DE2615803C3

DE2615803C3 - Einrichtung zur schleifringlosen Messung des Stromes

Info

Publication number: DE2615803C3
Application number: DE2615803A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 6900 Heidelberg Heinen
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: 1985-04-25
Also published as: DE2615803A1; FR2347813A1; DE2615803B2; US4140933A; CH595010A5; FR2347813B1; SE7704076L

Description

a) die Mf«Sspulen (23) sind unterhalb mindestens eines Poischuhes (i) angeordnet,

b) die MeBspuIen (23) sind gegensinnig gewickelt,

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

d) der Abstand der Achsen der beiden Spulen entspricht etwa der Grö,9e 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 Meßspulen unter den Polschuhen (1) verschiedener Pole angeordnet sind.

3. Einrichtung nach -Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der k.eßspulen pro Pol ein Vielfaches von zwei ist und daß die Meßspulen (23) jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches einer Rotornutteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspulen in Ausnehmungen des 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 (23) 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 Außenpolwechselstromerregermaschine für die Erregung einer Ober 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 Erregerstrdm in einem rotierenden

Anker einer Wechselstromerregennaschine erzeugt

^: wird, wäre es notwendig, entweder den Erregerstrom zum Zwecke der Messung über Schleifringe vom

. rotierenden Teil der Maschine zum feststehenden Teil und zurück zu übertragen oder einen, dem Strom proportionalen Spannungsabfall an einem Widerstand zu erzeugen und diesen Meßwert fiber 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

Bei der obenerwähnten bekannten Anordnung (DE-AS 1817 324) sind die Meßspulen in der sogenannten neutralen Zone auf der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Poiachsen angeordnet, in welcher der Strom der Orundwelle 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 ist die Meßspulenebene

♦o 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 Meßspannungserzeuger 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 rela tiv kleine Spannungen erzeugt so daß diese gegenüber Störgrößen anfällig sind.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist auf dem Umlaufkörper des Erregermasehinenankers ein zusätzliches, von dem im Erregeranker erzeugten Erreger- strom 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 80221). Durch das zusätzliche

£5 Magnetsystem bzw. die zusätzliche stationäre Wicklung werden jedoch die axialen Abmessungen der Erregermaschine vergrößert, wodurch auch die axialen Gesamtlängenabmessungen des Turbosatzes ver-

großen werden, was zu einer — fast immer nachteiligen — Absenkung der biegekritischen Drehzahl führt und zusätzlich die Baukosten z.B. 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 gewickeil,

c) die Spulenweite entspricht etwa der ZahnLveite eines Rotorzahnes,

d) der Abstand der Achsen der beiden Spulen entspricht etwa der Größe der Rotornutteilung τ ν ·

Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird beim Vorbeirotieren der Zähne und 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 erfindurigsgeffiäßen Einrichtung Hejjt vor aüern darin, daß nnterhalh 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 ganzzahliges Vielfaches einer Rotornutteilung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der dem Strom etwa proportionalen induzierten Spannung.

In zweckmäßiger Weise können die Meßspulen 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^:

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 -äsr Unterseite des Polschuhes befestigt Bei diesen Xusführui.gsformen wird eine zusätzliche Bearbeitung der Polschuhe vermieden. Außerdem besteht eine leichtere Reparaturmöglichkeit 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 In 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 Ausführungsbeispiel dem Polschuh zugewandt. Der Abstand der Achsen zweier Spulen entspricht der Größe der Nutteilung τ_π.

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 Polschuhes 1 erstrecken. Für die Meßwickliing kt ein relativ kleiner Leiterquerschnitt ausreichend. Hierdurch läßt sich die Meßspule besonders niedrig ausführen.

Weiter ist mit 3 der R otor der Maschine bezeichnet, in welchen Nuten 3.2 eingearbeitet sind und Zähne 3.1 stehen bleiben. In die Nuten 3.2 ist die Rotorwicklung 33 eingelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur schleifiringlosen Messung des Stromes in den Leitern des: rotierenden Teiles einer Außenpolwechselstromerregermaschine für die Erregung einer Ober rotierende Gleichrichterelemente gespeisten Synchronmaschine, mit einem Geberglied im rotierenden Teil, wöbet 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 in axialer Richtung angeordnete Meßspulen dienen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: