DE370233C - Hochspannungsgrossgleichrichter - Google Patents

Description

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein rotierender Mehrphasengleichrichter für beliebige, also auch große Leistungen, und beliebig hohe, also auch Hochspannung. Rotierende Gleichrichter sind an sich nichts neues, z. B. der bekannte Pollacksche und der von Siemens-Schuckert-Werken fabrizierte (s. »ETZ« 1912, S. 56/57). Der Erfindungsgegenstand kann wie der letztgenannte Mehrphasengleichrichter die Eigenart haben, alle Phasen gemeinsam gleichzurichten, und sich zu diesem Zweck eines besonderen Kollektors zu bedienen, ähnlich dem einer normalen Gleich-Strommaschine, kann sich aber auch derjenigen Klasse von mechanischen Gleichrichtern anschließen, die jede Phase einzeln gleichrichten, und durch Hintereinanderschalten der so erhaltenen, in der Phase verschobenen pulsierenden Gleichströme einen solchen von ziemlich hoher Gleichmäßigkeit zu erhalten. Diese Anordnungen werden also für den Erfindungsgegenstand nicht mehr als neu beansprucht; die Patentansprüche beziehen sich lediglich auf neuartige Ausgestaltungs- und Anwendungsformen des Gleichrichters. Zur besseren Verständlich-•machung des Ganzen soll nachfolgend als Element des Mehrphasengleiehrichters zunächst ein Einphasengleichrichter beschrieben werden, von denen soviel Exemplare mit verschobener Phase auf eine Welle gesetzt werden, als der gleichzurichtende Wechselstrom Phasen besitzt, also z.B. drei bei Dreiphasenstrom.

Bei der Konstruktion des Erfindungsgegenstandes wurde auf die Anwendung von Schleifringen, Bürsten usw. als Übertragungsmittel verzichtet; vielmehr soll gemäß vorliegender Erfindung die Übertragung von Strömen von feststehenden auf rotierende Teile und umgekehrt mittels zwischen zwei Laufringen befindlichen Metallkugeln erfolgen, die etwa wie Kugelspurlager ausgebildet sind. Rollen und Kugeln als Stromabnehmer sind an sich ebenfalls nichts neues, indessen ist ihre Anwendung für rotierende Gleichrichter neu. Die mit Kugelstromabnehmer erreichten Vorteile sind: Überflüssigmachung der Wartung solcher Gleichrichter, Möglichkeit des Einbaues unter Ol und damit erzielte bessere Isolierung bei Hochspannung, leichtes Löschen etwa auftretender Konimutationsfunken, gute Ableitung der entstehenden Stromübergangswärme, insgesamt aber be-. trächtlich erhöhte Betriebssicherheit.
j Der Einbau unter Ol kann zum Zweck weiterer Erhöhung der Abkühlungsmöglichkeit noch in einem Gefäß erfolgen, das, ähnlich wie bei Transformatoren, mit Kühl- Pu j rippen versehen ist. Die beiden Lauf ringe je : eines solchen Kugelstromabnehmers werden durch Federn gegeneinandergedrückt, deren Spannung mittels Schrauben noch verstellt ; werden kann.

Die Einrichtung eines Einphasengleichrichters genannter Art erhellt aus Abb. 1. Derselbe besteht aus vier der vorbezeichneten Kugelstromabnehmer a, b, c, d. Zwei derselben, α und d, sind einheitlich aus Metall hergestellt und unterscheiden sich in Ihrem Aufbau in nichts von einem gewöhnlichen Kugeldrucklager. Die Laufringe der anderen beiden Stromabnehmer sind dagegen lamelliert, rl. h. sie sind aus Sektoren zusammengestellt, welche längs des Umfanges abwechselnd aus Metall und einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt sind. Die Zahl der Sektoren richtet sich nach dem Verhältnis der Periodenzahl des gleichzurichtenden Wechselstromes zur beabsichtigten Drehzahl des Gleichrichters. Hat man beispielsweise eine Periodenzahl von 50 Sekunden und soll der Gleichrichter 3 000 Umdrehungsininuten machen, so sind für jeden Laufring zwei metallene und zwei isolierende Sektoren erforderlich. Bei ι 500 Umdrehungen und gleicher Periodenzahl wie vorher dagegen benötigt jeder Laufring die doppelte Zahl von Sektoren, d. i. je vier metallene und vier isolierende Sektoren. 9" Der in Abb. ι schematisch dargestellte Gleichrichter soll für eine Drehzahl von 3 000 Minuten bei 50 Perioden gelten. Die \erbindung der Laufringe unter sich und nach außen kann in folgender Weise' erfolgen: Die feststehenden Lauf ringe 'der Abnehmer α und d sind mit den Polen der W^rechselstromquelle verbunden (e in Abb. 1), die drehbaren Laufringe von α und d sind mit je zwei metallenen Sektoren der drehbaren Lauf ringe von b ioo und c verbunden, und zwar immer abwechselnd, d.h. jeder 1., 3. usf. metallene Sektor

steht mit dem einen, jeder 2., 4. usf. metallene Sektor mit dem¹ anderen homogenen Stromabnehmer in Verbindung. In Abb. 1 beispielsweise ist also der drehbare Laufring von α verbunden mit den Sektoren von f und g, der von d mit den Sektoren von. h und i. In gleicher Weise sind die Sektoren der feststehenden Laufringe von b und c unter sich verbunden, also k mit I und, m mit n. Die beiden miteinander verbundenen feststehenden Sektorenpaare führen nach den Gleichstromklemmen ο und p. Sinngemäß findet diese Anordnung Anwendung bei Gleichrichtern mit geringerer Drehzahl in erweitertem Maßstabe.

Die zwischen den unterteilten Laufringen,, also denen der Abnehmer b und c befindlichen., den Stromübergang vermittelnden Kugeln dürfen nicht in metallischer Berührung miteinander stehen. Dies wird entweder dadurch erreicht, daß zwischen je zwei metallenen Kugeln eine solche aus Isoliermaterial eingelegt wird, oder daß man Kugelkörbe aus Isoliermaterial verwendet. Bei der Zwischenlagerung, isolierender Kugeln kann man noch so verfahren, daß man die letzteren " im Durchmesser etwas, kleiner hält als die metallenen, um sie vor Abnutzung zu schützen.

Für die praktische Ausgestaltung des Gleichrichters ist noch zu erwähnen, daß man die metallenen Sektoren der lamellierten Lauf ringe (b und c) etwas langer nehmen muß als die isolierenden, und zwar um zu vermeiden, daß die bei Mehrphasenstrom in Serie geschalteten Einzelgleichrichter sich gegenseitig den Stromdurchgang versperren, wenn einer derselben sich in Kommutation befindet. Der hierbei entstehende vorübergehende Kurzschluß ergibt bei Verbindung des Gleichrichters mit einem Stromerzeuger naturgemäß einen gewissen Energieverlust. Die Kurzschlußdauer und damit der Energieverkist sind durch möglichst hochzuhaltende Kugelzahl tunlichst zu verkleinern, welch letztere um so höher gewählt werden muß, je höher die effektive Spannung ist. Auftretende Kommutationsfunken werden durch die Ölfüllung leicht gelöscht und auch von den iso·- lierenden Kugelkörben abgeschnitten.

Die konstruktive Ausbildung der Gleichrichter läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Bei gemeinschaftlicher Kommutation aller Phasen wird die in Abb. 1 angegebene Anordnung entsprechend erweitert. Die bessere Art der Ausführung ist die Einzelkommutation jeder Phase in Apparaten nach Abb. i. In dieser Form können die einzelnen Stromabnehmer getrennt nebeneinander auf der Welle sitzen, oder aber es werden mehrere, vor allem die zu demselben Einzelgleich-■ richter gehörenden, gemeinschaftlich auf eine kreisrunde Scheibe aus Isoliermaterial gesetzt, wie dies Abb. 2 zeigt, die eine schematische Darstellung eines Ölgleichrichters für Dreiphasenstrom ist. In derselben stellen die Wicklungen q die drei Phasenwicklungen eines Drehstromerzeugers 'dar, die also in diesem Falle nicht verkettet sind, deren Pole somit getrennt ausgeführt werden. Die sechs Zuleitungen führen zu den massiven Laufringen der feststehenden Scheiben r, r, r, von denen die auf den rotierenden Scheiben s, s, s sitzenden Laufringe vermittels der zwischengelagerten Kugeln den Strom abnehmen. Die Metallsektoren der unterteilten Laufringe der feststehenden Scheiben führen nach den Gleiohstromklemmen t, t, t, die so verbunden werden, daß die drei in der Phase verschobenen pulsierenden Gleichströme in Reihe geschaltet ■ sind. Die erforderlichen Verbindungen der rotierenden Laufringe sind mit in die Scheiben s, s, s verlegt (in der Abbildung nicht eingezeichnet). Die drei zu einem Apparate gehörigen Einzelgleichrichter sitzen auf gemeinsamer Welle μ und sind in ein metallenes Gehäuse ν eingeschlossen, das mit Öl gefüllt wird. Die Verbindungsleiter zwischen den rotierenden Laufringen w, x, y, s (Abb. 1) werden zweckmäßig in die Scheiben s, s, s versenkt.

Der Antrieb eines Gleichrichters vorbeschriebener Art erfolgt am besten durch direkte Kupplung mit dem stromerzeugenden Mehrphasengenerator. Ist dies nicht möglieh oder tunlich, etwa weil die Stromquelle zu wenig Drehzahl besitzt -oder nur ein Transformator ist, so muß ein eigener Synchronmotor für den Gleichrichter beschafft werden. Arbeitet der Stromerzeuger unter Vermittlung des Gleichrichters auf ein Gleichstromreihensystem mit konstanter Stromstärke und variabler Spannung, so ist hierfür eine besondere Motorenkonstruktion erforderlich, die darin besteht, daß der Stator des Synchronmotorsi wie ein solcher für normale Sternschaltung ausgeführt wird, die Wicklungsenden aber nicht kurzgeschlossen werden. Diese Statorwicklung wird dann in Serie zu den Wicklungen des Stromerzeugers geschaltet, also zwischen die Klemmen des letzteren und die Wechselstrompole des Gleichrichters, während der Feldmagnetstern des Motors von der Erregermaschine für den Generator aus miterregt wird oder dadurch, daß die Feldwicklung¹ gleichstromseitig mit in den Hauptstromkreis eingeschaltet wird. Dadurch entsteht gewissermaßen ein Synchronreihenmotor, der den Gleichrichter in Synchronismus mit dem- Stromerzeuger erhält.

Bei der Verwertung vorhandener Genera-

toren, deren Spannung nicht der zu erzeugenden Gleichspannung entspricht, oder zur Erzeugung einer Spannung, die sich in Maschinen wegen der auftretenden Isolations-Schwierigkeiten nicht mehr unmittelbar erzeugen läßt, schaltet man einen Transformator zwischen Generator und Gleichrichter, dessen Primärwicklungen verkettet sein können, während die Pole der Sekundärwickhingen getrennt nach dem Gleichrichter geführt werden müssen.

L^Tm in solchen Anlagen Spannung, Stromstärke und Leistung messen zu können, gemügt es infolge der der Proportionalität zwisehen Gleich- und' Wechselspannung und der Stromstärke in an sich bekannter Weise, Meßinstrumente vermittels Strom- und Spannungswandler auf der Wechselstromseite anzuschließen. Man hat bei Strom-

ao und Spannungsmessern nur entsprechend veränderte Werte in die Skala einzutragen, während bei Wattmetern die Skala unverändert bleibt.

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Rotierender Hochspannungsgleichrichter zum Gleichrichten mehrphasiger Wechselströme, welcher synchron mit dem Wechselstromerzeuger angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sonst in rotierenden Gleichrichtern vorhandenen Stromabnehmer, wie Schleif- · ringe und Bürsten, durch Kugellagern ähnliche Laufringe mit zwischenliegenden Metallkugeln ersetzt werden.
2. 2. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe in ein mit Öl gefülltes Gefäß (Gehäuse) eingesetzt wird, das zur Verbesserung der Wärmeableitung nach außen noch mit Kühlrippen versehen werden kann.
3. 3. Einzelgleichrichter nach Anspruch 1, für Einphasenstrom zum Zusammensetzen von Mehrphasengleichrichtern, bestehend aus vier Kugelstromabnehmern, nach dem gleichen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von diesen massive, metallene Ringe bilden, während die anderen beiden in abwechselnd metallene und isolierende Sektoren unterteilt sind, und zwar in doppelt soviel von jeder Art, als das Verhältnis der Periodenzahl des AVechselstromes zur sekundlichen Drehzahl beträgt, ferner dadurch, daß die rnetallenen Sektoren der unterteilten Stromabnehmerringe abwechseln, und zwar die umlaufenden davon mit je einem der homogenen, rotierenden Laufringe, die fest-. stehenden, unterteilten mit den Strom-. abnehmerklemmen (Gleichstromseite) verbunden werden, während die feststehenden, homogenen Laufringe mit den Stromzuführungsklemmen. (Wechselstromseite) verbunden werden.
4. 4. Gleichrichter nadh Anspruch 1 bis 3 mit einer zum Zweck der Vermeidung von Kurzschlüssen innerhalb des Einzelgleichrichters gegenseitigen Isolation der metallenen Stromabnehmerkugeln, dadurch gekennzeichnet, daß entweder zwisehen je zwei metallenen Kugeln eine solche etwas kleinere aus Isoliermaterial eingelegt wird, oder daß besondere Kugelkörbe aus Isoliermaterial angeordnet werden.
5. 5. Besondere Ausgestaltung der unterteilten Stromabnehmerlaufringe des Gleichrichters nach x'Vnspruch 3 zum Zweck des ungehinderten Stromdurchganges bei mehreren derartigen, in Reihe geschalteten Gleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die metallenen Sektoren der unterteilten Laufringe etwas langer hergestellt werden als die isolierenden, wodurch im Augenblick der Kommutation ein kurzzeitiger Kurzschluß entsteht.
6. 6. Gleichrichter nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kugelstromabnehmer getrennt nebeneinander auf einer gemeinsamen Welle sitzen.
7. 7. Mehrphasengleichrichter, zusammengesetzt aus Einzelsgleichrichtern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle zu demselben Einzelgleichrichter (zu derselben Phase) gehörigen Stromabnehmer auf kreisförmige isolierende Scheiben konzentrisch aufgesetzt werden.
8. 8. Schaltung eines synchronen Mehrphasenmotors zum Antrieb von Gleichrichtern nach Anspruch 1 bis 7, falls dieselben nicht direkt mit dem Generator gekuppelt werden können, für die Stromlieferung' in Gleichstromreihenanlagen mit konstanter Stromstärke und variabler Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine der Phasenzahl entsprechende Zahl von Phasenwicklungen erhält, welche in die Zuleitungen zwischen Generator und! Gleichrichter eingeschaltet werden, während die Feldmagnetwicklung dieses Motors entweder von der Erregermaschine für den Hauptgenerator oder durch den Hauptstrom gleichstromseitig miterregt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.