom proportionale Spannung induziert wird (DE-AS 10 80 221). Durch das zusätzliche Magnetsystem bzw. die zusätzliche stationäre Wicklung werden jedoch die axialen Abmessungen der Erregermaschine vergrößert, wodurch auch die axialen Gesamtlängenabmessungen des Turbosatzes ver-

größen werden, was zu einer — fast immer nachteiligen — Absenkung der biegekritischen Drehzahl fuhrt und zusätzlich die Baukosten ζ,Β. für das Kraftwerksgebäude erhöht.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei welcher der technische Aufwand verringert ist und bei welcher insbesondere die im Meßspannungserzeuger induzierte Spannung pro Windung merklich größer ist als bei den obenerwähnten bekannten Anordnungen, so daß der Einfluß von Störgrößen kleiner ist als bei Meßspannungserzeugern mit geringen Spannungen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei der eingangserwähnten Einrichtung in den folgenden Merkmalen:

a) die Meßspulen sind unterhalb mindestens eines Polschuhes in axialer Richtung angeordnet,

b) die Meßspulen sind gegensinnig gewickelt,

c) die Spulenweite entspricht etwa der Zahnbreite eines Rotorzahnes,

d) der Abstand der Achsen der beiden Spulen entspricht etwa der Größe der Rotornutteilung tn ■

Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird beim Vorbeirotieren der Zähne unr! Nuten des Rotors gegenüber dem Polschuh von dem durch die in den Nuten des Rotors verlaufenden, stromdurchflossenen Leiter erzeugten, diese Leiter umschlingenden (Streu-) Fluß Φ in den Meßspulen eine Spannung induziert, die als Maß für den in den Leitern fließenden Strom dienen kann. Der Strom, welcher beim Passieren eines bestimmten geometrischen Ortes des Umfangs des Rotors in dem an dieser Stelle vorbeirotierenden Leiter fließt, ist nämlich, obwohl von der Erregermaschine ein Wechselstrom bzw. — bei nachgeschalteten Stromrichtern — ein Rechteckstrom geliefert wird, immer gleich groß. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung umfaßt der magnetische Kreis immer dieselbe Anzahl von Nutdurchflutungen, so daß nur die Schwankungen der magnetischen Verkettung des von der Nutdurchflutung hervorgerufenen Flusses mit der Meßspule eine Meßspannung in der Spule induzieren können. Hierdurch ist die eindeutige Zuordnung der Meßspannung zu dem die Leiter der Nuten durchfließenden Strom sichergestellt. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Hinrichtung liegt vor allem darin, daß unterhalb des Polschuhes der volle Phasenstrom fließt (im Gegensatz zur Pollücke, wo bei ungesehnter Wicklung bei Stromrichterbelastung kein Strom fließt). Es genügt daher bereits eine relativ geringe Anzahl von Windungen der Meßspule um eine verwertbare Meßspannung zu erhalten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anzahl der Meßspulen ein Vielfaches von zwei ist und daß jeweils zwei Meßspulen unter den Polschuhen verschiedener Pole angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich der Einfluß von Vibrationen der Welle in radialer Richtung kompensieren.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anzahl der Meßspulen pro Pol ein Vielfaches von zwei ist und daß die Meßspulen jeweils um ein sanzzahliges V^;elfaches einer Rotornutteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der dem Strom etwa proportionalen induzierten Spannung,

In zweckmäßiger Weise können die Meßspuien in Ausnehmungen des Polschuhes angeordnet sein. Diese Ausführungsform ist in mechanischer Hinsicht besonders robust, erfordert jedoch eine zusätzliche Bearbeitung der Polschuhe.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßspulen unterhalb der Polschuhe im Luftspalt in Ausnehmungen eines aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehenden Trä-

|5 gers angeordnet sind. Dabei können die Meßspulen in den Ausnehmungen mit einem Gießharz vergossen sein. In zweckmäßiger Weise ist der die Meßspulen aufnehmende Träger durch Klebung an der Unterseite des Polschuhes befestigt. Bei diesen Ausführungsformen wird eine zusätzliche Bearbei' ^g der Polschuhe vermieden. Außerdem besteht eine wirhtere Reparaiurmöglichkeit. Auch läßt sich eine solche Einrichtung nachträglich an einer fertigen Maschine anbauen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildüngen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch eine unterhalb des Polschuhes eingebaute Meßeinrichtung,

Fig.2 einen Schnitt durch einen Träger für die Meßeinrichtung mit eingelegten Spulen und

F i g. 3 eine Draufsicht auf den in F i g. 2 dargestellten Träger.

In den Zeichnungen ist mit 1 der Polschuh und mit 2 die Meßeinrichtung bezeichnet. Sie besteht aus dem Träger 2.1, der z. B. aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, in welchem Ausnehmungen

2.2 eingearbeitet sind. Die Ausnehmungen 2.2 für eine Meßspule 23 haben einen Achsenabstand, dessen Größe etwa der Zahnbreite des Rotorzahnes entspricht. Li den Ausnehmungen sind die Leiter 23 der Meßspule eingelegt. Der obere Teil der Ausnehmungen ist mit einer Ausgießmasse 2.4, wie z. B. einem Gießharz, ausgegossen. Die Ausnehmungen sind im Ausführungs-

■»5 beispiel dem Polschuh zugewandt. Der Abstand der Achsen zweier Spulen entspricht der Größe der Nutteilung T_n-

Wie aus der Fig.3 zu ersehen ist, verlaufen die Stirnverbindungen der Meßspulen in in Umfangsrichtung verlaufenden zusätzlichen Ausnehmungen des Trägers 2.1. Die Leiter der Meßspulenwicklung 23 müssen sich nicht über die gesamte Länge des Po'schuhes 1 erstrecken. Für die Meßwicklung ist ein relativ kleiner Leiterquerschnitt ausreichend. Hierdurch läßt sich die Meß .pule besonders niedrig ausführen.

Weiter ist mit 3 der Rotor der Maschine bezeichnet, in welchen Nuten 3.2 eingearbeitet sind und Zähne 3.1 stehen bleiben. In die Nuten 3.2 ist die Rohrwicklung

3.3 eingelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur schleifringlosen Messung des Stromes in den Leitern des rotierenden Teiles einer AuBenpolwechselstromerregermaschine für die Erregung einer Ober rotierende Gleichrichterelemente gespeisten Synchronmaschine, mit einem Geberglied im rotierenden Teil, wobei als Geberglied die in den Nuten angeordneten Letter des Rotors dienen, und einem Empfängerglied im stationären Teil der Maschine, wobei als Empfängerglied mindestens zwei, dem Rotor der Außenpolerregermaschine zugewandte, in Reihe geschaltete Meßspulen dienen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: